Процессы кристаллизации металла при сварке

Прохождение упомянутых дисциплин предполагает достаточно глубокое изучение студентами таких вопросов, как классификация способов сварки, теоретические основы источников теплоты, используемых при сварке, физико-металлургические и тепловые процессы при сварке, процессы кристаллизации металла сварного шва и технологическая прочность сварных соединений и т. п. [c.3]

Закономерности формирования химического состава металла шва изложены в разд. III Физико-химические и металлургические процессы при сварке . Материал первых двух разделов дает описание тех физических и температурных условий, которые создаются над поверхностью металла и в самом металле в процессе сварки. В этом плане материал первых двух разделов представляет собой как бы описание того физического фона, от которого зависит протекание реакций, переход различных легирующих элементов в металл шва или их удаление и окисление. Вопросы защиты металла шва и массообмена на границе металл— шлак и металл — газ — центральные в разд. III. Эти процессы предопределяют химический состав металла шва, а следовательно, во многом и его механические свойства. Однако формирование свойств сварного шва, а тем более сварного соединения, определяется не только химическим составом металла. Характер кристаллизации шва во многом влияет на его свойства. Свойства околошовной зоны и в определенной мере металла шва существенно зависят от температурного и термомеханического циклов, которые сопровождают процесс сварки. Для многих легированных сталей и сплавов эта фаза формирования сварного соединения предопределяет их механические свойства. Процесс сварки может создавать в металле такие скорости нагрева и охлаждения металла вследствие передачи теплоты по механизму теплопроводности, которые часто невозможно организовать при термической обработке путем поверхностной теплопередачи. Образование сварного соединения сопровождается пластическими деформациями металла и возникновением собственных напряжений, которые также влияют на свойства соединений. Эти вопросы рассматриваются в IV, заключительном разделе учебника — Термодеформационные процессы и превращения в металлах при сварке . [c.6]

Деформации. Процесс возникновения деформаций при сварке достаточно сложен. Его можно представить как следствие неравномерного нагрева, усадки расплавленного металла при его охлаждении и последующей кристаллизации, объемно-структурных превращений. Деформации принято делить на температурные, наблюдаемые и собственные. [c.499]

Процесс кристаллизации металла шва зависит от скорости охлаждения сварочной ванны, что одновременно влияет на очищение металла от газов и шлака. При быстром охлаждении поверхность шва имеет чешуйчатое строение при относительно медленном охлаждении, например при сварке под флюсом, поверхность шва получается гладкой и обеспечивается лучшее удаление газов и шлака из сварного шва. [c.37]

Изучение упомянутых дисциплин предполагает достаточно глубокое изучение студентами таких вопросов, как классификация способов сварки, теоретические основы источников теплоты, используемых при сварке, физико-металлургические и тепловые процессы при сварке, процессы кристаллизации металла сварного шва и технологическая прочность сварных соединений и т.п. Поэтому основное внимание в данном учебнике уделено технологии сварки плавлением, а по сварочному оборудованию приведены только сведения, дополняющие курс источников питания. В разделах по технологии сварки авторы не стремились привести все данные о сварочных материалах, режимах и т.п., учитывая, что эти данные имеются в справочной литературе, и уделили основное внимание освещению основ выбора технологии. [c.7]

Таким образом, как и при сварке в защитной среде инертных газов, в этом случае образуется окись углерода, которая в процессе кристаллизации металла сварочной ванны создает в нем поры. Для подавления образования окиси углерода (СО) через присадочную проволоку в расплавленный металл сварочной ванны вводятся элементы раскислители — кремний и марганец. [c.225]

Наиболее существенные изменения структуры и свойств основного металла при сварке происходят в сплавах с полиморфным превращением (второй и третий виды), а в металле щва — также и при кристаллизации. При сварке сплавов без полиморфного превращения структура и свойства сварных соединений определяются в основном превращениями первого н четвертого видов. Значительную и, как правило, отрицательную роль во всех случаях играют процессы развития неоднородностей, физической (рост зерна, огрубление тонкой структуры) и химической (макро- и микроскопическая ликвация в металле шва, сегрегация легирующих элементов и примесей в металле зоны термического влияния, диффузионное перераспределение их между разнородными фазами при частичном расплавлении или в твердом состоянии в температурном интервале неполного превращения и т. д.) [2]. При сварке плавлением эти процессы вследствие высокотемпературного нагрева получают значительно большее развитие, чем при сварке давлением в твердой фазе. [c.11]

Процесс диффузии при сварке с подогревом металла способствует расширению зоны сварки за счет диффузионного перемещения атомов, в результате чего создается прочное соединение либо при разнородных соединениях появляются хрупкие прослойки. Особенно большое значение на прочность сварного соединения при сварке плавлением имеет кристаллизация. Обычно сварной шов при сварке плавлением -имеет литую структуру, иногда измененную последующими нагревами. В связи с высоким нагревом металла при сварке плавлением можно получить крупнозернистую литую структуру, вызывающую в ряде случаев ухудшение свойств сварного соединения. При сварке плавлением легкоплавких металлов для улучшения структуры металла рекомендуется вводить в сварочную ванну модификатор, способствующий образованию новых центров кристаллизации, в связи с чем прочность сварного шва значительно увеличивается. При сварке тугоплавких металлов модификаторы, как правило, менее действенны. [c.252]

При дуговой и газовой сварке поверхность шва имеет своеобразный чешуйчатый вид. Общий вид сварного шва представлен на фяг. 29. Чешуйчатое строение поверхности шва связано с внутренним строением металла шва. Процесс кристаллизации металла шва можно представить как периодическое, в форме воли, поступление жидкого металла из ванночки и его быстрое затвердевание (фиг. 30). Поскольку происходит непрерывный процесс плавления металль (основного и присадочного), постольку, очевидно, происходит непрерывный процесс его затвердевания — кристаллизация. [c.165]

При дуговой сварке процесс кристаллизации металла сварочной ванны имеет следующие особенности [c.69]

Точность угла разделки кромок при электрошлаковой сварке не имеет такого значения, как при дуговой сварке. Все же сумма отклонений его на обеих кромках соединения не должна превышать допустимых отклонений ширины зазора между свариваемыми кромками. Поэтому разделку кромок нужно выполнять так, чтобы ширина зазора по толщине свариваемого металла изменялась не более чем на 4,0 мм. В противном случае создается заметная разница в количестве жидкого металла по толщине свариваемых деталей, а следовательно, и разогреве их, что в процессе кристаллизации металла шва и последующего охлаждения сварного соединения приведет к возникновению заметной угловой деформации сваренного изделия. Обычно угол разделки кромок под электрошлаковую сварку стараются выдержать в пределах 90° 30. [c.261]

Газовые поры возникают при насыщении жидкого металла шва газами, не успевшими выйти на поверхность в процессе кристаллизации шва. При ручной дуговой сварке поры образуются в результате сварки [c.209]

Пористость наплавленного металла при сварке никеля обусловлена особенностями растворения водорода, кислорода и азота в сварочной ванне и ее дегазации в процессе охлаждения и кристаллизации. [c.374]

Под влиянием сварки происходят изменения структуры и свойств металлов шва и околошовной зоны по сравнению с основным металлом. В процессе кристаллизации металла шва под воздействием возникающих при сварке растягивающих напряжений возможно образование кристаллизационных трещин, являющихся весьма серьезным дефектом (см. 6-2). Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин является одним из важнейших показателей свариваемости. В металле шва могут появиться и холодные трещины. Образование их при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей наблюдается относительно редко. [c.144]

При разработке технологии сварки принимают, что стойкость металла шва против кристаллизационных трещин (технологическая прочность металла шва) зависит от следующих факторов величины и скорости нарастания действующих в процессе кристаллизации металла шва растягивающих напряжений химического состава металла шва, определяющего свойства его в период кристаллизации и длительность пребывания в состоянии, характеризуемом пониженной пластичностью формы сварочной ванны, определяющей направление роста столбчатых кристаллитов, характер их смыкания между собой, расположение межкристаллитных участков по отношению к растягивающим напряжениям и характер изменения пластической деформации величины первичных кристаллитов. [c.228]

Однако несмотря на высокую пластичность, никель с трудом поддается сварке. Причинами этого является большая склонность швов к образованию горячих трещин и пор и образование при высоких температурах пленки окиси никеля, имеющей температуру плавления 1650°. Никель образует с серой легкоплавкую эвтектику, которая при содержании больше 0,025 "о серы располагается по границам зерен и в процессе кристаллизации металла шва приводит к возникновению горячих трещин. [c.284]

Процесс охлаждения металла при точечной и роликовой сварке алюминиевых и магниевых сплавов, вследствие малого объема расплавления и усиленного теплоотвода в электроды, характеризуется большой средней скоростью кристаллизации (220— 240 см/мин). В связи с этим кристаллизация носит в основном бездиффузионный характер, а в зоне плавления образуется преимущественно неравновесная структура. Исключение представля-14 [c.14]

Все металлы и сплавы в твердом состоянии являются кристаллическими телами. Этим определяется их структура и свойства. Для большинства металлургических процессов, в частности при сварке плавлением, характерно получение кристаллического строения посредством кристаллизации из жидкого состояния. Поэтому кристаллизацией называют процесс формирования структуры при затвердевании жидкого металла. [c.296]

После выключения 1с металл зоны сварки охлаждается и кристаллизуется в результате отвода теплоты Q, и Q , и в зоне, ограниченной Т , образуется литое ядро. Процесс кристаллизации зависит от режима сварки (скорости охлаждения). При высоких скоростях охлаждения, характерных для сварки на жестких режимах, металл ядра и зоны термического влияния может существенно изменять свои свойства (пластичность, твердость, прочность), образуя, например, закалочные структуры при сварке углеродистых и низколегированных сталей, что приводит к хрупкости и низкой прочности сварного соединения. При охлаждении и кристаллизации металла происходит его усадка, возможно образование пористости, раковин и трещин, снижающих качество соединения. Для предупреждения этих дефектов в процессе кристаллизации металла быстро повышают усилие сжатия электродов (прикладывают ковочное усилие F ). [c.20]

Широкое применение различных способов сварки и наплавки во многих областях народного хозяйства обусловливает повышенные требования, предъявляемые к этим процессам. Это обязывает сварщиков, занятых исследованием и практикой, уделять все больше внимания повышению качества сварных соединений, их надежности. Однако выполнение этих требований невозможно без активного, заранее запрограммированного воздействия на самые различные процессы, протекающие при сварке, и в первую очередь на процессы плавления металла, взаимодействия расплавленного металла со шлаком- и газами, а также на процесс кристаллизации металла. [c.3]

К основным физическим процессам при сварке плавлением относятся электрические, тепловые, механические процессы в источниках нагрева плавление основного и электродного (присадочного) металла, их перемешивание, формирование и кристаллизация сварочной ванны ввод и распространение тепла в свариваемом соединении, приводящее к изменению структуры металла в шве и зоне термического влияния и образованию собственных сварочных деформаций и напряжений. [c.19]

Источник тепла при сварке перемещается вдоль соединяемых кромок, а вместе с ним движутся плавильное пространство и сварочная ванна. При дуговой сварке столб дуги, расположенный в головной части ванны, оказывает механическое воздействие — давление на поверхность расплавленного металла за счет удара заряженных частиц, давления газов и дутья дуги. Давление приводит к вытеснению жидкого металла из-под основания дуги и погружению столба дуги в толщу основного металла. Жидкий металл, вытесненный из-под основания дуги, по мере передвижения дуги отбрасывается в хвостовую часть сварочной ванны. При удалении дуги отвод тепла начинает преобладать над притоком и начинается затвердевание — кристаллизация сварочной ванны. В процессе затвердевания по границе расплавления образуются общие кристаллиты, что и обеспечивает монолитность соединения, [c.24]

Образующаяся окись углерода СО в металле шва не растворяется, в процессе кристаллизации сварочной ванны она выделяется и может образовать поры. Углекислый газ применяют для защиты зоны сварки при использовании раскисляющих элементов (Мп, 81), нейтрализующих окислительное действие СОг. [c.27]

В практике применяют два способа сварки правый и левый (см. рис. 57). Правым называется такой способ, когда сварка производится слева направо, сварочное пламя направляется на сваренный участок шва, а присадочная проволока перемещается вслед за горелкой. Так как при правом способе пламя направлено на сваренный шов, то обеспечивается лучшая защита сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, большая глубина проплавления, замедленное охлаждение металла шва в процессе кристаллизации. Тепло пламени рассеивается меньше, чем при левом способе, поэтому угол разделки кромок делается не 90°, а 60—70°, что уменьшает количество наплавленного металла и коробление. При правом способе производительность на 20—25% выше, а расход газов на 15—20% [c.100]

Теплота, переданная источниками энергии свариваемому телу, распространяется в нем, подчиняясь законам теплопроводности. Эти явления рассмотрены в разд. И Тепловые процессы при сварке . Если бы металл не изменял своих механических и физических свойств при повышении температуры, то задача изучения нагрева тел при сварке свелась бы только к определению условий, при которых металл в зоне сварки достигает необходимой температуры. В действительности изучение температурных процессов в металле шва и вблизи него необходимо главным образом по двум причинам для количественного описания многочисленных реакций, которые идут между жидким металлом и шлаком или газом, а также для определения условий кристаллизации [c.5]

Сварка храмоникелевых аустенитных сталей связана с рядом трудностей, обусловленных онецифическими свойствами этих сталей. Повышенный коэффициент расширения при малой теплопроводности опособствует созданию значительных сварочных напряжений, величина которых в некоторых случаях достигает предела текучести металла. При сварке эти стали проявляют повышенную склонность к образованию горячих трещин. Так как горячие трещины возникают в процессе кристаллизации металла, их называют также кристаллизационными трещинами. [c.134]

Наиболее опасными дефектами в сварном соединении являются трещины (рис. 89). Появлению трещин в металле шва могут способствовать поры и неметаллические включения. Процесс разрушения начинается с образования зародышевой трещины, поэтому наличие в металле трещин является фактором, предрасполагающим к разрущению. Разрушение любого металла состоит из нескольких этапов — зарождение трещины, ее устойчивый рост и достижение критической длины, нестабильное развитие трещины. Существуют трещины двух типов — горячие и холодные. Стенки горячих трещин обычно сильно окислены, а у холодных — блестящие, чистые. Горячие трещины имеют межкристаллит-ное строение, в то время как холодные трещины, в основном, проходят через тело кристаллов. Горячие трещины обычно расположены в металле шва и могут образоваться в процессе кристаллизации металла под действием растягивающих напряжений, возникающих в процессе охлаждения сварного соединения. Холодные трещины чаще всего возникают в околошовной зоне, и реже в металле шва. В основном они образуются при сварке изделий из средне- и высоколегированных сталей перлитного и мартенситного классов. Но они могут появиться и в сварных соединениях из низколегированных сталей иерлитно-ферритного класса и высоколегированных сталей аустенитного класса. [c.237]

В процессе кристаллизации металла шва под влиянием возникающих при сварке растягивающих напряжений возможно образование к эисталлизационных (горячих) трещин, нарушающих сплошность сечения и вызывающих брак конструкции. Определение стойкости металла шва против возникновения кристаллизационных горячих трещин является первым видом испытания свариваемости. В результате неравномерного нагрева происходит изменение структуры основного металла, граничащего со швом (околошовная зона). Так, например, при сварке углеродистых и. легированных сталей вследствие значительных скоростей охлаждения, характерных для про- [c.489]

При определении понятия свариваемости металлов необходимо исходить из физической сущности процессов сварки и отнощения к ним мeтaл loв, Процесс сварки — это комплекс нескольких одновременно протекающих процессов, основными из которых являются процесс теплового воздействия на металл в околошовных yчa ткaxf процесс плавления, металлургические процессы, кристаллизация металла шва и процесс взаимной кристаллизации металлов в зоне сплавления. Под свариваемостью, следовательно, необходимо понимать отношение металлов к этим основным процессам. Свариваемость металлов рассматривают с технологической и с физической точки зрения. [c.179]

При автоматической сварке вертикальных швов интенсивный отвод тепла медными формовочными устройствамп меняет условия охлаждения шва, а также ход и направленность процесса кристаллизации металла сварочной ванны. Известно, что при сварке в нижнем положении за один проход изделий значительной толщины столбчатые кристаллы растут от боковых поверхностей сварочной ванны и в том же направлении идет охлаждение [c.33]

Направленность кристаллизации в значительной степени зависит от коэффициента формы ванны (отношения ширины ванны к ее глубине). При малых коэффициентах дендриды растут навстречу друг другу и образуют плоскость слабины, в которой скапливаются ликва-ционные примеси, выделяющиеся в процессе кристаллизации металла шва. Из-за этого повышается склонность швов к образованию кристаллизационных трещин. Увеличение коэффициента формы, а следовательно, и повышение стойкости против образования трещин происходят при уменьшении сварочного тока и скорости сварки при повышении напряжения и увеличении зазора. [c.150]

Характерная особенность взаимодействия титана с медью при высоких температурах -очень быстрый эвтектоидный распад. Поэтому растворы одного элемента в- другом не удается зафиксировать в сплавах ни при каких скоростях охлаждения. Кроме того, наличие в системе легкоплавкой эвтектики, имеющей открытый максимум плавления, способствует образованию жидкой прослойки по линии контакта двух металлов уже при температуре 860 °С. Поэтому основная задача при сварке титана с медью состоит в том, чтобы избежать появления интерметаллидов. Для этого необходимо либо устранить перемещивание металлов при сварке плавлением, либо вести процесс в твердом состоянии при температурах, ограничивающих диффузию одного металла в другой. В условиях сварки плавлением, когда материал обеих заготовок находится в жидком состоянии, в металле щва при кристаллизации будут неизбежно появляться интерметаллиды и легкоплавкие эвтектики. Последнее обстоятельст- [c.197]

Есть основания полагать, что к моменту окончания кристаллизации металл шва неоднороден по своему химическому составу как в микро-, так и в макрообъемах. Вместе с тем исследования металла сварных соединений показывают, что в подавляюш,ем большинстве случаев эта неоднородность совсем не так велика, как можно было ожидать. Основной причиной значительного выравнивания концентраций элементов в сварных соединениях является диффузия этих элементов в процессе охлаждения металла после сварки. Отмечено, что полнее выравниваются концентрации тех элементов, у которых более высокий коэффициент диффузии. Например, в сварных соединениях из малоуглеродистой стали углерод обычно распределяется равномерно по сечению шва, тогда как сера, имеющая при Т — 950 " С коэ( ициент диффузии, в 500 раз меньший, чем у углерода, распределяется в металле шва неравномерно. [c.215]

Различают следующие типы горячих трещин кристаллизационные или ликвационные, подсолидусные и подваликовые. Кристаллизационные горячие трещины образуются при температуре, превышающей температуру солидуса. Полигонизационные трещины появляются после завершения первичной кристаллизации вследствие возникновения в структуре вторичных полигонизацион-ных границ [78]. Дефекты типа горячих трещин обнаруживаются как в металле шва, так и в металле околошовного участка ЗТВ вблизи линии сплавления. В соответствии с существующими представлениями, развитыми в работах Н. Н. Прохорова и его сотрудников, технологическая прочность в процессе кристаллизации определяется температурным интервалом хрупкости металла (ТИХ), его пластичностью б и темпом деформации в ТИХ а. Полагают, что горячая трещина образуется, если деформации растяжения развиваются в период нахождения металла в ТИХ, а скорость деформации велика. В соответствии с ГОСТ 26389—84 применяют машинные или технологические методы испытаний. Машинные основаны на высокотемпературной деформации металла при сварке до образования трещин под действием внешних сил, а технологические — на выявлении трещин, образовавшихся под действием внутренних сил от усадки шва и формоизменения элементов. [c.124]

В ряде работ [71, 72] подчеркивается, что в люмент образования горячих трещин наличие жидких межкристаллитных прослоек не обязательно. Исследованием процесса кристаллизации металла шва на низкоуглеродистой конструкционной стали с применением модифицированного микроскопа с горячими столом и камерой [101] установлено, что горячие трещины в металле таких швов возникают после того, как затвердевание закончилось. Указывается, что при нагревании такого шва под микроскопом плавление зоны сегрегации серы и фосфора при температуре ниже 1460° С не наблюдалось. В работе [8] расчетным путем установлено, что при однопроходной автоматической сварке нержавеющей аустенитной и углеродистой конструкционной сталей толщиной 2,5 и 10 мм на режимах, обеспечивающих сквозное проплавление, возникновение растягивающих напряжений в шве до завершения кристаллизации может быть только в высоколегированной стали толщиной 10 мм (при температуре 1450° С примерно за 2 с до завершения кристаллизации). Во всех остальных случаях швы начинают испытывать растягивающие напряжения и деформироваться только через несколько секунд после окончания кристаллизации и при значительно более низкой температуре, чем температура солидуса. Отмечается, что чем толще свариваемый металл, тем при более высокой температуре шва возникают в нем растягивающие напряжения и деформации и тем, следователь-но, больше вероятность образования горячих трещин. Склонность к образованию горячих трещин в швах при сварке аустенитных сталей больше, чем при сварке углеродистых конструкционных сталей, так как при одинаковой толщине свариваемого металла температура центра шва, при которой возникают растягивающие напряжения в нем, выше, а время начала возникновения этих напряжений после завершения кристаллизации — меньше в аустенитном металле шва, чем в низкоуглеродистом нелегированном. В этой же работе установлено, что при автоматической сварке с полным проваром аустенитной стали температура в центре шва к началу возникновения растягивающих деформаций выше ( 980° С), чем при ручной сварке (800° С). Следовательно, при использовании одинаковых сварочных материалов (имеются в виду одинаковые химический состав и структура металла шва) вероятность образования в шве горячих трещин при автоматической сварке больше, чем при ручной. [c.285]

Известно, что отрицательная температура окружающего воздуха влияет на скорость охлаждения сварочной ванны и металла зоны термического влияния (ЗТВ). С понижением температуры скорость охлаждения увеличивается, что приводит к ухудшению надежности монтажных стыков. Прежде всего, увеличение скорости кристаллизации сварочной ванны уменьшает ее объем. Так, уменьшение температуры от +20 до -50 °С сокращает длительность пребывания сварочной ванны в жидком состоянии примерно на 10 %. Это сказывается на процессе кристаллизации металла, так как отставание диффузионных процессов от кристаллизационных приводит к перавпо-веспому структурному состоянию металла нри этом усиливаются процессы ликвации и сегрегации химических элементов, возрастает вероятность засорения сварного шва неметаллическими и шлаковыми включениями, не успевающими полностью выделиться в шлак, и образования нор, вызванных газами, в частности водородом. Увеличение скорости охлаждения сварного соединения может привести к образованию закалочных структур в ЗТВ, резко снижающих пластичность металла и повышающих склонность к хрупкому разрушению. Это особенно может проявляться при сварке низколегированных сталей повышенной и высокой прочности, а также среднелегпровап-ных сталей. Прп этом вероятность хрупкого разрушения тем больше, чем ниже температура окружающего воздуха. В этих условиях незначительный концентратор напряжений в шве пли на ЛИНИН сплавления имеет большую тенденцию к развитию, которое может привести к зарождению трещины и ее распространению вплоть до разрушения трубопровода. [c.44]

Таким образом, процессы кристаллизации металла шва при сварке монтажных стыков неповоротных трубопроводов в трассовых условиях при низких температурах окружаюш ей среды имеют большое значение в формировании структуры сварного соединения, в лияюш ей на его механические и служебные свойства. [c.45]

Характерные условия металлургических реакций при сварке, как и при кристаллизации,— высокая температура нагрева, 0ТНО1 сительно малый объем расплавляемого металла, кратковременность процесса. [c.26]

При затвердевании расплавленного материала слабые адге знойные связи заменяются прочными химическими связями, соответствующими природе соединяемых материалов и типу их кристаллической решетки. При сварке плавлением вводимая энергия (обычно тепловая) должна обеспечивать расплавление основного и присадочного материалов, оплавление стыка, нагрев кромки и т. д. При этом происходит усиленная диффузия компонентов в расплавленном и твердом материалах, их взаимное растворение. Эти процессы, а также кристаллизация расплавленного металла сварочной ванны (или припоя) обеспечивают объемное строение зоны сварки, что обычно повышает прочность сварного соединения. [c.13]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...