Особенности кристаллизации сварочной ванны

При сварке плавлением сварные соединения имеют два ярко выраженных участка: закристаллизовавшийся металл шва и зону термического влияния в основном металле. Структура металла этих участков оказывает существенное влияние на механические свойства при сварке сталей [14–17].

В процессе первичной кристаллизации металла шва получаются столбчатые кристаллы с неоднородным химическим составом. При аллотропическом превращении железа кристаллы распадаются, и образуется структура, состоящая из зерен феррита и перлита. Происходящее в результате кристаллизации измельчение зерен оказывает благоприятное влияние на механические свойства металла шва. Участок основного металла, подвергшийся в процессе сварки нагреву до температуры, при которой в нем происходят изменения структуры металла, называютоколошовной зоной или зоной термического влияния (ЗТВ).

Рассмотрим структурные изменения металла. В зависимости от температуры нагрева и структурных изменений околошовная зона делится на участки (рис. 37).

Рис. 37. Зона термического влияния

Участок неполного расплавления является переходным от наплавленного металла к основному, он представляет собой узкую полоску основного металла, которая при сварке находится при температурах между линиями ликвидуса и солидуса.

В процессе сварки этот участок нагревается до температуры, несколько превосходящей температуру плавления, и находится в твердожидком состоянии, что способствует протеканию диффузии некоторых элементов между твердой и жидкой фазой переходной зоны. Поэтому переходная зона отличается по своему химическому составу как от основного, так и от наплавленного металла.

Ширина участка неполного расплавления зависит от характера источника нагрева и состава металла и изменяется от 0,1 до 0,4 мм. Свойства этого участка оказывают подчас решающее влияние на работоспособность сварной конструкции.

Участок перегрева ограничивается температурными границами: со стороны шва температурой участка неполного расплавления, а со стороны основного металла температурой примерно 1100 ºС. На этом участке металл при сварочном нагреве претерпевает аллотропическое превращение из δ- в γ- железо, и в связи с тем, что металл этого участка нагревается значительно выше точки Ас₃ , наблюдается перегрев и рост аустенитного зерна.

В процессе остывания вторичная структура на этом участке зависит от состава металла и термического цикла сварки. Так, в некоторых случаях ручной сварки при значительном перегреве в сталях с повышенным содержанием углерода, а при электрошлаковой сварке даже в низкоуглеродистой стали образуется крупнозернистая видманштедтовая структура, которая незначительно влияет на прочность металла но заметно снижает его пластичность. Ударная вязкость при этом падает на 25 % и более. Ширина этого участка изменяется от 1 до 3 мм.

Участок нормализации охватывает металл, нагретый в процессе сварки от температуры несколько выше критической точки Ас₃ до температуры 1100 ºС. На этом участке создаются благоприятные условия для образования мелкозернистой вторичной структуры.

Механические свойства металла на участке нормализации обычно выше свойств основного металла, не подвергшегося нагреву при сварке. Ширина этого участка в зависимости от способа и режима сварки изменяется от 1,2 до 4 мм.

Участок неполной перекристаллизации охватывает металл, подвергшийся нагреву в интервале температур точек от Ас₁ до Ас₃ . Для низкоуглеродистой стали этот интервал температур составляет немногим более 100 ºС (от 725 до 850 ºС). Металл на этом участке подвергается только частичной перекристаллизации. Поэтому здесь, наряду с зернами основного металла, не изменившимися при нагреве, присутствуют зерна, образовавшиеся при перекристаллизации.

Участок рекристаллизации наблюдается, при сварке стали, подвергавшейся пластической деформации. На этом участке в интервале температур 450–700 ºС из обломков зерен зарождаются и растут новые равноосновные зерна. Если до сварки металл не подвергался пластической деформации (например, литые сплавы), процесс рекристаллизации не имеет места.

Участок синеломкости охватывает температурный интервал 200–400 ºС, при котором появляются синие цвета побежалости на поверхности металла. Характеризуется тем, что при сварке низкоуглеродистых сталей, содержащих более 0,005 % О₂, 0,005 % N₂ и 0,0005 % Н₂, на участке наблюдается резкое падение ударной вязкости. Оно, вероятно, вызывается старением метала, при котором из пересыщенного твердого раствора выпадают избыточные составляющие, в данном случае азот, углерод, которые в виде тонкодисперсных нитридов и карбидов скапливаютсявокруг дефектных участков кристаллической решетки, повышая таким образом прочность и снижая пластичность.

Сравнительные средние размеры участков зоны термического влияния по опытным данным для некоторых видов и способов сварки приведены в табл. 9.

Таблица 9

Дата добавления: 2014-03-19; просмотров: 358; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!