Учебное пособие 2013

ЛЕКЦИЯ 8

ством к кислороду (Si, Mn, Ti) реакция раскисления будет проходить за счет этих элементов и выделение СО будет в значительной степени подавлено. Поэтому в сварочных материалах (присадочной или электродной проволоке) для сварки сталей содержание углерода стремятся уменьшить, а количество элементовраскислителей – увеличить.

Вторая причина появления газовых пузырьков в шве — выделение в момент кристаллизации жидкого металла растворенных в нем газов. Для стали это в основном водород и азот, растворимость которых в твердой фазе в момент кристаллизации уменьшается в несколько раз по сравнению с растворимостью в жидком железе (см. лекцию № 6).

Скачкообразное изменение растворимости водорода и азота при достаточном времени существования ванны приводит к интенсивному выделению пузырьков на границе раздела жидкой и твердой фаз. В металлическом растворе азот и водород могут находиться только в атомарном состоянии, поэтому процесс их растворения в металле сопровождается расщеплением молекул на атомы (рис. 8.19). При кристаллизации металла протекает обратный процесс — выделение азота или водорода из раствора и объединение атомов в молекулы.

Если увеличить скорость охлаждения сварочной ванны, то можно затормозить выделение растворенных газов при кристаллизации (они остаются в твердом растворе). В этом случае металл шва будет плотным.

Зависимость пористости швов от скорости сварки схематически представлена на рис. 8.20.

111

ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

При скоростях сварки меньше vо удаление растворенных газов происходит за счет всплывания пузырьков. Если скорость сварки больше v1, то пористость шва превысит допустимые нормы. Наибольшая пористость наблюдается в диапазоне v1 -v2. При скоростях сварки больше vо уменьшение пористости швов достигается за счет фиксирования водорода или азота в твердом растворе.

Для металла содержание небольшого количества азота в растворе благоприятно влияет на его прочность (см. лекцию № 6). Но наличие водорода, растворенного в стали, опасно с точки зрения сопротивляемости сварных соединений образованию холодных трещин или появлению водородной хрупкости. Это связано с высокой подвижностью растворенных атомов водорода.

Накапливаясь вокруг вакансий или выделяясь в микропустотах твердого металла, водород из атомарного состояния переходит в молекулярное. При этом давление молекулярного водорода в этих пустотах достигает 100 и более атмосфер, а пластичность металла в зоне скопления молекулярного водорода падает до нуля.

О г р а н и ч е н и е с о д е р ж а н и я а з о т а и в о д о р о д а в м е т а л л е ш в а

Азот. Основным источником азота, попадающего в зону сварки, является воздух. Поэтому для уменьшения поглощения азота при сварке необходимо стремиться снизить его содержание в столбе дуги. Это достигается вытеснением воздуха из зоны горения дуги различными способами (применение обмазки, выделяющей газы; свободных от азота флюсов и защитных газов).

Водород. Основными источниками водорода являются продукты распада углеводов в электродных покрытиях, а также продукты диссоциации воды содержащейся в обмазке, флюсах, защитных газах и адсорбированной поверхностями свариваемых деталей и электродной проволоки.

Для уменьшения количества водорода, растворяющегося в сварочной ванне, необходимо тщательно очищать свариваемые кромки и сварочную проволоку от ржавчины, масел и жиров, производить просушку и прокалку электродов и флюсов.

Неметаллические (шлаковые) включения образуются вследствие высоких скоростей потоков расплава в зоне кристаллизации сварочной ванны. Это происходит при высоких скоростях сварки, при неправильных манипуляциях электродом. При этом в металл замешивается шлак и остается внутри шва. Кроме того, шлаковые включения в шве возникают в результате окислительновосстановительных реакций, когда нерастворимые мелкодисперсные окислы Mn и Si застревают в кристаллизующемся металле.

112

ЛЕКЦИЯ 8

Мелкие глобулярные шлаковые включения мало влияют на свойства металла шва. Крупные, вытянутые включения снижают ударную вязкость и усталостную прочность металла.

Контрольные вопросы

1.Перечислите наружные дефекты сварных соединений и причины их образования.

2.Опишите дефекты геометрической формы шва, перечислите причины их образования. Как они влияют на свойства и работоспособность сварных соединений?

3.Расскажите о непроварах, способах их обнаружения, причинах образования и влияния их на свойства сварных соединений.

4.Дайте характеристику прожогов и кратеров, объясните причины их образования и способы их предотвращения.

5.Расскажите о механизме образования горячих трещин в металле шва.

6.Перечислите факторы, определяющие склонность сварных соединений к образованию горячих трещин.

7.Назовите способы предотвращения возникновения горячих трещин в сварных соединениях.

8.Объясните причины образования и перечислите способы предотвращения возникновения холодных трещин в сварных соединениях.

9.Поры и неметаллические включения. Расскажите о причинах образования пор и неметаллических включений в металл сварного шва и способах борьбы с их возникновением.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучив курс лекций «Сварка в строительстве» студенты получают представление о физико-химических, термомеханических, металлургических и тепловых процессах, структурных изменениях в шве и околошовной зоне, протекающих в процессе сварки; и должны овладеть необходимыми современному инженерустроителю знаниями:

-достоинства и недостатки строительных металлических конструкций;

-достоинства и недостатки сварных соединений;

-физические основы образования сварных соединений при сварке металлов;

-классификация способов сварки и основные способы сварки металлов;

-физические процессы в сварочной дуге;

-тепловые процессы при сварке;

-дефекты сварных соединений и причины их образования.

Полученные знания будут являться основой для разработки технологии сварки в производстве и монтаже строительных металлических конструкций.

113

ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

114