Изменение химического состава и распределения элементов в сварном соединении.
Изменение состава определяется активностью свариваемого металла, составом окружающей атмосферы, составом сварочных материалов, чистотой кромок перед сваркой и развитием диффузионных процессов в сварочной ванне и околошовной зоне. Существенное влияние на изменение состава металла шва и его свойства оказывают реакции взаимодействия расплавленного металла с кислородом, азотом и водородом. Источником кислорода и водорода могут быть не только атмосфера, но и адсорбированные газы, влага, оксиды, органические загрязнения, содержащиеся на поверхности основного и присадочного металла.
Повышенное содержание растворенного кислорода в сварочной ванне при сварке сталей приводит к снижению прочностных свойств и пластичности. Увеличение содержания растворенного азота снижает пластичность металла шва. Водород во многих случаях снижает работоспособность соединения в условиях испытаний на длительную прочность, в ряде случаев иногда может способствовать образованию холодных трещин. Кроме того, резкое изменение растворимости этих газов с понижением температуры приводит к формированию пористости в сварном соединении.
Основными методами борьбы с вредным влиянием кислорода, азота и водорода является ограничение их содержания в шве за счет:
снижения парциального давления этих газов в окружающей среде;
связывания их в стойкие при высокой температуре соединения;
удаления их из металла в шлак за счет развития металлургических процессов в сварочной ванне.
Неравномерность химического состава шва и околошовной зоны определяются специфическими условиями кристаллизации металла шва и высокотемпературной области зоны термического влияния и диффузионными процессами (обмен элементами между швом и зоной термического влияния).
Строение сварного соединения.
Структура сварного соединения определяется исходной структурой свариваемых материалов, характером физического воздействия на него и степенью завершенности фазовых и структурных превращений, протекающих при сварке.
В зависимости от наличия (или отсутствия) полиморфных превращений все материалы могут быть разделены на 3 группы:
1)
сплавы, имеющие полиморфные превращения,
сопровождающиеся существенным изменением
объема
(сталь перлитного и мартенситного
классов, сплавы циркония, и др.);
2) сплавы, имеющие полиморфные превращения, не сопровождающиеся существенным изменением объема (сплавы титана);
3) сплавы, не имеющие полиморфных превращений (тугоплавкие металлы и некоторые сплавы цветных металлов).
В участках, нагревавшихся до температуры, близкой к температуре плавления, происходят процессы образования твердых растворов с различной степенью гомогенности зерна, а в процессе охлаждения (в зависимости от свойств материала и скорости охлаждения) возможны полиморфные превращения: либо мартенситного типа, либо эвтектоидный распад, либо распад пересыщенных твердых растворов, сопровождающиеся выделением новых фаз.
В участках, нагревавшихся до более низких температур (в зависимости от исходной структуры материала и его свойств) возможны процессы отпуска, частичного или полного распада пересыщенных твердых растворов, частичного растворения или коагуляции упрочняющих фаз.
Кроме фазовых превращений при сварке протекают процессы рекристаллизации и роста зерна, огрубления структуры, полигонизации и диффузионного перераспределения примесей, приводящие к формированию и структурной неоднородности и изменению свойств металла.
Оценка свариваемости в зависимости от требований и степени проработки вопроса может осуществляться как по литературным данным, так и данным, полученным в результате проведения экспериментальных исследований. В последнем случае в зависимости от требований, предъявляемых к сварному соединению, оценка свариваемости может производиться по различным показателям:
по данным изменения структуры металла в зоне термического влияния (ЗТВ);
по данным изменения механических свойств сварного соединения или металла отдельных областей ЗТВ;
по склонности к образованию отдельных дефектов (пор, горячих, холодных трещин и др.).