загрузка...
загрузка...
На головну

Будова зварного шва

  1. II. Побудова карти гідроізогіпс
  2. Аналіз загального рівняння площини і побудова площин
  3. Анатомічне і гістологічну будову шкур
  4. Анатомічна будова кореня
  5. Астрономія, опто-механіка і приладобудування
  6. БІОСФЕРА, КЛІМАТ І БУДОВА ЗЕМЛІ
  7. Бойове побудова корпусу Птаха

Залежно від реальних умов процесу зварювання, температури, швидкості нагріву і охолодження різних ділянок метал зварного з'єднання неоднорідний і складається з наступних зон (рис. 1.1).

Метал шва - це та зона, в якій у зв'язку з нагріванням вище температури плавлення (лінії ликвидус) зварюваний метал розплавляється в процесі зварювання, перемішується з металом електрода і потім кристалізується. Метал шва має литу дендритну структуру і складається з кристалів столбчатой ??форми. Особливістю кристалізації зварювальної ванни є те, що на відміну від кристалізації виливка в ливарній формі, кристалізація металу шва протікає при одночасному його підігріві з боку джерела тепла і швидкому охолодженні за рахунок інтенсивного тепловідведення в основний холодний метал.

Мал. 1.1. Макроструктура нахлесточного зварного з'єднання

зона сплаву-расположенав кордоні основного металу і металу шва. У даній зоні виділяється ділянка з великими зернами, т. Е. Ділянка металу, який в процесі зварювання нагрівався до температури вище лінії солидус, але нижче лінії ликвидус (в даній температурній області відбувається часткове розплавлення основного металу). У неї потрапляють хімічні елементи з металу електрода (з зварювальної ванни). У місці примикання до кордону сплаву основного металу зі швом, через велику різницю хімічного складу основного і електродного (присадочного) металів може утворитися хімічна неоднорідність. Ця неоднорідність може призвести до стрибкоподібної зміни фізико-механічних властивостей металу околошовной зони і зниження надійності зварного з'єднання. Ширина зони сплаву змінюється в межах 0,1 - 0,4 мм і залежить від хімічного складу металу, що зварюється (від температурного інтервалу «ликвидус - солидус»), від способу і режиму зварювання.

Зона термічного впливу - частина основного металу, що примикає до зварного шва, з зміненими в процесі зварювання структурою і властивостями. Загальна ширина ЗТВ залежить від умов нагрівання і охолоджування, від теплофізичних властивостей і товщини зварюваного металу, від метеоумов та ін. (При дугового зварювання вона становить - 2 - 6, а при газовій - до 30 мм).

Зміна структури в околошовной зоні, наприклад на однопрохідному стиковому з'єднанні, можна простежити, помістивши над перетином зварного з'єднання криву розподілу максимальної температури, поєднавши її в тому ж масштабі температури з діаграмою стану залізо-цементит.

Окреслюючи на діаграмі стану сплавів характерні зони і ділянки, перенесемо їх межі на графік розподілу температури (рис. 1.2). З точок перетину горизонтальних ліній з кривою охолодження опустимо перпендикуляри на малюнок перетину зварного з'єднання. Це дозволить визначити лінійні межі окремих ділянок зони термічного впливу. Найбільше застосування в зварювальному виробництві отримали низько- і середньовуглецеві стали. У процесі зварювання плавленням низьковуглецевих сталей застосовують зварювальні матеріали, при яких метал шва виходить або низьковуглецевої, або низьколегованих. Такі стали малочутливі до швидкості охолодження і не утворюють гартівних структур. Їх структура, як правило, ферритно-перлитная.

Розглянемо зону термічного впливу зварного з'єднання (див. Рис. 1.2 - 1.4):

1 - перехідний ділянку або ділянку сплаву, Зазвичай розмір його невеликий. Інтервал температури, для стали 20, близько 1490 - 1520 ° С. Структура стали - грубозерниста, можливе утворення відманштеттовой структури (рис. 1.4);

2 - ділянка перегріву (див. Рис. 1.3, б і 1.4). Метал нагрівається вище 1100 ° С, до температури, близької до лінії солидус. У цьому інтервалі температури за рахунок зростання зерна аустеніту формується грубозерниста структура перегрітої стали зі зниженою ударною в'язкістю. Часто на цій ділянці утворюється відманштеттовой структура (грубозерниста з зернами фериту голкоподібний форми), що ще більше підвищує крихкість стали. Ширина цієї ділянки - 1 - 3 мм;

3 - ділянка нормалізації (рис. 1.4). Метал нагрівається вище третьої критичної точки Ас3 (Від 900 до 1100 ° С). В процесі повної перекристалізації в аустеніт, на цій ділянці утворюється дрібнозернистий (сорбітообразного) структура, яка забезпечує більш високі механічні властивості стали, в порівнянні з властивостями вихідного металу і властивостями інших ділянок зони термічного впливу. Ширина цієї ділянки - 1,2 - 4 мм;

Мал. 1.2. Схема будови зварного шва

4 - ділянка неповної перекристалізації (рис. 1.4). Метал нагрівається до температури 725 - 850 ° С (між першою Ас1 і третьої критичними точками Ас3). Процес подрібнення зерна відбувається тільки за рахунок перекристалізації тієї частини структури, яка зайнята перліту, а розмір зерен фериту не змінюється. Тому сталь на цій ділянці може складатися не тільки з дрібних зерен, але і окремих великих зерен фериту. Сталь з разнозерністимі будовою має більш низькі механічні властивості, ніж дрібнозернистий сталь. Ширина цієї ділянки - 0,7 - 4 мм;

5 - ділянку рекристалізації. Температура нагріву цієї ділянки нижче першої критичної точки Ас1 (727 ° С). При зварюванні гарячекатаної або отожженной стали, на цій ділянці ЗТВ ніякі структурні зміни в металі не відбуваються.

Якщо ж сталь перед зварюванням була наклепаного (загартовані) в результаті холодної пластичної деформації (штампування, гнуття, правка), то при нагріванні в інтервалі температури 550 - 600 ° С відбудеться процес рекристалізації (зростання нових рівноосних зерен за рахунок вихідних деформованих). У порівнянні з вихідним металом міцність і твердість сталі знизяться, а пластичність збільшиться. У разі якщо температура нагріву металу на цій ділянці близька до першої критичної точки (727 ° С) і тривалість перебування його при цій температурі значна, то відбувається процес збиральної рекристалізації. При цьому укрупнюється зерно і відбувається разупрочнение металу. Дана ділянка в цьому випадку називають ділянкою разупрочнения.

а Б В

Мал. 1.3. Структура стали Ст3сп при автоматичному дуговому зварюванні: а - метал шва, ферит і перліт (дріт Св-08ГА, флюс АН-348А); б - ділянка перегріву зони термічного впливу (відманштеттовой структура); в - основний метал. ? 100

6 - ділянка сінеломкость. Температура нагріву металу на даній ділянці зварного шва в інтервалі 200 - 400 ° С, при якому на поверхні стали з'являються сині кольори мінливості (плівки окислів). Характеризується тим, що міцність і твердість металу підвищуються, а пластичність і ударна в'язкість - різко падають. Це явище отримало назву «сінеломкость». Ймовірною причиною цього є старінням металу - виділення по границях зерен з пересичені твердого розчину дисперсних карбідів і нітридів.

1.1.3. Вплив структури шва на механічні властивості зварного з'єднання

Таким чином, структура і, відповідно, механічні властивості металу окремих зон і ділянок зварного з'єднання неоднакові (рис. 1.4).

Мал. 1.4. Мікроструктура зони термічного впливу при дугового зварювання низьковуглецевої сталі Ст3сп (дивитися зліва направо - від основного металу до металу шва) ? 100

У зоні термічного впливу найбільш низькі механічні властивості спостерігаються у металу шва, на кордоні сплаву, ділянці перегріву і ділянці сінеломкость. У наплавленого металу шва це пояснюється литий структурою металу і ймовірністю виявлення несправностей (сторонніх включень, пор, непроварів, тріщин і т. П.) (Рис. 1.5), в перехідній зоні шва - тим, що структура сталі складається з литих зерен і великих кристалів перегрітого металу з характерною для них низькою міцністю. На ділянці сінеломкость також низькі пластичність і ударна в'язкість. Така разносвойственность ділянок зварного шва особливо різко проявляється при експлуатації зварних конструкцій, що зазнають динамічні і циклічні навантаження.

Структурну неоднорідність зварного з'єднання можна певною мірою усунути термічною обробкою. Якщо на термічну обробку покладається тільки завдання зняття внутрішніх напружень, що виникли в результаті зварювання, то можна обмежитися низькотемпературним відпалом при 500 - 600 ° С з подальшим повільним охолодженням. Перегрів і відманштеттовой структура ЗТВ усуваються подрібненням зерна стали за рахунок повторної перекристалізації (повним відпалом або нормалізацією).

 а Б В

Мал. 1.5. Макродефектів зварних з'єднань: а - пори і шлакові включення; б - межкристаллитная тріщина; в - тріщина в околошовной зоні

Найбільш ефективним засобом зміни параметрів термічного циклу є попередній або супутній підігрів місця зварювання (подальше зниження швидкості охолодження для зменшення гартівних явищ). Однак підігрів іноді не може бути використаний через можливість надмірного росту зерна стали (перегріву), освіти біляшовних гарячих тріщин або через труднощі здійснення.

Міцність зварного з'єднання залежить також від дефектів, які пов'язані зі структурними перетвореннями, - це неправильне формування шва, освіту напливів і підрізів, утворення тріщин при нерівномірному усадки в процесі кристалізації металу шва. При затвердінні обсяг шва зменшується, а основний метал перешкоджає цій усадки. В результаті можуть утворитися значні внутрішні напруги і навіть тріщини.

 




ТЕХНОЛОГІЯ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ | Порядок виконання роботи | результати дослідів | Короткі теоретичні відомості | Порядок виконання роботи |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати