Вопрос 3

Соединение, выполняемое сваркой плавлением, состоит из четырех зон: наплавленного металла; сплавления; термического влияния; основного металла (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Схема строения сварного соединения при дуговой сварке стали: А — зона наплавленного металла, Б — зона сплавления, В — зона термического влияния, Г — зона основного металла

Зона наплавленного металла представляет собой перемешанный в жидком состоянии с основным металлом материал электрода или присадочной проволоки.

Зона сплавления — это слой основного металла толщиной 0,1...0,4 мм с частично оплавленными зернами. Перегрев металла в этой зоне приводит к образованию, игольчатой структуры, отличающейся хрупкостью и пониженной прочностью, и оказывает значительное влияние на свойства соединения в целом.

Зона термического влияния состоит из четырех участков (1...4), различающихся структурой. Участок перегрева 1 — область основного металла, нагретого до 1100...1450 °С и имеющего крупнозернистую структуру с площадью поверхности зерна, до 12 раз превышающую площадь исходных зерен. Перегрев снижает механические свойства металла, главным образом пластичность и вязкость. Разрушение сварного соединения обычно происходит по этому участку, ширина которого достигает 3...4 мм.

Участок нормализации 2 — область основного металла, нагретого до 900... 1100 °С. Благодаря мелкозернистой структуре механические свойства металла на этом участке выше по сравнению с основным металлом. Ширина участка составляет 1...4 мм.

Участок неполной перекристаллизации 3 — область основного металла, нагретого до 725...900 °С; состоит из мелких и крупных зерен. Неравномерное кристаллическое строение приводит к снижению механических свойств.

Участок рекристаллизации 4 — область основного металла, нагретого до 450...725 °С. При этих температурах происходит восстановление формы зерен, деформированных в результате предыдущего механического воздействия (при прокатке, штамповке и др.). Ширина зоны термического влияния зависит от удельной энергии е_з, введенной в заготовку, и вида сварки (например, при ручной дуговой сварке качественными электродами она составляет 5...7 мм).

Зона основного металла условно начинается от границы с температурой 450 °С. Структура при температурах ниже 450 °С не отличается от структуры исходного металла, однако сталь, нагретая до температур 200...400 °С, обладает худшими механическими свойствами, что объясняется выпадением по границам зерен оксидов и нитридов, ослабляющим связь между зернами. Это явление, вызывающее понижение пластичности и ударной вязкости при одновременном повышении прочности металла, называется синеломкостью (характерны синие цвета побежалости).

Вопрос4

При нагревании в процессе сварки все металлы и их сплавы, соединяясь с кислородом окружающего воздуха или сварочного пламени, образуют окислы. Окислы металлов имеют обычно температуру плавления выше, чем сам металл. Окислы покрывают капли расплавленного металла тонкой пленкой и тем самым затрудняют сплавление их при сварке.

Для того чтобы удалить образовавшиеся при сварке окислы и защитить расплавленный металл от окисления, применяют сварочные порошки или пасты, называемые флюсами.

Флюсы при сварке насыпаются или намазываются на кромки деталей, подготовленных под сварку, а также могут вводиться в шов вместе с присадочной проволокой.

В последнее время ВНИИавтогеном разработаны флюсы, которые подаются в парообразном состоянии непосредственно в пламя сварочной горелки.

Флюс связывает окислы металла, образуя с ними легкоплавкие химические соединения — шлаки, всплывающие на поверхность ванны и защищающие поверхность шва от дальнейшего окисления, либо расплавленный флюс просто растворяет в себе окислы (физическое растворение).

К флюсу предъявляют следующие требования: флюс должен хорошо удалять образовавшиеся при сварке окислы; плавиться раньше, чем свариваемый металл; хорошо растекаться по шву, чтобы прикрыть собой сварочную ванну; не должен оказывать вредного действия на металл шва; должен хорошо отделяться от шва после сварки; составляющие флюса должны быть простыми и недефицитными.

Флюсы применяются при газовой сварке меди, алюминия и их сплавов, чугуна, некоторых специальных сталей, например нержавеющих, а также при пайке.

При изготовлении флюсов используются следующие вещества: бура, борная кислота, окислы или соли натрия, калия, бария, фтора, лития и др. Состав флюсов выбирают в зависимости от состава и свойств свариваемого металла. Борная кислота и ее соединения являются наиболее распространенными флюсами при сварке и пайке меди и ее сплавов. При газовой сварке чугуна в качестве флюсов берут чаще всего окислы или соли натрия — едкий натрий, углекислый натрий и др.

При сварке и пайке алюминия и его сплавов подбирают флюсы, состоящие из смеси солей натрия, калия, фтора, криолита. Эти флюсы действуют как растворители окислов свариваемого металла.

Ниже при рассмотрении технологии сварки соответствующих металлов приводится рецептура флюсов.

При кислородной резке нержавеющих сталей, чугуна и цветных металлов применяется флюс, основой которого является железный порошок.

Такой флюс вводится в струю режущего кислорода

Основное назначение флюса — способствовать удалению тугоплавких окислов из места разреза металла.