§ 29. Плазменно-дуговая сварка

Электронной плазмой называют сильно ионизированный газ, состоя­щий из нейтральных атомов и моле­кул, ионов и электронов. Для полу­чения плазменной дуги соосно стол­бу дуги, горящей между катодом и анодом, в узком канале водоохлаж-даемого медного сопла 3 специаль­ной плазменной горелки (рис. У.ЗЗ) пропускают поток газа. При увели­чении тока столб дуги в ограничен­ном стенками канала сопле горелки расширяться не может, поэтому з,а счет его сжатия, а также сжатия газо­вым потоком температура столба дуги и степень ионизации газа резко повышаются. Практически почти весь газ, проходящий сквозь столб сжатой дуги, ионизируется и превращается в плазму.

Различают плазменную дугу прямого и косвенного действия. Дуга 4 прямого действия (рис. У.ЗЗ, а) горит между вольфрамовым электродом 1 (катодом) и изделием 5 (анодом). Температура такой дуги достигает 20 000—30 000 °С.

Дуга косвенного действия (рис. У.ЗЗ, б) горит между вольфрамовым электродом / и медным соплом 3 горелки. Давлением потока газа иони­зированный газовый поток выдувается из сопла горелки в виде яркого концентрированного пламени 4. Его температура достигает 15 000 °С и выше. Ток к вольфрамовому электроду подводят через мундштук 2, а к корпусу горелки — вблизи сопла. В качестве плазмообразующего газа для сварки используют главным образом аргон. Плазменной дугой сваривают углеродистые и нержавеющие стали, тугоплавкие и цветные металлы, а также неметаллические материалы толщиной от нескольких десятков микрометров и больше.

§ 30. Сварка взрывом

При сварке взрывом (рис. У.34) лист 3, привариваемый по всей плос­кости к листу 4, устанавливают на расстоянии 2—3 мм и под углом а к нему. На поверхность листа 3 укладывают взрывчатое вещество 2 (порох, гексоген и др.), которое воспламеняется от запальника /. При

воспламенении взрывчатки мощная взрывная вол­на распространяется по всей поверхности листа 3 и создает на него огромное давление (порядка 10⁵ ат). При соударении свариваемых поверхно­стей в поверхностных слоях возникает пластиче­ская деформация и расплавление микрооблас­тей, в результате чего и происходит сварка.

Сварка взрывом дает возможность соединять как однородные (серебро, алюминий, титан, медь, сталь и др.), так и разнородные (титан и сталь.

Рис. У.34. Схема сварки взры- V ' ^г „ ^{г 4} _ч

вом. титан и медь, алюминии и титан и т. д.) металлы.

Глава 7

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ И НАПЛАВКИ РАЗЛИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

И СПЛАВОВ

§ 31. Структура металла шва и зоны термического влияния

1. Структура металла шва. При сварке плавлением под действием тепла дуги или газосварочного пламени на свариваемом металле образуется ванна жидкого металла — сварочная ванна, представляющая собой сплав основного и присадочного металлов. По мере передвижения источ- ника тепла, а также вследствие отвода тепла из ванны в массу сваривае- мого металла и теплообмена с окружающей средой температура металла сварочной ванны понижается и в ней начинается процесс кристаллиза- ции. Центрами кристаллизации являются нерасплавившиеся кристаллы основного металла на границе сварочной ванны. Кристаллы растут в на- правлении, обратном отводу тепла, т. е. от стенок основного металла к центру шва.

При сварке стали первичная структура в сварном шве крупнокри­сталлическая, дендритная, в большинстве случаев имеет форму столбчатых кристаллов (рис. У.35). При повторном нагреве металла шва до темпе­ратур примерно 900—950 °С и быстром охлаждении столбчатая структура превращается в мелкозернистую равноосную. Поэтому при многослойной электродуговой сварке структура первых и последующих слоев мелко­зернистая и равноосная, а последнего слоя — столбчатая, с пониженными механическими свойствами.

2. Структура зоны термического влияния. Часть основного металла, которая близко прилегает к металлу сварного шва, называется зоной термического влияния. При сварке она нагревается до высоких темпера- тур и потом охлаждается. Отдельные участки этой зоны нагреваются до разных температур и поэтому имеют различную структуру.

При сварке малоуглеродистой стали в зоне термического влияния различают следующие структурные участки (рис. У.35):

1 — узкая полоска зоны сплавления основного металла, нагретого до температуры плавления, с расплавленным присадочным металлом. Этот

участок имеет крупнокристал­лическое строение и незначи­тельные линейные размеры;

2 — зона перегрева. Темпе­ратура нагрева металла в ней составляет 1100—1500 "С. Зона характеризуется крупнокристал­лической и даже так называемой Видманштеттовой, или зернисто-игольчатой, структурой с пони­женными механическими свой­ствами;

3 — зона нормализации. Ме­талл в ней нагревается при­мерно до 900—П00°С и имеет

мелкокристаллическое строение и повышенные механические свойст­ва;

4. — зона неполной перекристаллизации. Для малоуглеродистой стали это соответствует нагреву до температур 727—911 °С. В этом интервале происходит только частичная перекристаллизация основного металла, ха­рактеризуемая тем, что наряду с более крупными зернами, не прошедши­ми перекристаллизацию, образуются новые, более мелкие зерна, прошед­шие ее. Механические свойства металла, имеющего такую структуру, несколько понижены;

5. — (450 °С — 727 °С) — зона рекристаллизации. В этом интервале тем­ператур укрупняются раздробленные зерна, образовавшиеся под действи­ем предварительной пластической деформации;

6. — зона синеломкости. Здесь металл нагревается до температуры 200—450 °С и по своей структуре не отличается от основного металла, но по сравнению с ним имеет более низкие пластические свойства.

Величина зоны термического влияния так же, как и структурные из­менения на отдельных участках этой зоны, зависит от способов и режимов сварки и от рода свариваемого материала. При дуговой сварке малоуг­леродистых сталей величина зоны не превышает 6—10 мм, при газовой сварке ее линейные размеры увеличиваются до 25—28 мм. Если свари­вают малоуглеродистые стали, то структурные изменения в зоне термиче­ского влияния почти не оказывают действия на механические свойства сварных соединений. При сварке сталей, имеющих повышенное содержа­ние угдерода или легирующих примесей, в зоне влияния образуются за­калочные структуры, а иногда и закалочные трещины. Поэтому, чтобы иметь оптимальные свойства зоны термического влияния этих сталей, строго соблюдают заданный режим сварки, а иногда применяют предва­рительный подогрев или последующую термическую обработку. Послед­няя превращает дендритную структуру в металле шва и Видманштет-товую структуру в зоне термического влияния в зернистую структуру. Благодаря этому пластические свойства сварных соединений значительно улучшаются.