ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Особенности металлургических процессов, протекающих при

сварке плавлением В процессе сварки плавлением, в сварочной ванне, за короткий промежуток времени, происходят сложные процессы взаимодействия различных внешних и внутренних компонентов (рис. 1. 3). Материалы заготовок (М1 и М2) и дополнительный материал (М3), вносимый в сварочную ванну, состоят из основного металла (О1, О2, О3), леги­рующих элементов (Л1, Л2 Л,3), растворенных газов (Г1, Г2, Г3) и по­сторонних включений (В1, В2, В3). Все эти компоненты взаимодейст­вуют друг с другом, с газами атмосферы (ГА), с жидким металлом сварочной ванны (ЖМ), с материалом покрытий (МП) и с образую­щейся шлаковой ванной (ШВ). В результате химический состав и свойства сварного шва могут значительно отличаться от химического состава и свойств металлических компонентов сварочной зоны.

Кристаллизация металла сварочного шва

Кристаллизация металла сварного шва начинается с частично оплавленных зерен основного металла заготовок, располагаемых на границах зоны расплавления. К решетке этих зерен присоединяются атомы кристаллизующейся фазы. После завершения кристаллизации в зоне расплавления образуются зерна, частично состоящие из металлов заготовок и металла шва, что обеспечивает сварное соединение. При перемещении сварочной ванны вдоль кромок заготовок в передней части сварочной ванны происходит оплавление металлов, а в задней - кристаллизация, что обеспечивает формирование сварного шва.

Кристаллизация сварного шва отличается от кристаллизации слитков высокой концентрацией источника тепла и высокой скоро­стью охлаждения. Поэтому, шов неоднороден по размеру и химиче­скому составу зерен. В верхней части шва образуются более крупные кристаллы ветвистой формы (дендритное строение). В нижней части - более мелкие кристаллы удлиненной формы (транскристаллитное строение). Шов имеет слоистую структуру. В каждом шве можно вы­делить три участка. Нижний участок кристаллизуется из тонкой про­слойки расплава примыкающей к оплавленным поверхностям. Этот участок обогащен серой, фосфором и углеродом, переместившимися из примыкающих участков металла заготовок. Средний участок кри­сталлизуется из жидкого металла основного состава. Высокая ско­рость кристаллизации обеспечивает идентичность состава металла этого участка составу жидкого металла ванны. Верхний участок обед­нен серой, фосфором и углеродом.

В сварном соединении можно выделить три зоны с различной микроструктурой (рис. 1.4): зону основного металла I; зону термиче­ского влияния II и зону наплавленного металла сварного шва III. В зо­не термического влияния (ЗТВ) можно выделить шесть участков. Уча­сток 1 - неполное расплавление металла. Это переходный участок от зоны наплавленного металла шва к основному металлу. Этот участок нагревается немного выше температуры плавления основного металла находящегося в твердо - жидком состоянии. В области этого участка проходит сплавление зерен шва и основного металла. Поэтому, свой­ства этого участка определяют свойства сварного шва. Участок 2 - перегрев. В области этого участка металл нагревается до 1500оС. Ме­талл участка имеет крупнозернистое строение с пониженной пластич­ностью. Для углеродистых сталей возможно появление закалочных структур. Участок 3 - нормализация. Участок относительно недолго нагревается до 930... 1100оС. Металл участка имеет мелкозернистую структуру с высокими механическими свойствами. Участок 4 - не­полная рекристаллизация. Это участок, в котором крупные зерна фер­рита окружены мелкими зернами феррита и перлита. Участок 5 - рек­ристаллизация. Участок часто наблюдается после сварки заготовок прошедших предварительную пластическую деформацию (поковки, прокат). Участок характеризуется восстановлением формы и размеров разрушенных при деформации зерен. Участок 6 - синеломкость. Уча­сток лежит в интервале температур 200... 400оС (что соответствует, синим цветам побежалости) и характеризуется снижением пластично­сти металла.