ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кристаллизация металла в сварочной ванне и микроструктура Свойства сварных соединений из "Металлургические и технологические основы дуговой сварки 1959 " Наряду с процессами в столбе дуги также будут протекать реакции в сварочной ванне. [c.79] Взаимодействие металла и шлака при сварке под флюсом характерно протеканием кремне- и марганцевосстановительных процессов по реакциям (51. 1), (52. I). Процессы восстановления кремния и марганца энергично протекают вблизи дуги в области высоких температур. Во второй, более холодной части сварочной ванны реакции идут слева направо, т. е. происходит восстановление железа с образованием ко.мплекспых соединений МпО-З ,, Ре0-.5 02, (РеО . З , вспльшаюш,их па поверхность ванны и образующих шлак. [c.79] В результате фосфор не может быть связан в нерастворимые соединения и попадает в металл поэтому при сварке под флюсом строго ограничивается содержание фосфора в сварочной проволоке и флюсе. [c.79] Металл шва имеет типичную структуру литого металла. Обычно литой металл уступает прокатному по своим пластическим свойствам, при этом чем крупнее структура литого металла, тем хуже его механические свойства. Характерно, что сварные швы, выполненные толстопокрытыми электродами, под флюсом и в среде защитных газов, имеющие оптимальный для данной марки химический состав, обладают высокими механическими свойствами без всякой термической обработки. Это в определенной мере объясняется лучшим рафинированием металла шва, а также тем, что первичная кристаллизация металла шва характеризуется более тонкой структурой по сравнению со слитком и меньшим проявлением зональной ликвации. Учитывая, что свойства сварного шва в значительной степени зависят от его первичной кристаллизации, рассмотрим этот процесс. [c.79] 41 Схема кристаллизации металла шва а — с глубоким проваром 6 — с малым проваром. [c.80] Под действием тепла дуги и нагретых газов на основном металле образуется углубление, и жидкий металл оттесняется в сторону, противоположную перемещению источника. [c.80] По мере удаления источника тепла, образующая полость заполняется расплавленным основным и электродным металлами, и начинается их совместная кристаллизация, а образующаяся в процессе сварки полость является своеобразной изложницей, в которой происходит кристаллизация. [c.80] Форма шва по сечению зависит от режима и метода сварки. [c.80] Длительность кристаллизации сварочной ванны равна времени нахождения ванны в жидком состоянии и исчисляется секундами. [c.80] В отличие от кристаллизации слитка, сварочная ванна при кристаллизации подвергается одновременно нагреву источником тепла и охлаждению за счет отвода тепла в окружающий ее металл. По мере удаления источника начинает преобладать охлаждающее действие окружающего ванну металла. При установившемся тепловом процессе объем сварочной ванны ограничен изотермической поверхностью, имеющей температуру затвердения стали 1500° С. Кристаллизация начинается от нерасплавившихся кристаллов основного металла и развивается в направлении, перпендикулярном поверхностям охлаждения. При охлаждении процесс кристаллизации протекает периодически. [c.80] Периодичность кристаллизации связана с периодичностью охлаждения, так как после кристаллизации первого слоя происходит некоторая задержка, связанная с замедлением охлаждения, вызванная ухудшением теплоотдачи и выделением скрытой теплоты кристаллизации первого слоя. Образовавшийся первый слой кристаллов имеет форму, соответствующую поверхности охлаждения. После некоторой остановки, намечающей линию раздела между первым и вторым кристаллизационным слоем, за счет непрекращающегося теплоотвода в глубь основного металла, начинает кристаллизоваться второй слой. После образования второго слоя и выделения им скрытой теплоты кристаллизации теплоотвод замедляется и происходит остановка. Так периодически и происходит кристаллизация по всему сечению шва. Толщина кристаллизационного слоя зависит от объема жидкого металла и условий теплоотвода. Чем сильнее теплоотвод и чем меньше объем жидкого металла, тем меньше толщина слоя. Толщина слоев кристаллизации может колебаться от десятых долей до нескольких миллиметров. По краям ванны, где скорость охлаждения большая, кристаллизационные слои толще. [c.80] На фиг. 41 показана схема кристаллизации металла шва. [c.80] Структура металла сварного соединения выявляется по макрошлифам для выявления кристаллизационных слоев требуется макрошлиф подвергнуть глубокому травлению специальными реактивами. [c.81] При кристаллизации металла шва имеет место ликвация. Ликвацией называют неравномерное распределение составляющих, приводящее к неоднородности химического состава сплава. [c.81] Зональная ликвация сварного шва вызывается неодновременной его кристаллизацией. Она приобретает заметное развитие только в нижних однопроходных швах значите тьного сечения и заключается в том, что жидкий металл шва по мере кристаллизации в значительной степени обогащается примесями. В сварном шве в последнюю очередь затвердевает средняя часть, в которой и сосредоточивается наибольшее количество примесей. Таким образом и возникает разница в химическом составе периферийной и центральной частей шва. Это явление и носит название зональной ликвации. [c.81] Увеличение скорости охлаждения уменьшает склонность к зональной ликвации, так как в металле при этом образуется значительное количество центров кристаллизации как в средней, так и в периферийной части шва. Поэтому при сварке в связи с большими скоростями охлаждения металла шва зональная ликвация незначительна. [c.81] При затвердевании стали первые кристаллы образуемого твердого раствора будут содержать меньше примесей, чем исходный жидкий сплав. Поэтому образовавшийся кристаллит (дендрит)не будет однородным по химическому составу. Центральные и начальные части дендритов будут состоять из наиболее чистого металла, в то время как междендритное пространство и пограничные зоны кристаллитов, затвердевающие последними, будут в наибольшей степени загрязнены примесями. [c.81] Это явление носит название внутрикристаллической (дендритной) или микроскопической ликвации. Увеличение скорости охлаждения вызывает усиление дендритной ликвации, так как выравнивание химического состава внутри дендритов вследствие малого времени диффузии крайне незначительно. Поэтому дендритная ликвация имеет при сварке большее значение, чем зональная. [c.81] На свойства сварного шва наряду с химическим составом значительное влияние оказывает его микроструктура. [c.82] Вернуться к основной статье