МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНЖЕНЕР-СВАРЩИК

Распределение и влияние температуры

При ручной дуговой сварке существенным является распределение температур по длине сварочного электрода и распределение температур в основном металле (изделии).

Распределение температур в изделии

Может быть рассчитано, как правило, по схеме Рыкалина - подвижный точечный ис­точник нагрева.

Характеризуется термическими циклами, температурными кривыми, изотермами.

В участке основного металла, прилегающем к шву, температура близка к температуре плавления. При удалении от шва температура интенсивно снижается, приближаясь к сред­ней температуре свариваемого изделия.

Таким образом, в окопошовной зоне металл подвергается своеобразной термооб­работке. Отсюда эта зона называется зоной термического влияния. Структура металла в зоне термического влияния изменяется в соответствии с термическим циклом нагрева и ох­лаждения. зависит от химического состава металла, предшествующей термической и меха­нической обработки.

Рассмотрим, какие структурные превращения происходят в зоне термического влияния при сварке малоуглеродистых сталей.

В пределах шва металл был нагрет до расплавления, и поэтому после затвердения имеет в основном дендритную (литую) структуру.

Непосредственно к сварному шву припегает участок непопного расплавления.

На участке I (участок перегрева ) металл был нагрет от 1370 до 1770° К (от 1100 до 1500е С), и поэтому имеет крупнозернистую структуру с игольчатыми включениями феррита. Это участок перегрева, а структуру металла в нем называется видманштедтовой.

Участок II (участок нормализации) характерен тем, что металл был нагрет до интерва­ла от критической точки АсэДО 1370° К (1100° С). В связи с тем, что охлаждение происходи­ло на воздухе, металл в этом участке претерпел нормализацию и значит, отличается мелко­зернистой структурой.

В участке III (участок неполной перекристаллизации) металл нагревается до интервала температур от критической точки Ac1t до Асэ Нагрев до таких температур приводит к непол­ной перекристаллизации, а поэтому в пределах этого участка есть мелкие зерна перлита не­крупные зерна феррита, т. е. структура характерна геометрической неоднородностью. В пределах участка IV (участок рекристаллизации) металл нагревается до температур от 770° К (550° С) до критической точки Ас, что приводит к рекристаллизации. В результате этого вытянутые зерна основного металла, если это был стальной прокат, приобретают гло­булярную форму, а размеры зерен увеличиваются.

Участок V (участок синеломкости) - видимых изменений в структуре металла сварного шва не происходит. Отличается цветами побежалости.

Из рассмотренных участков особое внимание должно уделяться участку с видман - штедтовой структурой. Он вследствие перегрева имеет крупное зерно и обладает понижен­ной прочностью. Сварку следует выполнять так, чтобы участок перегрева был минималь­ный. Наиболее высокие механические свойства на участке нормализации, в пределах кото­рого металл имеет однородную мелкозернистую структуру.

Если выполняется сварка среднеуглеродистых и некоторых низколегированных сталей (45, 40Х, ЗОХГСА и др.), в околошовной зоне возможно образование закалочных структур. Это называется подкалкой и приводит к повышению твердости, возникновению внутренних напряжений, а иногда к образованию трещин. В таких случаях сварку целесообразно выпол­нять с термическим циклом, характерным медленным нагревом и охлаждением металла.

При сварке аустенитных хромоникелевых сталей в околошовной зоне из твердого рас­твора могут выпадать комплексные карбиды хрома и железа. Это явление нежелательное, так как приводит к обеднению аустенита (твердого раствора) хромом и тем самым повышает склонность к межкристаллитной коррозии; поэтому сварка таких сталей выпопняется на ре­жимах, при которых обеспечивается минимальная длительность пребывания металла око­лошовной зоны в интервале высоких температур.

Нагрев электрода определяется двумя составляющими: нагрев проходящим током и нагрев сварочной дугой.

Влияние нагрева электрода теплом сварочной дуги имеет решающее значение с точки зрения обеспечения плавления электрода, но сточки зрения нагрева нерасплавиешейся части, проявляется на расстоянии до 15 мм от торца электрода (что очень важно с точки зрения транспорта компонентов электродного покрытия в сварочную дугу)

Нагрев стержня эпектрода проходящим током тем больше, чем дольше протекание по стержню сварочного тока и чем больше величина последнего. Перед началом сварки ме­таллический стержень имеет температуру окружающего воздуха, а к концу расплавления электрода температура повышается до 500—600° С (при содержании в покрытии органиче­ских веществ - не выше 250е С). Это приводит к тому, что скорость расплавления электрода (количество расплавленного электродного металла) в начале и конце различна. Изменяется и глубина проплавления основного металла ввиду изменения условий теппопередачи от ду­ги к основному металлу через прослойку жидкого металла в сварочной ванне. В результате изменяется соотношение долей электродного и основного металлов, участвующих в обра­зовании металла шва. а значит, и состав и свойства металла шва, выполненного одним электродом. Это - один из недостатков ручной дуговой сварки покрытыми электродами.