ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кристаллизация наплавленного металла сварных соединений из "Металловедение " Процесс кристаллизации сварного шва необходимо рассмотреть, так как механические свойства шва в значительной степени определяются кристаллическим строением. Рассмотрим кристаллизацию однослойного шва, получаемого за один проход. [c.28] Под воздействием электрической дуги или пламени газовой горелки происходит расплавление электродного или присадочного металла, а также части основного металла. Источник нагрева — дуга или пламя горелки — перемешается вдоль шва. Как только отвод тепла в глубь основного металла превысит приток тепла от источника нагрева, начинается кристаллизация. [c.28] На каждом частично оплавленном зерне основного металла вырастает группа одинаково ориентированных дендритов, срастающихся в столбчатый кристаллит. Направление осей первого порядка дендритов совпадает с направлением отвода тепла. Обычно они растут перпендикулярно границе раздела твердой и жидкой фаз в направлении к источнику тепла. На рис. 18 показана граница сплавления первого слоя сварного стыка паропровода с наружным диаметром 273 мм при толщине стенки 28 мм, изготовленного из стали 12Х1МФ. Справа основной металл, слева наплавленный. Сварку стыка проводили с предварительным и сопутствующим подогревом. Кристаллизация происходила замедленно, поэтому столбчатые кристаллы достигают значительных размеров. [c.28] Поверхность сварного шва при электродуговой и газовой сварке имеет характерное чешуйчатое строение (рис. 19). Его можно обнаружить также на продольном шлифе специальным травлением, которое предназначено для выявления первичной кристаллизации металла. Чешуйчатое строение металла сварного шва связано с прерывистым характером кристаллизации. [c.29] В начальный момент процесс кристаллизации протекает весьма бурно вследствие значительного переохлаждения. Этот процесс сопровождается выделением тепла. Если приток тепла от источника нагрева и от фронта кристаллизации превышает отвод тепла в глубь основного металла, то кристаллизация приостанавливается. Образуется временная граница раздела между твердым и жидким металлом. Чем сильнее охлаждение, тем резче бывает выражен прерывистый характер кристаллизации. При медленном охлаждении перерывов кристаллизации не получается, и слои в наплавленном металле отсутствуют. Швы с малым поперечным сечением охлаждаются резче. В них сильнее выражено слоистое строение, чем в швах с большим поперечным сечением. [c.29] После перерыва кристаллизация начинается из оплавленных концов дендритов нижнего, закристаллизовавшегося ранее слоя. Если условия теплоотвода в обоих слоях одинаковые, то направления роста дендритов совпадают. Если условия теплоотвода изменились, то направления роста дендритов также изменяются. Создается впечатление, что дендрит изгибается. На самом деле такой изгибающийся дендрит состоит из нескольких кристаллитов с различным направлением главных осей дендритов. [c.29] Растворимость углерода и других примесей в жидкой стали значительно выше, чем в твердой. Когда металл расплавляется и образуется ванна, в нее устремляются углерод, ( сфор и сера. Тонкий слой основного металла, примыкающий к жидкой ванне, обедняется примесями. Жидкий металл по границе с твердым насыщается ими. Когда начинается кристаллизация, тонкий слой кристаллов, образовавшихся из жидкости с повышенной концентрацией примесей, захватывает эти примеси. За этим слоем расположен слой, содержание примесей в котором приблизительно равно среднему содержанию их в жидком металле сварочной ванны. Третий слой примыкает к временной границе раздела между жидким и твердым металлом, образующейся при перерыве кристаллизации. Из него примеси успевают продиффундировать в жидкий металл. В слое, примыкающем к временной границе раздела, содержание их снижается, а в жидком металле повышается. Таким образом, каждая чешуйка металла сварного шва состоит из трех слоев нижнего — с повышенным содержанием примесей, среднего — с нормальным средним содержанием примесей и верхнего, обедненного примесями. [c.30] Получению чешуйчатого строения сварного шва способствует также прерывистый характер подвода тепла от источника нагрева к фронту кристаллизации. [c.30] Свойства любого металла, в том числе и металла шва, определяются его химическим составом и структурой. Механические свойства сварного шва зависят в большой степени от первичной кристаллической структуры. Первичная кристаллическая структура — структура, получаемая при переходе металла из жидкого состояния в твердое. [c.30] В процессе первичной кристаллизации сварного шва желательно получить мелкозернистую структуру с незначительной химической неоднородностью. Металл с такой структурой обладает высокой прочностью и пластичностью. [c.30] Если при остывании сварного шва происходит интенсивный встречный рост дендритов, оттесняющих жидкий металл с повышенным содержанием примесей в среднюю часть сварного шва, то может образоваться по линии встречи фронтов кристаллизации плоскость слабины. В этом месте скапливаются примеси, сцепление между кристаллами получается плохим, и металл легко разрушается. Поэтому стремятся правильным выбором формы разделки кромок и режима сварки обеспечить такой характер процесса кристаллизации, при котором плоскость слабины вытеснялась бы в усиление сварного шва, т. е. в его часть, выступающую над свариваемыми трубами. [c.30] Шлаковые включения могут образоваться из окислов А12О3 и 810.2, которые, взаимодействуя с МпО и РеО, дают сложные легкоплавкие соединения. Эти включения имеют округлую форму и при небольшом содержании их в металле шва практически не оказывают влияния на его прочность. [c.31] Сернистые включения образуются в основном за счет серы, переходящей в металл шва из электродных покрытий и флюсов (руды, жидкого стекла и др.). В условиях высоких температур сварочной ванны сульфид марганца распадается с образованием сульфида железа, располагающегося в дальнейшем по границам дендритов и способствующего образованию горячих трещин. Монтажные сварные стыки экономайзерных труб, содержащих повышенный процент серы, склонны к образованию сквозных свищей. Обычно сульфиды железа в наплавленном металле сварного шва имеют очень небольшие размеры. [c.31] В сварных швах можно обнаружить небольшие усадочные и газовые раковины с относительно гладкой поверхностью. Газовые раковины могут иметь округлую или вытянутую форму. Иногда они образуют большие скопления. Источником газов являются реакции, происходящие в металле, и газы, растворившиеся в металле при высоких температурах и выделяющиеся при остывании. Образование газовых раковин может быть вызвано повышенной влажностью электродных покрытий и флюсов, окисленной поверхностью свариваемых кромок, применением присадочной проволоки с окисленной поверхностью и т. д. Повышение вязкости шлака вызывает увеличение давления газов в раковинах и уменьшение их размеров. [c.31] Сварные стыки паропроводов, кольцевые стыки барабанов паровых котлов, сварные швы, крепящие донышки к коллекторам, выполняют в несколько слоев. При наложении каждого последующего слоя расположенный ниже уже затвердевший слой нагревается за счет тепла сварочной ванны. Небольшая часть нижнего слоя оплавляется. Таким образом обеспечивается сплавление слоев. [c.31] Вернуться к основной статье