ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Особенности первичной кристаллизации и формирование структуры сварного шва из "Технологические основы обеспечения трещиностойкости сварных соединений промысловых трубопроводов " Наряду с рассмотренными выше общими закономерностями первичная кристаллизация сварочной ванны имеет ряд специфических особенностей. [c.13] Установившийся процесс воздействия движущегося высокотемпературного источника нагрева (сварочной дуги) на проплавляемый металл приводит к образованию сварочной ванны (рис. 1.3). В ней одновременно совмещены процессы плавления, металлургической обработки, легирования, переноса вещества и кристаллизации [72, 151]. Объемы металла относительно малы и значительно перегреты по сравнению с температурой начала кристаллизации [39, ИЗ, 115, 126]. [c.13] Температурное поле сварочной ванны и примыкающего к пей основного металла неоднородно [39, 115, 133] и характеризуется высокими температурными градпентамп [44]. Сварочную ванну условно разделяют на два участка - плавления и кристаллизации [42, 44, 164]. Первый, соответствующий преобладанию подвода тепла, схематично представлен участком ana (а ) на изотерме Т = Tl (рис. 1.3). Второй, где преобладает теплоотвод, соответствует участку ааа (а ) на той же изотерме. [c.13] В точках а, а, а , лежащих на указанных профилях границы раздела фаз, скорости подвода и отвода тепла одинаковы. [c.13] Равенство тепловых потоков в зоне указанных точек приводит к остановке границы раздела фаз. Время остановки, вычисленное автором [97] но схеме точечного источника нагрева применительно к условиям ручной дуговой сварки, составляет 0,1-0,4 с. Взаимодействие между фазами различного состава в течение указанного промежутка времени приводит к диффузионному выравниванию концентрации элементов в зоне контакта [67, 80, 97]. [c.13] Согласно (1.8) следует, что максимальные значения скорости кристаллизации реализуются в центральных участках сварочной ванны (рис. 1.2, точка а), а минимальные - в периферийных (см. рис. 1.2, точки а, а, а ). [c.14] Перемещение источника нагрева, нанример, в нанравлении X приводит к нарушению симметрии температурного поля, благодаря этому в головной части сварочной ванны и примыкающем к ней твердом металле реализуются максимальные температурные градиенты, а в хвостовой - минимальные [39, 115, 150]. Указанные изменения температурного поля показаны схематично на рпс. 1.3. [c.15] В соответствии с изменениями величины (ширины зоны) концентрационного переохлаждения перед различными точками фронта кристаллизации должны изменяться как морфология фронта кристаллизации (плоский или ступенчатый), так и форма кристаллитов (ячеистая, дендритная) [198]. [c.15] Повышение уровня концентрационного переохлаждения стимулирует прорастание в глубь расплава, что, в свою очередь, способствует развитию дендритной ликвации элементов, снижаюш их температуру плавления сплава [49, 128, 144, 198]. [c.17] Возвраш аясь к уравнению (1.8), отметим, что оно характеризует лишь среднюю линейную скорость роста первичных кристаллов в зависимости от их положения на фронте кристаллизации. В реальных условиях скорость кристаллизации изменяется не так монотонно, как это следует из указанного уравнения. Нанример, кратковременные нарушения монотонности могут быть вызваны изменениями эффективной тепловой МОН1НОСТИ дуги [177], связанными с характером переноса электродного металла через дуговой промежуток пли наложением на дугу импульсов тока [116], периодичным поступлением перегретого металла в хвостовую часть сварной ванны [1, 17], выделением скрытой теплоты кристаллизации [67, 96, 115, 126]. [c.17] При больших скоростях охлаждения сварочной ванны, когда в расплаве перед границей раздела фаз суш ествует значительный но величине температурный градиент, интенсивное выделение теплоты кристаллизации приводит к нарушениям теплового баланса и остановкам фронта кристаллизации [67]. Это явление вызывает слоистую концентрационную неоднородность сварных швов, особенно сильно проявляющуюся при кристаллизации сварочных ванн малых размеров [17, 68, 80]. В случае ванн больших размеров такая неоднородность проявляется в меньшей степени п возникает лишь у зоны сплавления [17, 67]. Авторы работ [67, 80, 97] отмечают сходство в образовании слоистой неоднородности сварных швов и развитии неоднородности в зоне сплавления. [c.17] Сварные швы на трубных (низкоуглеродистых и низколегированных) сталях являются многокомнонентными системами, состояш ими из многих легируюш их и примесных элементов. В процессе кристаллизации таких систем перераспределение каждого элемента зависит от концентрации и природы других [69]. [c.18] Взаимодействие между собой элементов, обогаш аюш их расплав, в процессе снижения температуры вызывает дифференциацию расплава, проявляюш уюся в образовании оксидов, карбидов, сульфидов, нитридов и более сложных соединений [103]. Эти соединения (нреимуш ественно сульфиды) располагаются в закристаллизовавшемся металле по границам кристаллитов [81, 82]. [c.18] Углерод способствует лпквацпп пе только серы, по п фосфора, марганца, кремния [105, 106, 195]. Кроме того, сам углерод склонен к ликвации [104, 195]. Авторы работы [103] отмечают, что повышение содержания углерода в швах на низкоуглеродистых и низколегированных сталях способствует укрупнению и увеличению количества сульфидных включений уменьшению содержания сульфида марганца в составе неметаллических включений образованию сульфидных пленок п цепочек по границам первичных кристаллитов. [c.19] Как отмечают авторы работы [201], раскисление углеродом, кремнием и алюминием способствует пакоплепию серы в расплаве на стадии первичной кристаллизации. Эти данные коррелируют с результатами работы [171], в которой отмечен рост активности серы при увеличении в стали содержания указанных элементов-раскислителей. [c.19] Увеличение концентрации марганца снижает дендритную ликвацию серы, причем тем значительнее, чем выше в шве концентрация углерода [83, 108]. Марганец, обладая более высоким сродством к сере, чем железо [17, 193], способствует снижению активности [171] и более полному связыванию серы в сульфиды марганца [103, 160]. Образуюш ийся в этом случае сернистый марганец или твердый раствор сернистого железа в сернистом марганце более тугоплавок, чем сульфид железа или эвтектика Ре - РеО - Ре8 [36]. Повышение в металле шва содержания марганца вызывает дробление сульфидных пленок па отдельные обособленные частицы [101, 102]. При содержании марганца в металле шва более 1,5 % он образует химическую неоднородность в пограничных участках кристаллитов [106]. [c.19] Механизм образования сульфидных включений в зависимости от содержания в металле шва серы и кислорода проанализирован в работе [134]. В табл. 1.3 (по данным работы [106]) показано влияние соотношения в шве концентраций кислорода и серы на форму образующихся сульфидных включений. [c.20] Вернуться к основной статье