38.Металлургические процессы при сварке. Напряжения и деформации при сварке. Строение сварного шва.

Металлургические процессы при сварке очень сложны и отличаются от процессов в обычной металлургии следу­ющими характерными особенностями: 1) высокой тем­пературой (4000—6000К); 2) малым объемом расплав­ленного металла; 3) кратковременностью нахождения металла в жидком состоянии; 4) активным физико-химическим взаимодействием расплавленного металла и окружающей среды.

В процессе сварки металл теряет некоторые полезные примеси, насыщается газами и окислами, поэтому про­цесс взаимодействия газовой, шлаковой сред и жидкого металла должен обеспечить получение качественного сварного соединения. Важнейшими при сварке являются процессы окисления, раскисления, легирования и рафинирования металла.

B качестве раскислителей применяются алюминий, кремний, марганец, хром, титан, которые вводятся в сва­рочную ванну через флюс, обмазку и присадочный ме­талл. Для улучшения механических свойств сварного шва его легируют специальными элементами.

Легирование металла осуществляют через флюс, об­мазку и присадочную проволоку такими элементами, как хром, вольфрам, никель, кремний и др.

Одновременно с раскислением и легированием дол­жен протекать процесс рафинирования, т. е. очищения сварного шва от серы и фосфора. Для удаления серы и фосфора флюс и шлак должны содержать Мn, МnО, СаО.

Сварочные деформации и напряжения являются следствием многих причин. Они значительно снижают механическую прочность сварной конструкции. Основными причинами возникновения сварочных деформаций и напряжений являются неравномерное нагревание и охлаждение изделия, литейная усадка наплавленного металла и структурные превращения в металле шва.

Неравномерное нагревание и охлаждение вызывают тепловые напряжения и деформации. При сварке происходит местный нагрев небольшого объема металла, который, расширяясь, воздействует на близлежащие менее нагретые слои металла. Напряжения, возникающие при этом, зависят главным образом от температуры нагрева, коэффициента линейного расширения и теплопроводности свариваемого металла. Чем выше температура нагрева, а также чем больше коэффициент линейного расширения и ниже теплопроводность металла, тем большие тепловые напряжения и деформации развиваются в свариваемом шве.

Литейная усадка вызывает напряжения в сварном шве в связи с тем, что при охлаждении объем наплавленного металла уменьшается. Вследствие этого в близлежащих слоях металла    возникают    растягивающие силы. Чем меньше количество расплавленного металла, тем меньшие возникают напряжения и деформации. Структурные превращения вызывают растягивающие и сжимающие напряжения в связи с тем, что они в некоторых случаях сопровождаются изменением объема свариваемого металла. Например, у углеродистых сталей при нагреве происходит образование аустенита из феррита — этот процесс сопровождается уменьшением объема. При больших скоростях охлаждения высокоуглеродистых сталей аустенит образует мартенситную структуру, менее плотную, чем аустенит; этот процесс сопровождается увеличением объема. При сварке низкоуглеродистой стали напряжения, возникающие от структурных превращений, небольшие и практического значения не имеют. Стали, содержащие более 0,35% углерода, и большинство склонных к закалке легированных сталей дают значительные объемные изменения  от структурных превращений. Вследствие этого развивающиеся напряжения оказываются достаточными для возникновения трещин в шве