Варіант 21

а) В практике изготовления сварных конструкций широко применяют отпуск для снятия собственных напряжений. Эта технологическая операция также основана на процессах самодиффузии. Известно, что собственные напряжения всегда связаны с искажением кристаллической решетки металла. Устраняется оно при наличии подвижных дислоцированных атомов, занимающих дефектные места в решетке и восстанавливающих идеальную кристаллическую структуру. Постепенно снятие напряжений (релаксация) происходит и при нормальной температуре, однако идёт оно очень медленно и тянется годами. Нагрев конструкции до 500–550 при высоком отпуске активизирует процессы диффузии и позволит снимать напряжения за несколько часов.

Диффузионные процессы имеют большое значение для выравнивания химического состава сварного шва по объёму. В большинстве случаев сварки плавления химический состав основного металла существенно отличен от состава электродной или присадочной проволоки.

б) В некоторых случаях диффузионные процессы при сварке приводят к нежелательным последствиям. Так, при сварке двухслойной стали, несмотря на все меры предосторожности, некоторая часть углерода диффундирует из сравнительно высокоуглеродистого основного металла в низкоуглеродистый нержавеющий слой, и антикоррозионные свойства нержавеющего слоя снижаются.

Подобное явление наблюдается и при выплавке чугуна на сталь или стали на чугун. Небольшой объём чугуна вблизи поверхности сплавления обедняется углеродом, кремнием и др. элементами за счёт диффузии их из чугуна в сталь. В то же время некоторый объём стали насыщается этими элементами и образует очень твёрдую прослойку высокоуглеродистой стали, плохо поддающейся механической обработке.

В металлах всегда растворено некоторое количество газов, в том числе и водорода. Последний может диффузировать из более холодных объёмов в более нагретые, насыщать сварочную ванну и способствовать возникновению пор.

Варіант 22

а) Перенос электродного металла в сварочную ванну. Характер переноса электродного металла в сварочную ванну существенно влияет на степень развития физико-химических процессов при взаимодействии металлической, шлаковой и газовой фаз, а также на устойчивость самого процесса сварки. В зависимости от типа сварочной ванны наблюдается перенос электродного металла через газовую или шлаковую среду. Механизм переноса в обоих случаях имеет свои особенности.

Через газовую среду электродный металл переносится в виде капель разного размера – диаметром от 6 – 7 мм до тысячных долей миллиметра, а также в виде паров. Установлено, что независимо от способа сварки и положения шва в пространстве металл всегда переходит с электрода на изделие.

Можно отметить такие главные формы переноса: крупно- и мелкокапельный с короткими замыканиями дугового промежутка, капельный без коротких замыканий, струйный, а также перенос металла в виде паров.

б) Для сварки голым электродом на малых токах характерен преимущественно крупнокапельный перенос металла с периодическими замыканиями каплей дугового промежутка. В этом случае поверхностное натяжение металла капли повышенное, так как токи малы и поверхностно-активных веществ нет. Силы отрыва нарастают медленно, и поэтому капля успевает сильно увеличиться.

При сварке толстопокрытым электродом на больших токах наблюдается преимущественно мелкокапельный перенос металла с редкими замыканиями дугового промежутка. В этом случае величина поверхностного натяжения металла капель снижается как за счёт наличия поверхностно-активных веществ в шлаке, так и вследствие более высокой температуры капель. Силы отрыва нарастают интенсивнее и появляется дополнительная сила давления газового потока. Активно развивающиеся процессы газообразования могут преждевременно «дробить» каплю.