Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 49
Текст из файла (страница 49)
и б Рис. ФЗ4. Возможные формы газового пузырька при вылслсннн газа нз тОлькО что звяристаллизовззшсгося швв в жидкость: а-0 >Мг; 6-6«90 зависит от смачиваемостн последней. При этом краевой угол 8 определяется (см. рис. 8.17) соотношением межфазных натяжений: соя 8 = (о~газ оц2) / стз етрудно увидезь чтО прн красном угле 8 > 90 кОгда плохо смачивает поверхность твердой фазы т' (рис. 9.34, а), газовый пузырек успевает вырасти до значительных размеров (образуя пору).
При краевом угле 8 < 90, т. е. если жидкая фаза 2 хорошо 462 Рж. 9З5. Схемы формирования газового пузырька н его отрыва от фрон) та кристаллизации металла швв при малой (а) и большой (б) скоростях сварки (1 — остаток газового пузырька внутри истшиа) Такая картина наблюджтся при большой скорости кристаллизации металла (рис. 9.35, б). В этом случае естественно ожидать пористости шва. Поры могут быть вызваны как растворимыми в металле газами (Н2, Х2), так и нерастворимыми, образующимпся в самом металле (СО, Н20, ОН), Появлению пор в металле шва способствует загрязненность металла ржавчиной, которая представляет собой гидрат окиси железа и может иметь различный химический состав.
При нагреве она переходит в оилину Резо4 с вылелением паров волы. Таким образом, в непосредственном контакте с жидким металлом оказываются и кислород, и водород. Поэтому при сварке металла, покрытого ржавчиной, оксид углерода СО (пролукт реакции между углеродом и кислородом в жидком металле) может образовать поры. Водород при этом лишь увеличивает размеры образующихся газовых пузырьков, диффундируя в иих и переходя в молекулярную форму.
Причиной возникновения пор может быть и водород, а также азот, интенсивно распюряющнеся в жидком металле и не успевающие в момент кристаллизации полностью выделиться из него. Влияние состава газов на образование пор прн сварке покрытого ржавчиной металла зависит от степени окисленности сварочной ванны, т, е. От содержания в ией кислорода. Если металл Окнслеи, то распюримость водорода в нем снижается. В этом случае повышение содержания закиси железа в системе шлак — металл способствует развитию в кристаллизующейся части сварочной ванны реакции окисления углерода и потенциальному образованию пор, содержащих СО. Если металл сварочной ванны хорошо раскислен и содержит нужное количеспю кремния и других раскислнтелей, то создаются условия для активного поглощения сварочной ванной водорода. Тогла образование пор в шве обусловлено преимущественно интенсивным выделением водорода из крнсталлизуюшегося металла.
Для борьбы с порисгоспю, вызываемой образованием окиси углерода, нужно сохранять в сварочной ванне достаточное количество раскислнтелей, способных подавить реакцию окисления углерода в момент кристаллизации металла сварочной ванны. Чтобы предупредить водородную пористость, нужно обеспечить в газовой фазе более полное связывание волорода в соелинения, не растворимые в металле, Рассмотрим две реакции, интересные в этом отношении. !. Соединения фтора, поступающие в газовую фазу, взаимодействуют с атомарным водородом или парами воды и образуюг не растворимый в металле фтористый водород: СО,+Н~СО+ОН; Мпо+Н~:Ф )ь(и+ОН' В(О, + Н,=1 В)О+ ОН. (9.101) Технологические сп бы борьбы с порамн предусматривают п именение соотв етствуюших режимов„замелляющих кристалли- Р ной ванны (например, повышение погоннои зацню металл» сварочно сиижакицнх поглощение газов расплавленным энергии д/и), и мер, сии металлом, ос ни обе о при его переносе через газовую фазу — напри ы, применение корот роткой дуги, а также мер, ер, н колебаниях уровня поверхности сварочной в ду з шва прн ибрации.
Рекомендуется зачищать свариваемые ванны и при ее ви ра кромки металла н при присадочную проволоку от ржавчины и других флюсом форма сварочной ванны более благоязненнй. При сварке под флюсо приятна для получения ия плотного шва. Это обьясняется следую- щими причинами: тво нне газов в жидком металле ограничено, так как нет непосредственного контакта его 2) металлическая ая ванна обычно имеет чашеобразную форму и фронта кристаллизации снизу вверх создаются прн перемещении фрон благоприятные условн овна для удаления растворенных газов; 3) замедленное о охлаждение металла сварочной ванны.
Возможность протек ротекания реакций (9.98) н (9 100) твержлается высОким имн зиачеииями их констант Равновесия при температурах столба Луги 2. Образование в в в высокотемпературной ЗОИС не Растворимого в металле соединения вод я водорола с кислородом (гидроксила Он) тойчивого при высок оких температурах, может протекать так; Н+ ОК=Т Он; (9.98) (9.99) (9.100) м — мьз 2сарз+ ЗЯС~~22сарйоз+ Б(Р4 ы4+Зн К:я ЯР+Знр; ЯР4 + 2нзо К=2 Яоз + 4НГ; Сарз + Н к-~ Сер+ НГ. 9.
.11.2. Шлаковые включения в металле шва ия в металле шва (различные оксиды и часШлаковые включения в м ф ) меют преимущественно эндогенное происхожтично сульфиды) имеют дени ., бп в самой сварочной ванне. Лишь небольшую ление, т. е. образукпся в само составляют частицы кзапутавшегося» часть шлаковых включении с . Шлаковые включения могут располагаться в в металле шлака. 465 1()з з Ря.м ' Рш.ч 9з) (9.11)2) где г — радиус частицы, см; я — ускорение силы тяжести 2 (981 см/с ); рх«и — р!а ч — разность плотностей жплкого металла и 3 шлаковой частицы, г/см; !1 — вязкость жидкого металла, Па. с. Как видим, скорость всплывання частиц тем больше, чем крупнее часпша и чем меньше ее плотность и вязкость металла, в котором она движется. С этой точки зрения нежелательны мелкодисперсные слабо коагулирующие включения (ЯО2, А1зОЗ), обладающие малой скоростью всплывания н загрязня!ощие металл.
междендритных пространствах, на границах столбчазых крн литов, а также в местах их стыка по осн шва. Состав шлаковых включений может быть различным в зависимости от характера шлака. Шлаковые включения в стали часто представляют собой звтектикн нз различных оксидов. В алюминии шлаком является А1зОз. Включения, образующиеся при сварке с прцменением кислых шлаков, имеют мелкодисперсиый характер и состоят в основном из силикатоя ЕеЯОз. Основные шлаки дают более крупные включения с меньшим содержанием спликатов. Число н размеры шлаковых включений в металле при данном составе шлака и металла зависят от следующих важных факторов: — способности шлаковь!х частиц к кок!уляции, т.
е. к укрупнению путем слияния; — скорости всплываиия шлаковых частиц в жидком металле. Способность шлаковых часпщ к коагуляции зависит от температуры металла, поверхностного натяжения на границе шлаковая частица — жидкий металл, от вязкости как включений, так и жидкого металла и др. Чем выше температура металла и поверхностное натяжение шлака, чем меньше их вязкость — тем легче протекает их коагуляция.
Тугоплавкие включения в виде комплексов, имеющие повышенную вязкость (ЯО2 А1зОз), плохо коагулцруют и поэтому распределяются в металле в дисперсном виде. Скорость всплывания шлаковых частиц зависит от их размера, вязкости металла, разности плотностей шлаковых частиц и металла и др. Приближенно скорость всплывания шлаковых час пщ г, см/с„можно определить с помощью формулы Стокса На скорость всплывания шлаковых частиц заметно влиюот наличие конвектнвных потоков в металле, Выделение из металла пузырей, перемешивающих металл и увлекающих шлаковые частицы к поверхности сварочной ванны.
Значительная часть шлаковых частиц выталкивается к поверхности сварочной ванны растущими кристаллнтами металла шва. Распределяются шлаковые включения в металле по-разному. Эвтектнки, образуемые нми с металлом нли между собой, располагаются по границам зерен в виде наиболее опасных линейных прослоек или точечных скопленпй. Шлаковые включения в виде самостоятельных фаз могут иметь различные формы: 1) групповые дисперсные включенля глобулярной формы; 2) игольчатые включения различной величины; 3) отдельные крупные включения (глобулярные, веретенообразные и др.). Форма и размер шлаковых включений оказывают заметное влияние на механические и физические свойства металла шва.
Крупные остроугольные включения (более 5 мкм) снижают выносливость металла шва — пределы усталости. Мелкие включения (менее 5 мкм) округлой формы не влияют на предел прочности и пластичности при статических испытаниях сварной конструкции, а также на предел усталости металла, но их увеличение сопровождается некоторым снижением ударной вязкости и повышением склонности швов к крнсталлнзационным трещинам. Выделение включений, например РеО и ГеБ, по границам зерен, особенно в виде сплошных прослоек, придает металлу хрупкость (красноломкость).
Посторонние включения заметно уменьшают коррозион' ную стойкость металла шва. Однако субмикроскопические включения, равномерно распределенные в металле (например, Т)Оз, А1гОз), могут быть полезными, если они изоморфны с расплавом и становятся дополнительными центрами кристаллизации, что способствует измельчению структуры металла шва. 9.11З.
Лнквациенная неоднородность в металле шва Ликвацией называется возникающее при неравновесной кристаллнзацнп неравномерное распределение элементов, химических соединений и других составляющих в металле. Она контролируется диффузией в жидкой фазе. К числу сильно ликвирующих элементов относятся кислород, углерод, сера и Фосфор- 466 !б' В металле шва наблюдаются преимущественно два вида ликвацин — дендритная н зональная. В свою очередь, дендритная лйквация может быть двух видов: внутри- и межкристаллитная. Природа виутрикрнсталлитной ликвацни связана с наличием у сплава температурного интервала кристаллизации и с различной для центральной н периферийной частей кристалла степенью обогащения ликвирующей примесью.
В первую очередь кристаллизуется металл вдоль осей будущих кристаллов, он содержит минимальное количеспю примесей и блйзок по составу к исходному. При снижении температуры оси будущих кристаллов обрастают кристаллизующимся металлом, и зти участки постепенно обогащаются примесями, которые особенно сильно насыщшот последние порции кристаллизующегося металла.
Межкрисннтллитнал ликеоттня являетсл результатом оттеснения к границам растущих кристаллов рхзлнчных легкоплавких эвтектик и примесей, создшощих межкриствллнтные прослойки. Особую опасность представляют располагаюпшеся здесь легкоплавкие звтектнки типа сернистых н силикатных, вызывающие горячие микротрещнны. Зональная ликвация вызывается неодновременной кристаллизацией периферийной и центральной частей шва. По мере рост» кристаллитов остшощаяся жидкость оттесняется в центральную область шва и оказывается наиболее загрязненной различиымн вредными примесями. Этот участок шва называет зоной «слабиныв. Она выявляется прн ударной нагрузке. Весьма заметна зоналышя ликвация в однослойных швах большого сечения в птубоких сварочных ваннах, где возникает плоская схема кристаллизации (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
