ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Образование сварочной ванны, формирование и кристаллизация металла шва из "Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением " При сварке плавлением доводятся до жидкого состояния кромки соединяемых элементов и дополнительный металл. При сварке без дополнительного металла расплавляется только основной металл. Плавление происходит в зоне сварки — плавильном пространстве. Расплавленные основной и дополнительный металлы, сливаясь, образуют общую сварочную ванну, находящуюся в состоянии непрерывного движения и перемешивания. Границами ванны служат оплавленные участки основного металла и ранее образовавшегося шва. Механизм переноса электродного металла в сварочную ванну рассмотрен выше. [c.81] ЁиДимым для глаз. При сварке с газовой защитой сварочная ванна окружена прозрачной оболочкой из газа, а при применении покрытых электродов сварочная ванна защищена шлаком и газом. В обоих случаях ореол дуги хорошо виден. При электрошлаковой сварке и дуговой сварке под флюсом вертикальных швов сварочная ванна изолирована от окружающего воздуха слоем шлака, расположенным над ее поверхностью. [c.82] При дуговой сварке плавильное пространство можно условно разделить на два участка (рис. 2-33) головной, где происходит плавление основного и дополнительного металлов, и хвостовой, где располагается сварочная ванна и начинается ее кристаллизация. Форма сварочной ванны при дуговых процессах в этом случае характеризуется ее длиной, шириной, толщиной и глубиной проплавления основного металла (рис. 2-34). Она ограничивается изотермической поверхностью, имеющей температуру плавления основного металла. [c.82] Объем сварочной ванны в зависимости от способа и режима сварки изменяется от 0,1 до 10 см . В плане сварочная ванна имеет эллипсовидное вытянутое вдоль направления сварки очертание (рис. 2-35). В поперечном сечении в зависимости от режима и условий сварки форма сварочной ванны изменяется в широких пределах. Наиболее характерной для дуговой сварки является форма провара, приближающаяся к полуокружности. При лучевых способах сварки форма ванны напоминает острый клин-кинжал. [c.82] Для сварочной ванны при дуговом процессе характерно неравномерное распределение температуры (рис. 2-36). В головной части ванны, где под воздействием источника теплоты происходит плавление металла и наиболее интенсивно протекает взаимодействие металла со шлаком и газами, металл нагрет значительно выше температуры его плавления. В хвостовой части ванны температура приближается к температуре плавления основного металла. [c.83] Средняя температура сварочной ванны при сварке под флюсом конструкционных низкоуглеродистых сталей составляет около 1800° С. Максимальная температура для этих условий достигает 2300° С. [c.83] Столб дуги, расположенный в головной части сварочной ванны, оказывает механическое воздействие — давление на поверхность расплавленного основного металла. Это давление является результатом совместного действия упругого удара заряженных частиц о поверхность металла, давления газов, находящихся в дуговом промежутке, и дутья дуги, обусловленного электродинамическими усилиями. Такой направленный поток наблюдается только при несимметричной дуге, т. е. дуге, горящей между электродами малого и большого сечений, в нашем случае между электродом или сварочной проволокой и основным металлом. [c.83] Давление приводит к вытеснению жидкого металла из-под основания дуги и к погружению столба дуги в толщу основного металла, что обусловливает увеличение глубины проплавления. [c.83] Жидкий металл, вытесненный из-под основания дуги действующими на поверхность сварочной ванны силами, по мере передвижения дуги отбрасывается в хвостовую часть плавильного пространства. При плотности тока в электроде до 15 А/мм это перемещение невелико и проявляется в образовании не заполненного металлом углубления — кратера. При повышенных плотностях тока в электроде наблюдается достаточно заметное перемещение металла сварочной ванны вплоть до полного удаления жидкого металла из головного участка. Этим обусловливается различие уровней жидкого металла в головной и хвостовой части плавильного пространства (рис. 2-37). Для поддержания такой разности уровней должно существовать равенство между давлением дуги Рд и гидростатическим давлением жидкого металла и шлака Р . Если Рд Рг, то металл и шлак заполняют образовавшееся углубление, что имеет место в конце процесса сварки. Если Рд Р то нарушается нормальное формирование шва. [c.84] При электрошлаковом процессе сварочная ванна в плане преимущественно имеет прямоугольное или близкое к прямоугольному очертание с постоянной шириной. Такая форма ванны определяется возвратно-поступательным перемещением электрода (электродов) и наличием над поверхностью ванны значительного количества жидкого перегретого шлака. Объем металлической ванны достигает в этом случае 80 см и более. Форма ванны в поперечном сечении приближается к полуокружности или полуэл-липсу. [c.85] Переход металла сварочной ванны из жидкого состояния в твердое называют первичной кристаллизацией. Процесс первичной кристаллизации заканчивается образованием столбчатых кристаллитов. Структуру металла шва, сформировавшуюся в результате первичной кристаллизации, именуют первичной. [c.85] При затвердевании металла в нем развиваются диффузионные процессы, стремящиеся выравнять состав различных участков образовавшихся кристаллитов. Однако из-за значительной скорости остывания металла и медленного протекания процессов диффузии в твердых растворах не происходит полного выравнивания состава металла шва. Это определяет наличие зональной ликвации, т. е. неравномерного распределения элементов по сечению металла шва и внутридендритной неоднородности, заключающейся в неравномерном распределении элементов в пределах отдельных кристаллитов. Характер и степень микроскопической неоднородности оказывают существенное влияние на стойкость металла шва против образования трещин и на его механические свойства. [c.85] Преимущественное развитие в сварных швах получает внутри-дендритная химическая неоднородность. Зональная ликвация проявляется в значительно меньшей степени в виде небольшого обогащения серой и некоторыми другими элементами поверхности шва при широкой форме провара (рис. 2-38, б) или по его оси при узкой форме провара (рис. 2-38, а). Степень дендритной и зональной ликваций в значительной мере зависит от условий остывания (кристаллизации) металла шва и его химического состава. [c.85] Степень внутридендритной химической неоднородности связана со скоростью остывания сварочной ванны сложной зависимостью. Однако изменения скорости остывания металла сварочной ванны в пределах, характерных для кристаллизации реальных швов, не влияют на степень ликвации. [c.86] Значительное влияние на качество сварного соединения оказывают диффузионные процессы, протекающие в зоне сплавления. Здесь, вследствие различной растворимости элементов в жидкой и твердой фазах, возникает существенная разница в химическом составе пограничного участка основного металла и прилегающего к нему участка металла шва. [c.86] В ряде случаев наблюдаются значительные изменения химического состава по длине шва и на отдельных его участках (макроскопическая неоднородность). Эти изменения обычно связаны с колебаниями режима сварки, изменениями состава сварочных материалов и другими технологическими причинами. [c.86] В металле сварных швов наблюдается также физическая неоднородность, связанная с возникновением вторичных, так называемых полигопизационных границ, проходящих по участкам, где сосредоточены несовершенства кристаллической решетки. Физическая неоднородность оказывает заметное влияние на стойкость сварного шва против перехода в хрупкое состояние, против межкристаллитной коррозии и на другие свойства. [c.86] Первичная кристаллизация сварочной ванны при всех видах дуговой сварки начинается от частично оплавленных зерен основного металла или столбчатых кристаллитов предыдущего слоя (при многопроходной сварке), являющихся готовыми центрами кристаллизации. Видимая граница между металлами исчезает. Условную поверхность раздела между зернами основного металла и кристаллитами шва именуют границей шва или границей сплавления (рис. 2-39). [c.86] При сварке аустенитных сталей величина столбчатых кристаллитов в большинстве случаев совпадает с величиной зерна основного металла. При сварке других металлов и сплавов эта закономерность выражена не столь четко. [c.86] Процесс первичной кристаллизации металла шва при электрошлаковой сварке не имеет принципиальных отличий от кристаллизации многослойных швов, полученных дуговой сваркой с небольшим перерывом между выполнением слоев. Только в примыкающих к ползунам участках металлической ванны кристаллиты растут перпендикулярно к поверхности охлаждения, прорастая на 10—20 мм в глубь шва. Наличие дополнительных охлаждаемых поверхностей при сварке металла толщиной до 30 мм приводит к радиально-осевой направленности кристаллитов (рис. 2-40). С увеличением толщины свариваемого металла свыше 50 мм кристаллизация основной части шва приобретает обычный характер, и только у ползунов наблюдается специфическая направленность роста кристаллитов (рис. 2-41). [c.86] Вернуться к основной статье