Механические свойства металлов в процессе сварки

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ СВАРКИ [58] [c.114]

Проба ИМЕТ позволяет изучить кинетику изменения фазового состава, структуры и механических свойств металла в процессе нагрева и охлаждения по заданному термическому циклу сварки. Испытания дают возможность установить интервал, в котором происходит резкое падение пластичности, судить о характере превращения аустенита в металле околошовной зоны и об опасности хрупкого разрушения в ней в условиях охлаждения при данном термическом цикле. [c.158]

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]

Значительные успехи могут быть получены при воздействии ультразвука на жидкий металл в процессе сварки плавлением. Эксперименты показывают, что озвучивание металла приводит к раздроблению зерен, улучшению механических свойств. Обработка ультразвуком сварных соединений после сварки приводит к уменьшению остаточных напряжений, снижению остаточных деформаций и предупреждает развитие деформаций с течением времени. [c.29]

В этом случае регулирование структуры и механических свойств сварных соединений должно осуществляться целиком в процессе сварки. При расчётах технологии и режимов сварки следует исходить пе только из условия предупреждения образования холодных трещин без отпуска но и из необходимости обеспечения оптимального соотношения механических свойств металла в околошовно зоне (для предупреждения снижения ударной вязкости и пластичности вследствие закалки, роста зерна и перегрева), в зоне отпуска (для предупреждения отпускной хрупкости) и шве непосредственно после сварки. [c.250]

В связи с этим недостаточно выбирать режим сварки и наплавки только но показателям сплошности, правильного формирования, отсутствия дефектов, устойчивости и производительности процесса. Необходимо выбирать такие режимы, которые, обеспечивая указанные выше требования, способствовали бы такл е получению благоприятных структур и механических свойств металла шва и з. т. в. [c.199]

При выборе металла для сварочных заготовок необходимо учитывать не только его эксплуатационные свойства, но и его свариваемость или возможность ирименения технологических мероприятий, обеспечивающих хорошую свариваемость. В процессе сварки металл подвергается термическим, химическим и механическим воздействиям. В связи с этим в различных зонах основного металла, расположенного вблизи шва, изменяются его состав, структура и свойства. Следовательно, механические и эксплуатационные свойства металла в зоне сварного соединения могут быть неравноценны таким же свойствам основного металла. [c.246]

Специфическая особенность при сварке латуней заключается в том, что в процессе сварки цинк, содержащийся в латуни, значительно испаряется и сгорает, так как температура испарения цинка (Т сп=906°С) близка к температуре плавления латуни (Т =90Б°С). Поэтому снижается содержание цинка в металле шва и ухудшаются механические свойства соединения. Кроме того, пары цинка ядовиты. Для уменьшения выгорания цинка целесообразны сварка на пониженной мощности, применение присадочного металла, содержащего кремний (кремний создает на поверхности расплавлен- [c.137]

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]

Фазовые и структурные превращения при сварке конструкционных сталей нередко вызывают понижение технологической прочности, механических и эксплуатационных свойств металла сварных соединений. Под технологической прочностью понимают способность материалов без разрушения выдерживать термомеханические воздействия в процессе сварки. В условиях указанных воздействий часто существенно понижаются механические свойства металла, что вместе с довольно высокими сварочными деформациями и напряжениями может служить причиной образования трещин. [c.511]

Степень механохимической неоднородности зависит от исходных свойств металла, способа и режимов сварки, применяемых сварочных материалов и др. Механическая и электрохимическая неоднородность взаимосвязаны между собой. Под действием термодеформационного цикла сварки в сталях и других сплавах образуются характерные зоны, различающиеся пластической деформацией и дислокационной структурой. Происходит изменение свойств металла вследствие процессов плавления и кристаллизации в сварном шве (III), [c.93]

Механические свойства наплавленного металла находятся ниже требований технических условий. Исследования позволили сделать вывод, что повреждения произошли из-за нарушения технологии сварки и термообработки стыков на заводе-изгото-вителе и разупрочнения металла в процессе эксплуатации. [c.222]

Сварка давлением даёт наибольшую однородность сварного соединения с основным металлом и в ряде случаев они практически неразличимы. Отсутствие плавления металла обеспечивает неизменяемость его химического состава в процессе сварки и незначительные изменения структуры и механических свойств. Процесс сварки легко поддаётся механизации и автоматизации, обеспечивая однородность продукции. [c.272]

Если сталь перед сваркой подвергают термообработке на высокую прочность (нормализация или закалка с отпуском), а после сварки - отпуску для снятия напряжений и выравнивания механических свойств сварного соединения с целью обеспечения его равнопрочности с основным металлом, то критерием определения температуры предварительного подогрева будет скорость охлаждения, при которой происходит частичная закалка околошовной зоны, но гарантируется отсутствие трещин в процессе сварки и до проведения последующей термообработки. [c.308]

При методе ИМЕТ-1 тонкие или стержневые образцы нагревают в специальной машине током и охлаждают в соответствии с заданным термическими циклами. В процессе нагрева или охлаждения образцы подвергают либо деформации, либо разрыву при заданной мгновенной температуре или в заданном интервале температур (в зависимости от скорости деформации). Их также можно резко охлаждать в воде, что л было зафиксировано структурное состояние. Этим методом можно определить и конечные изменения структуры и механических свойств после полного охлаждения образцов до комнатной температуры. Кроме того, это позволяет исследовать кинетику изменения механических свойств и структуры металла в различных участках зоны термического влияния в процессе сварки и термической обработки. [c.45]

Известно, что в процессе сварки методами плавления основной металл, прилегающий непосредственно к зоне шва, подвергается своеобразной термической обработке, в результате чего в зоне термического влияния наблюдается рекристаллизация и рост зерна. Это вызывает ухудшение физико-механических свойств металла сварного соединения. Особенно опасно длительное воздействие высоких температур на основной металл при сварке аустенитных сталей, сплавов циркония, молибдена и других металлов, склонных к значительному росту зерна и к понижению коррозионной стойкости. [c.62]

Развитие авиации, ракетостроения, увеличение мощности и повышение рабочих скоростей машин предъявляют возрастающие требования к металлическим материалам. Путь к повышению прочности металлов лежит в повышении их чистоты, уменьшении содержания примесей, ухудшающих механические свойства металла. Одной из таких вредных примесей является водород, который, проникая в металл уже в процессе его плавки, вызывает появление флокенов в стали, водородной болезни в меди и ее сплавах, пористости алюминия и его сплавов и т. д. Следующими стадиями технологического процесса обработки стали, сопровождающимися поглощением водорода, являются термическая обработка, сварка, травление в растворах кислот и занесение гальванических покрытий. Нанесение гальванопокрытий является, обычно, завершающей технологической операцией, которой подвергается большинство деталей из разных сортов сталей для предохранения их от коррозии, повышения стойкости к истиранию (хромирование) и т. д. Как показывает практика, особенно опасным является наводороживание сталей, прежде всего высокопрочных, в процессе нанесения гальванопокрытий и подготовительных операциях (обезжиривание, травление). [c.3]

В металле, подвергнутом сварке, возникают необратимые физико-химические процессы, определяющие надежность конструкции в целом. Под действием сварки происходит а) изменение свойств металла вследствии процессов плавления и кристаллизации в сварном шве, структурных, фазовых изменений и разупрочнения в зоне термического влияния б) ухудшение напряженного состояния ввиду возникновения полей собственных упругих остаточных напряжений и пластических деформаций, геометрической технологической и конструктивной неоднородности в) концентрация в зоне сварного соединения различного вида неоднородностей — химической, структурной, фазовой собственных напряжений и деформаций геометрической, связанной как с опасностью возникновения технологических концентраторов, так и наличием конструктивных концентраторов. Как следствие указанных видов неоднородности возникает неоднородность механических, электрохимических и физических свойств, что определяет повышенную чувствительность сварных соединений к воздействию эксплуатационных сред, особенно в условиях сложного напряженного состояния. [c.122]

При газовой сварке металл ванны интенсивно перемешивается с газовым потоком пламени и вступает во взаимодействие с ним, в результате чего происходит окисление (соединение с кислородом), испарение отдельных компонентов (составляющих) металла, раскисление расплавленного металла, насыщение металла углеродом, водородом и др. В основном металл шва окисляется газами пламени горелки или кислородом воздуха. Растворяясь в стали, кислород вступает в соединение с легирующими компонентами, что увеличивает общее содержание кислорода в металле шва. Таким образом, избыточное содержание кислорода (в виде окислов или в чистом виде) приводит к снижению механических свойств сварного соединения. Кроме того, в процессе сварки содержание некоторых элементов (углерода, кремния, марганца и т. д.) в металле шва уменьшается, так как они выгорают. Вследствие этого также происходит - снижение механических свойств наплавленного металла. Процессы окисления и раскисления происходят одновременно и находятся во взаимосвязи. Так, например, восстановление железа из окислов в условиях сварки осуществляется в основном за счет окисления углерода, кремния, и марганца. Возможность протекания этих реакций зависит от температуры и процентного содержания элементов. [c.90]

Для ручной дуговой сварки штучными электродами характерна гранулярная структура металла сварного шва, когда зерна не имеют определенной ориентировки, а по форме напоминают много-гранИики. Гранулярная структура может быть крупнозернистой и мелкозернистой. Наиболее благоприятной структурой сварного шва в отношении механических свойств является гранулярная мелкозернистая структура. Если расплавленный металл в процессе сварки был перегрет, то при охлаждении он образует зерна игольчатой формы, пересекающиеся друг с другом в различных направлениях. В результате перегретый металл делается хрупким, прочность его, резко снижается. [c.83]

Для сварных соединений характерна неоднородность механических свойств металла в различных зонах сварного соединения. Поэтому хладостойкость металла определяют в нескольких местах сварного соединения по вязкости при ударном изгибе надрезанных образцов. Надрез располагают в различных зонах. В многослойных швах возможна неоднородность свойств по высоте поперечного сечения вследствие различных условий охлаждения металла и сегрегации вредных примесей по мере укладки отдельных слоев. Соответственно образцы изготовляют из корневой, верхней и средней частей шва. Для швов, выполненных за малое число проходов, такое различие свойств, как правило, не наблюдается. В однопроходных швах, как указывалось выше, на сопротивляемость металла шва разрушению оказывает влияние направление кристаллитов, формирующееся в процессе его кристаллизации. Наиболее слабым участком обычно является ось шва. Располагая надрез по оси шва, свойства металла определяют по работе разрушения при движении трещины как по направлению сварки, так и в противоположном направлении. Непровар в шве создает концентрацию пластиче- [c.171]

Легирование металла шва за счет основного металла позволит повысить свойства шва до необходимого уровня. Однако следует помнить, что доля участия основного лтеталла в металле njBa, а значит, и степень легирования зависят от способа сварки, применяемого реишма сварки и других технологических приемов. Поэтому при разработке технологического процесса сварки необходима расчетная проверка ожидаемых механических свойств металла шва для принятых режимов сварки и сварочных материалов (см. гл. V, 6). [c.248]

Процесс сварки конструкции сопровождается термическим и деформационным воздействиями на свариваемый металл, производимыми при определенных условиях, связанных с технологией получения неразъемного соединения. Данные условия определяют способ сварки, тип и химический состав применяемых материалов (сварочной проволоки. электрода, флюса, газа и т. д.) и зависят от многих факторов, главными из которых являются марка свариваемых сталей и сплавов, их толщина и тип сварной конструкции (балка, ферма, оболочка, детали машин, корпуса раз/шчно-го рода изделий). При этом химический состав и механические свойства металла шва, выполненного, например, сваркой плавлением, в значительной степени отличаются от состава и свойств основного металла, так как на стадии существования сварочной ванны происходит смешивание наплавляемого присадочного металла и расплавляемого основного. Поэтому с точки зрения химического состава и механических свойств принято считать, что в сварном соединении имеются как минимум два различных металла — свариваемый и металл шва. Последний рассматривают как [c.13]

При окислении стали в первую очередь образуется закись железа. Последняя, будучи растворима в жидкой стали, непосредственно особо вредного влияния на процесс сварки не оказывает. При возрастании содержания закиси железа будут лишь несколько снижаться механические свойства металла шва. Однако повышение концентрации закиси железа вызывает развитие вторичных реакций. Находящиеся в стали примеси (С, Мп, Сг, 81, V, Т1,А1 и др.), упругость диссоциации окислов которых ниже упругости диссоциации закиси железа, начинают взаимодействовать с закисью железа с образованием газов (СО) или шлаковых включений (МпО, 8102, Сг20д и т. п.). Как окись углерода, так и остальные окислы практически в стали не растворяются. Поэто- [c.356]

В процессе Сварки гранулированный флюс выполняет следующие функции а) защищает расплавленный металл от насыщения азотом и кислородом воздуха б) обеспечивает высокие механические свойства металла шва, для чего флюс должен иметь соответствующий химический состав, быть хорошо раскислён-ным, иметь не более 4% загрязнений и 0,1% влаги в) стабилизирует дугу, для чего гранулометрический состав флюса должен обеспечивать достаточную плотность и газонепроницаемость для изоляции зоны дуги от воздуха г) концентрирует тепло на основном металле в зоне дуги флюс должен быть малотеплопроводным д) обеспечивает нормальное отложение металла и формирование шва е) легирует металл шва и предотвращает выгорание полезных примесей металла и электродной проволоки ж) исключает потери на угар и разбрызгивание. [c.326]

Сварные стыки паропроводов, кольцевые стыки барабанов паровых котлов и сварные швы приварки донышек к коллекторам выполняют в несколько слое в. При наложении каждого последующего слоя расположенный ниже уже затвердевший слой нагревается теплом сварочной ванны. Небольшая часть нижнего слоя оплавляется. Этим обеспечивается сплавление слоев. Примыкающие слои металла предыдущего слоя претерпевают при этом полную перекристаллизацию с измельчением зерна. Происходит их нормализация. Слои, отстоящие несколько дальше, претерпевают частичную перекристаллизацию. Это способствует маскировке характерного дендритного строения наплавленного металла и ослаблению отрицательного влияния дендритной неоднородности на свойства металла. Механические свойства перекристаллизованных и примыкающих к ним слоев улучшаются снижается их твердость и повышается пластичность. Уменьшаются остаточные напряжения, возникшие в процессе сварки. Литую структуру в чистом виде сохраняют только верхние слои, расположенные в усилении сварного шва. [c.175]

Армирующие углеродные волокна являются хрупкими и не обладают способностью к пластическим деформациям. Этот фактор ограничивает выбор методов переработки металлокомпозитов. Как указывалось выше, анизотропия механических характеристик армированных углеродными волокнами материалов дает возможность получать материалы с регулируемыми свойствами. Это достигается в процессе формования готового изделия из полуфабрикатов. При использовании армированных металлов в самолетостроении часто возникает необходимость последующих технологических операций соединения изделий из армированных металлов с деталями из других металлических материалов, частичное усиление армированными металлами элементов металлических конструкций и т. д. Однако обычная сварка армированных металлов затруднена. Поэтому необходимо прибегать к методу диффузионной сварки и другим способам соединения металлов, не требующим плавления металла. Другой путь решения этой задачи — соединять детали из металлокомпозитов с элементами из чистых металлов в процессе формования ме-таллокомпозита. [c.245]

Одна из главных проблем при сварке алюминия и его сплавов - высокая химическая активность алюминия он образует на поверхности окисную пленку AI2O3 с температурой плавления 2050 °С, которая не расплавляется в процессе сварки и покрывает металл Прочной оболочкой, затрудняя образование сварочной ванны. Частицы пленки, попадающие в шов, снижают механические свойства сварных соединений, их работоспособность. Для осуществления сварки должны быть приняты меры по разрушению и удалению пленки и защите металла от повторного окисления. Вследствие большой химической прочности AI2O3 восстановление алюминия из окисла в условиях сварки практически невозможно. Не удается также связать AI2O3 в прочные соединения сильной кислотой или щелочью. Поэтому действие шлаков для сварки алюминия основано на процессах растворения и смывания разрушающейся окисной пленки расплавленным шлаком. [c.132]

Для определения химического состава наплавленного металла пробу берут из верхнего слоя пяти-семислойной наплавки, выполненной автоматом, или полуавтоматом в нижнем положении. В нижнем положении этим же сварочным оборудованием сваривают стыковое сварное соединение для определения механических свойств металла шва. Конструкция стыка назначается с разделкой кромок без подкладки или с подкладкой (для варианта сварки с принудительным формированием шва), при этом процесс сварки проводится на токовом режиме, соответствующем [c.201]

При сварке давлением металл после нагрева переходит в пластическое состояние и теряет свои упругие свойства. Малоуглеродистые стали переходят в пластическое состояние в температурном интервале ПОО—1300 С, что соответствует белому калению. Нагретые таким образом детали сжимают внешним усилием и соединяют в одно целое. Примером сварки давлением может служить кузнечная (горновая) сварка. Сварка давлением дает наибольшую однородность сварного соединения. Отсутствие плавления металла обеспечивает неизменность его химического состава в процессе сварки, незначительное изменение структуры и механических свойств. Процесс сварки давлением поддается механизации и авгоматизации. Этот вид сварки широко применяется в промышленности, но за последние 20 лет наблюдается вытеснение этой сварки другими, более производительными способами. [c.63]

Надежность работы в значительной мере зависит от соответствия примененных материалов и их качества требованиям нормативнотехнологической документации. Действующие нормы и правила предусматривают механические испытания и металлографический анализ основного металла и сварных соединений котлов, трубопроводов пара и горячей воды и сосудов, работающих под давлением. Объемы и методы механических испытаний и металлографических исследований строго регламентированы [23, 24, 25]. Механические испытания ставят своей задачей определение механических свойств при комнатной и рабочей температуре, без знания которых нельзя правильно выбрать материал для изготовления детали и оценить состояние металла в процессе эксплуатации. Основными видами механических испытаний являются испытания на растяжение, твердость и на ударный изгиб (динамические испытания). Технологические испытания на загиб, раздачу и свариваемость служат для оценки возможности проведения технологических операций, необходимых для изготовления и монтажа оборудования (сварки, гибки, вальцовки и т. п.). Такие важнейшие для котельных материалов испытания, как испытания на ползучесть, длительную прочность, сопротивление усталости, релаксацию напряжений, не предусматриваются действующими правилами котлонадзора в качестве контрольных и служат в основном для выбора допускаемых напряжений и установления ресурса работы элементов, изготовленных из различных сталей. [c.8]

При производстве, дюнтаже и ремонте паровых котлов, трубопроводов и сосудов применяют электродуговую, газовую н контактную сварку металлов [36]. Процесс сварки сопровождается изменением структуры и свойств в зоне соединения и возникновением поля остаточных напряжений [12]. Для большинства методов сварки характерным является приложение концентрированных электрически.х, газовых или механических источников энергии непосредственно в зоне соединения. При электродуговой марке необходимая для нагрева и расплавления тепловая энергия обеспечивается электрической дугой при контактной сварке — выделяется за счет электросопротивления свариваемых деталей или зоны контакта деталей. Применяют также индукционный нагрев токами высокой частоты. При газовой сварке металл нагревается пламенем горючего газа (или паров ке-)осина), сжигаемого в кислороде при помощи сварочной горелки, (аждый способ сварки имеет много разновидностей [35, 36]. [c.145]

Разбрызгивание жидкого металла, присущее процессу сварки в углекислом газе, приводит к забрызгиванию внутренней поверхности сопла, в результате чего резко ухудшается газовая защита зоны сварки, приводящая к снижению механических свойств сварного соединения. При нерегулярном удалении брызг неизбежен отказ сопла. [c.123]

Описание процесса разрушения элемента конструкции с исходными трешл-нами основывается на условиях их прорастания в зависимости от напряжений и деформаций, а также механических свойств металла. Существование начальных трещин тех или иных размеров связано с несовершенством структуры металла, с дефектами, возникающими при изготовлении, в частности при сварке с повреждениями, возникающими при работе, в том числе усталостными и коррозионными. [c.228]

Наиболее распространенными методами активации поверхности являются нагрев, деформация, использование высокоэнергетических частиц. Возможность термической активации ограничена деградацией механических свойств материалов, особенно при образовании адгезионного соединения материалов с существенно разными гомологическими температурами. Активация деформацией успешно применяется в процессах сварки трением, прессования порошковых материалов, гидроскальпирования и т. д., но не осуществима при нанесении защитных покрытий. Тяжелые высокоэнергетические частицы (прежде всего ионы) могут вызывать перемешивание на границе раздела с образованием переходного слоя. Формирование переходного слоя позволяет избежать опасных межфазных напряжений, связанных с различием кристаллических решеток, и значительно улучшает прочность адгезионного соединения. По имеющимся оценкам [211] при отсутствии перемешивания предельная разница межатомных расстояний однотипных решеток (в том числе и металлов) составляет примерно 15%. Приведенное значение близко к величине разницы атомных радиусов, фигурирующей f в правиле Юм-Розери для образования твердых растворов. рЕсли развить эту аналогию и воспользоваться результатами работы [63] для образования твердых растворов при ионной имплантации и перемешивании, то можно ожидать образования >я1рочных соединений у материалов с разницей межатомных расстояний, достигающей 40% при условии образования переходного слоя. Влияние легких частиц (у-кванты, электроны, нейтроны, легкие ионы) в первую очередь связано с возбуждением и перестройкой электронных оболочек [219]. [c.17]

Испытание механических свойств металла шва и сварного соединения при различных температурах, определение стойкости против коррозии и других специальных характеристик в соответствии со стандартом на эти испытания. Свариваемость стали в определенной мере зависит от ее химического состава. Углерод, определяю-ш,ий многие свойства стали, оказывает влияние и на ее свариваемость. Содержание его до 0,25% не влияет на свариваемость стали, поэтому все низкоуглвродистые стали обладают хорошей свариваемостью. Содержание углерода более 0,25% ухудшает свариваемость. Высокоуглеродистые стали сваривают, применяя специальные технологические приемы. Марганец при обычном содержании его в стали до 0,8% на свариваемость не влияет. Однако в процессе сварки марганцовистых сталей (1,2% и более марганца) могут появиться трещины, так как марганец способствует образованию закалочных струк- [c.97]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...