Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Кроме того, выполнение каждого последующего слоя шва вызывает повторный нагрев предыдущего, что способствует его термообработке и повышению механических свойств сварного соединения. Р о д т о к а: постоянный; переменный (однофазный, трехфазный); модулированный (с периодическим отклонением тока — с дозированной подачей мощности, с периодическим уменьшением силы тока или напряжения). Злектрошлаковую сварку ведут преимущественно на переменном токе. Постоянный ток используют прн сварке металла малой толщины (40 мм н менее).
Установлено, что при сварке на постоянном токе происходит электролнз шлака. Однофазный переменный ток применяют при сварке одним электродом. С целью равномерной загрузки сети при числе электродов два и более используют трехфазный ток. Каждый электрод подключают, как правило, к отдельному источнику тока. Возможно групповое подключение электродов — по нескольку на каждый источник. Сущность способа сварки с дозированной подачей мощности заключается в том, что сварочный ток периодически отключают с заданной частотой, сохраняя скорость подачи электродной проволоки постоянной. Преимущество этого способа заключается в уменьшении погонной энергии сварки и одновременно повышении допустимой скорости сварки. Разработаны различные варианты модуляции сварочного тока, заключа|ощиеся в периодическом изменении вылета электрода, изменении скорости подачи электродной проволоки, сопровождающемся одновременно и изменением напряжения сварки, Такие способы модулировання тока и напряжения существенно расширяют технологические возможности электрошлаковой сварки н позволяют повысить качество сварного соединения.
Особенности структуры и свойства сварного соединения. О с о б е н и о с т и т е р м н ч е с к о г о ц и к л а. При электрошлаковой сварке однослойного шва имеет место простой термический цикл (рис. 148, а)„при сварке многослойного шва — сложный термический цикл (рнс. 148, б). В табл. 47 приведены данные о мгновенных скоростях охлаждения при 500'С и длительностях выдержки металла (в рассматриваемом участке околошовной зоны Т ах = 1300'С) при температурах выше 1000'С для указанных способов сварки. Особенности структуры и механических свойств металла шва и околошовной зоны сварного соедин е н н я.
Процесс первичной и вторичной кристаллизации металла шва при электрошлаковой сварке не имеет принципиальных отличий от кристаллизации прн электродуговой сварке под флюсом. В примыкающих к ползунам участках метал.- лической ванны крнсталлнты растут перпендикулярно к их поверхности, прорастая на 10 †мм в глубь шва. Первичная кристаллизация носит прерывистый характер, швы имеют слоистое строение. При электрошлаковой сварке толщина крнсталлизацнонных слоев в несколько раз больше, чем прн дуговой.
Металл шва имеет столбчатое строение. Столбчатые кристаллы отличаются сравнительно крупными размерами, достигая в поперечнике 3 — 7 мм, и легко различимы прн изучении макроструктуры. 47. Мгновенные скорости охлаждения При электрошлаковой сварке в зависимости от ее режима, химического состава и толщины сварнваемого металла наблюдаются макроструктуры металла шва четырех типов. Макроструктура первого типа характерна наличием трех участков. У границы сплавления и у ползунов располагается участок толстых столбчатых кристаллитов. Каждый такой кристалл является колонией дендритов, имеющих стволы и слабовыраженные оси первого порядка, На некотором расстоянии от границы сплавления толстые столбчатые крнсталлнты переходят в более тонкие кристаллнты, представляющие собой колонии развитых, имеющих а) Рнс.
!48. Схемы термических циклов осн второго н третьего порядка дендритов. Прорастая в глубь шва, онн доходят до участка равноосных кристаллитов, занимающего полосу шириной 0,5 — 10 мм по оси шва. Равноосные кристаллиты имеют дендритное, значительно !разветвленное строение.
Макроструктура второго типа наиболее распространена. Она характеризуется наличием только участка толстых и тонких столбчатых кристаллитов. В макроструктуре третьего типа имеется только участок тонких столбчатых кристаллитов, прорастающих от границы сплавления до осн шва (аналогично строению швов прн дуговой сварке). Макроструктура четвертого типа отличается наличием только толстых столбчатых кристаллитов. Во всех случаях металл участка толстых кристаллитов обладает более высокой однородностью и плотностью, чем металл других участков, С целью повышения пластичности металла шва целесообразно нзмельчение первичной столбчатой структуры.
Это возможно путем применения специальных элементов — модификаторов (титан, цирконий н др.); возбуждения в сварочной ванне ультразвуковых илн механических инфразвуковых колебаний; электро- 283 Электрогалаковая сварка Сварка плавлением 48. Результаты испытаний образцов после термической обработки Результаты испытания образцов Виды термической обработки о ! а Матернал азу кгс м/см' кгс(мм' 28,4 22,8 21,4 30,5 27,6 26,5 зьз 26,! 49 из 49,7 54,6 52,5 !5д 20,5 м,з 243 4,75 6,27 1,30 Без термической обработки Отпуск Нормализация Нормализация с отпуском Оснсвноя металл (35 л) 12,8 20я 17,3 22,8 2зл 41,5 20,7 34,5 бь,з 4Б,9 493 55,4 33,2 24,з 26,4 26,8 5,!О 5,15 7,29 Ь,тэ Без термической обработки Отпусн Нормализация Нормализвция с отпуском. Зона термического влияния 56,3 ьз,т 55,9 53,! 32д 29,8 32,! 27,5 17,2 40,5 25,9 34,! Без термической обработки Отпуск Нормализация Нормализация с отпуском пл 24,7 2од Б,8 1,Ы 2,95 530 8,32 Металл шва магнитного перемешивания; искусственного уменьшения погонной энергии сварки или увеличения интенсивности искусственного охлаждения металла шва со стороны формирующих устройств.
Вторичная кристаллизация происходит у металлов, претерпевающих при охлаждении аллотропические превращения (например, сплавы железа с углеродом). Характер вторичной микроструктуры зависит от химического состава металла шва, термического цикла и других причин. Поскольку при электрошлаковой сварке скорость остывания металла шва и околошовной зоны существенно меньше, чем при других способах сварки плавлением (см. табл.47), здесь распад первичногозерна происходитнаиболее полно, и вторичная структура более равновесна. Вместе с тем большая длительность пребывания металла околошовной зоны при высокой температуре вызывает явление перегрева, которое характеризуется крупными зернами вторичной структуры с пластинчатым ферритом (видманштеттова структура). На участке перегрева околошовной зоны наблюдается ухудшение механических свойств (пластичности, стойкости против перехода в хрупкое состояние) по сравнению с исходными свойствами основного металла.
Ответственные сварные конструкции, выполненные электрошлаковой сваркой, подлежат последующей термообработке — как правило, нормализации с высоким отпуском. Целью нормализации является измельчение вторичного зерна, устранение явления перегрева. Цель высокого отпуска — уменьшение остаточных напряжений в сварном соединении. Как уже отмечалось ранее, благодаря специфическим особенностям электро- шлаковой сварки металл шва отличается повышенной стойкостью против образования пор и других неплотностей, меньшей чувствительностью к влажности шлака, ржавчине и загрязнениям кромок, а также имеет низкую склонность к образованию кристаллизационных трещин, поэтому сварное соединение практически равнопрочно основному металлу.
Для повышения пластических свойств сварного соединения (особенно ударной вязкости) применяют высокотемпературную обработку (табл. 4В). В последнее время разрабатываются приемы, позволяющие уменьшить перегрев околошовной зоны при электрошлаковой сварке или устранить его методами, более простыми и дешевыми, чем последующая термообработка в печи.
К первым относятся способы сварки модулированным током и с интенсивным охлаждением поверхности сварного шва, К числу вторых можно отнести способ электрошлаковой сварки с сопутствующей нормализацией сварного соединения, осуществляемой с помощью источника нагрева, перемещаемого вдоль шва вслед за сварочной головкой.
Одной из важных мер улучшения механических свойств околошовной зоны является разработка свариваемых материалов, нечувствительных к термическому циклу электрошлаковой сварки. Преимущества и недостатки. Перспективы развития электрошлаковой сварки. Преимущества электрошлаковой сварки: металл практически любой толщины сваривается за один проход; не требуется (как правило) разделка кромок под сварку (сварочный зазор образуется прямыми кромками); сварка вертикальных швов требует значительно меньше производственных площадей; расход флюса составляет 0,2 — 0,3 кг на погонный метр шва, независимо от толщины свариваемого металла; благодаря малому количеству расплавляемого флюса на погонный метр шва электрическая энергия расходуется более рационально; этому же способствует применение сварочных трансформаторов с жесткой внешней характеристикой; вертикальное расположение оси шва в значительной степени облегчает всплывание газовых пузырей, частиц шлака и удаление их из металла; симметричность разделки и положения в ней электродов позволяют избежать угловых деформаций.
Недостатки электрошлаковой сварки: необходимость проведения (как правило) последующей высокотемпературной термической обработки для получения требуемых механических свойств сварного соединения, особенно в конструкциях, работающих при отрицательных температурах. Отсутствие возможности сварки с остановками. Шов следует от начала до конца выполнять без остановок, так как при вынужденных перерывах процесса с арки в шве возникает неисправимый нли трудноисправимый дефект, свар в и Устранение указанных недостатков электрошлаковои сварки и наплавк является предметом систематических поисков исследователей не только в СССР, но и за рубежом. Следует отметить, что в этом направлении уже много сделано, особенно по повышению надежности осуществления электрошлакового процесса. Что же касается отказа от высокотемпературной термической обработки сварных изделий, выполненных электрошлаковой сваркой, то многочисленные работы, пр веденные в этом направлении, показывают, к сожалению, на отсутствие ка- чг -либо общего решения.
По-видимому, различные случаи потребуют разлиных решений. Одно ясно, что вопросы необходимости применения высоко м те пературной обработки, повышения стойкости соединений против трещин и увеличенйя производительности процесса следует решать комплексно путем рационального выбора свариваемых и сварочных материалов, приемов и режимов сварки. Это актуальная и крайне необходимая проблема, от успешного решения которой будет во многом зависеть в будущем объем применения электрошлаковой сварки. Из других задач и проблем, решение которых значительно повысит экономичность и эффективность электрошлаковой сварки, можно назвать дальнейшее повышение производительности процесса в результате разработки новых способов и приемов сварки, совершенствование техники ее выполнения, а также резкое сокращение продолжительности сборочных и вспомогательных операци; разработку наиболее рациональных способов легирования и модифицирования металла шва оптимального состава; создание флюсов, обеспечивающих минимальное окисление легирующих элементов; разработку новых принципов конструирования изделий, наиболее полно учитывающих особенности электрошлаковой сварки; решение задач, связанных с сочетанием электрошлаковой отливки с электрошлаковой сваркой; создание новых сварочных аппаратов, обладающих широкими технологическими возможностями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
