Основы сварочного дела Металлургические процессы при сварке Химический состав металла шва
СЛАЙД 2 Химический состав металла шва и его свойства зависят от состава и доли участия в формировании шва основного и электродного (присадочного) металла, реакций взаимодействия расплавляемого металла с газами атмосферы и защитными средствами.
Рис. 1. Поперечное сечение шва:
а – стыковое соединение; б – наплавка; 1 – основной металл; 2 – проплавленный (основной) металл; 3 – наплавленный (присадочный) металл
СЛАЙД 3 Металл шва в общем случае при сварке плавящимся электродом или применении металлических присадок (проволоки, порошка и т.п.) образуется в результате перемешивания в ванне основного и электродного (присадочного) металла. Доля основного металла (0) в шве зависит от вида соединения (с разделкой, без разделки), вида и режима сварки и может быть определена по отношению площади, занятой основным металлом в поперечном сечении шва, ко всей его площади (рис. 1)
, (1)
где Fпр, Fн – площади, занятые основным и электродным (присадочным) металлом соответственно.
При ручной дуговой сварке покрытым электродом доля основного металла в шве составляет 0,15 – 0,40 – при наплавке валиков, 0,25 – 0,50 – при сварке корневых швов, 0,25 – 0,60 – при сварке под флюсом.
СЛАЙД 4 При отсутствии химических реакций в зоне сварки содержание любого элемента в металле шва (Сш) может быть найдено по формуле:
,
(2)
где Со, Сэ – исходное содержание элемента в основном и электродном металле, о – доля основного металла.
В случае химических реакций расплавленного металла с газами, покрытиями, шлаковой ванной состав металла шва определяют с учетом коэффициентов перехода, показывающих, какая доля металла, содержащегося в электродной проволоке, переходит в металл шва:
,
(3)
где η – коэффициент перехода, он изменяется в широких пределах (0,3 – 0,95) в зависимости от химической активности элемента, вида сварки, технологии сварки и др.
Металлургические реакции при сварке
СЛАЙД 5 При сварке без защиты расплавляемый металл интенсивно поглощает газы атмосферы, поэтому сварные швы обладают низкими механическими свойствами. Для изоляции металла от воздуха в процессе сварки применяют различные средства защиты: электродные покрытия, флюсы, защитные газы, вакуум. Однако полностью изолировать металл от воздуха обычно не удается. Сами средства защиты также взаимодействуют с металлом, даже инертный газ и вакуум, содержащие некоторое количество примесей. Химические реакции взаимодействия расплавленного металла с газами и средствами защиты называются сварочными металлургическими реакциями.
Выделяют две основные зоны или стадии взаимодействия расплавленного металла с газами и шлаком: торец электрода с образующимися на нем каплями и сварочную ванну. СЛАЙД 6 Полнота протекания металлургических реакций зависит от температуры, времени взаимодействия, поверхности и концентрации реагирующих веществ.
Характерные условия металлургических реакций при сварке, как и при кристаллизации, – высокая температура нагрева, относительно малый объем расплавляемого металла, кратковременность процесса.
Средняя температура капель электродного металла, поступающих в ванну, увеличивается с увеличением плотности тока и составляет при сварке сталей от 2200 до 2700 оС, т. е. характеризуется значительным перегревом. Температура сварочной ванны при дуговой сварке также характеризуется значительным превышением над точкой плавления, перегрев составляет 100–500 °С. Высокая температура способствует высокой скорости протекания реакций, однако из-за больших скоростей охлаждения реакции при сварке обычно не успевают завершиться полностью.
Металлургические реакции при сварке одновременно протекают в газовой, шлаковой и металлической фазах.