Строение сварного шва и зоны термического влияния.
Ответ: Строение сварного шва после затвердевания и распределения температуры малоуглеродистой стали на рис. 1. Наплавленный металл 2 получается в результате перевода присадочного и частично основного металлов в жидком состоянии, образования жидкой ванночки и последующего затвердевания, в процессе которого расплавленный металл соединяется с основным 1. В узкой зоне сплавления 3 кристаллизуются зерна, принадлежащие основному и наплавленному металлу. Во всяком сварном шве образуется зона термического влияния 4, которая располагается в толще основного металла. В этой зоне под влиянием быстрого нагрева и охлаждения в процессе сварки изменяется лишь структура металла, а его химический состав остается неизменным.
Рис. 1. Строение шва
Рис. 2 – Структурные превращения в малоуглеродистой стали в зоне термического влияния (1- полного расплавления, 2 -перегрев, 3 – нормализации, 4 неполной перекристаллизации, 5 рекристаллизации, 6 – синеломкости).
Наплавленный металл имеет столбчатое крупнозернистое строение, характерное для литой стали. Если наплавленный металл или соединенный с ним участок был перегрет, то при охлаждении на этом участке (зона 2) зерна основного металл (малоуглеродистой стали) образуют грубо игольчатую структуру.
Металл этой зоны обладает наибольшей хрупкостью и является самым слабым местом сварного соединения. В зоне 3 температура металл не превышает 1100 оС. Здесь наблюдается структура нормализованной стали с характерным и мелкозернистым строением. Металл в этой зоне имеет более высокие механические свойства (в сравнении с металлом первых двух зон).
В зоне 4 происходит неполная перекристаллизация стали, на нагретой доя температуры, лежащей между критическими точками Ас, и Ас3. На этом участке после охлаждения наряду с крупными зернами феррита образуются мелкие зерна феррита и перлита. Металл этой зоны также обладает более высокими механическими свойствами.
В зоне 5 структурных изменений в стали не происходит, если сталь перед сваркой не подвергалась пластической деформации. В противном случае на этом участке наблюдается рекристаллизация.
В зане 6 сталь не претерпевает видимых структурных изменений. Однако на этом участке наблюдается резкое падение ударной вязкости (синеломкость).
Структурные изменения основного металла в зоне термического влияния незначительно отражаются на механических свойствах малоуглеродистой стали при сварке ее любыми способами. Однако при сварке некоторых конструкционных сталей в зоне термического влияния возможно образование закалочных структур, которые резко снижают пластические свойства сварных соединений и часто являются причиной образования трещин.
Размеры зоны термического влияния зависят от способа и технологии сварки и рода свариваемого металла. Так, при ручной дуговой сварке стали тонкообмазынными электродами (обмазку применяют в виде покрытия для защиты сварного шва от воздействия внешней среды) и при автоматической сварке стали под слоем флюса размеры зоны термического влияния минимальны (2-2,5 мм); при сварке электродами с толстой обмазкой протяженность этой зоны равна 4-10 мм, а при газовой сварке – 20-25 мм.
Понятие о свариваемости углеродистых сталей.
Ответ: Способность стали к образованию качественного сварного соединения называют свариваемостью, которая определяется внешними и внутренними факторами. К ним помимо химического состава относятся технология сварки (режимы), жесткость сварного узла, а также комплекс требований, предъявляемых к сварному соединению условиями эксплуатации.
Свариваемость является качественной характеристикой и для разных сталей не одинакова. Стали подразделяют по свариваемости на четыре группы.
1. Стали с хорошей свариваемостью, при сварке которых качественное сварное соединение получается при обычных режимах всеми видами сварки без предварительного и сопутствующего подогрева.
2. Стали с удовлетворительной свариваемостью - качественное сварное соединение можно получить только в узком диапазоне режимов с применением дополнительных технологических мероприятий (предварительный подогрев конструкции).
3. Стали с ограниченной свариваемостью, при сварке которых удовлетворительное качество сварных соединений достигается в очень узком диапазоне режимов сварки с обязательным предварительным и сопутствующим подогревом при сварке и последующей после сварки термической обработкой.
4. Стали с плохой свариваемостью, при сварке (или после сварки) которых образуются горячие или холодные трещины даже при применении специальных технологических мероприятий. Признаком плохой свариваемости считается также повышенная склонность металла к образованию закалочных структур в зоне сварки.
Влияние кислорода, азота и водорода на свойства металла шва
Ответ: В расплавленном состоянии металл шва активно взаимодействует с газами кислородом, азотом и водородом. В жидком металле водород растворяется, тогда как азот и кислород вступают с ним в химическое взаимодействие.
Кислород (О2)в металле шва проникает из окружающего воздуха и образует в металлах окислы (FeO, Fe2O3, Fe3O4), что приводит к понижению механических свойств металла. При охлаждении металла окислы железа образуют шлаковые прослойки между зернами металла, неметаллические включения. Окислы железа приводят к коррозии металла.
Азот (N2)в металле шва проникает из окружающего воздуха и образует в металле нитриты марганца MnN и кремния SiN. При больших скоростях охлаждения азот не успевает полностью выделится, и составляет с металлом пересыщенный твердый раствор, что со временем является причиной процесса старения металла, при котором значительно снижаются механические свойства стали. Азот является вредной примесью стали, так как, повышает прочность и твердость, значительно снижая пластичность и вязкость металла
Водород (H2)в зону сварки , попадает из окружающего воздуха, влаги электродных покрытий и ржавчины. Молекулярный водород распадается на атомарный , который хорошо растворяется в расплавленном металле. При высоких скоростях охлаждения водород переходит из атомарного состояния в молекулярное состояние, не полностью выделится из металла сварочной ванны, что вызывает образование пор и трещин и снижает пластичность металла шва.
Азот, кислород и водород являются вредными примесями для металла. Для того чтобы предотвратить, защитить сварочную ванну от их влияния необходимо производить раскисления металла при помощи элементов содержащихся электродном покрытии, таких как алюминий, марганец, кремний.