Отрицательное воздействие воздуха на наплавленный металл.

	Рис. 9.4. Схемы изотерм при сварке

 

 

Последствия второй «беды» - отрицательного воздействия воздуха можно предотвратить полностью, а первой «беды» - отрицательного воздействия высоких температур можно лишь уменьшить.

Энергия теплового источника (электрической дуги, газового пламени и т. д.) расходуется на нагрев металла детали, на расплавление электрода или присадочного материала, на плавление защитного флюса (обмазки электрода) и на неизбежные тепловые потери. Распределение температуры в свариваемом металле зависит от мощности теплового источника, физических свойств металла (теплоемкость, температура плавления и др.), размеров конструкции, скорости перемещения электрода и т. д.

На рис. 9.4 показаны изотермы — овальные кривые, сгущающиеся впереди движущегося при сварке источника тепла (электрической дуги, пламени горелки…). Изотерма 1600° С — это температура плавления стали, она определяет ориентировочный размер сварочной ванны. Изотерма 1000° С указывает на зону перегрева металла, изотерма 800° С показывает зону закалочных явлений, а 500° С — зону отпуска.

Из-за нижеуказанных особенностей сварочной ванны могут быть следующие дефекты при сварке:

— малый объем и кратковременность существования ванны приводят к тому, что плохо перемешивается металл, возможны поры и шлаковые включения в сварном шве (не успевают выделиться газы и шлак, т.е. «всплыть» из расплавленного металла);

— значительная поверхность контакта расплавленного металла с атмосферой приводит к выгоранию «полезных» кремния и магния и к образованию окислов железа (наличие кислорода в стали приводит к снижению ее прочности, пластичности и коррозийной стойкости и сообщает стали красноломкость) и насыщению сварного шва азотом (увеличивается хрупкость).

Сварной шов образуется за счет расплавления металла электрода и частично основного металла (рис. 9.5). В зоне сплавления кристаллизуются зерна, принадлежащие как основному, так и присадочному металлу. В зоне термического влияния из-за быстрого нагрева и охлаждения металла происходят структурные изменения металла.

	Рис. 9.5. Зоны сварного шва

 

Свойства сварного соединения во многом определяются особенностями сварочной ванны и характером тепловых воздействий на металл в околошовных зонах. Следовательно, может быть прочный, пластичный сварной шов, но из-за термических воздействий на деталь качество сварки в целом будет низкое (рис 9.6).

 

	Рис. 9.6. Возможные дефекты при сварке

 

 

Величина зоны термического влияния составляет при ручной электродуговой сварке для обычного электрода 2…2,5 мм, а для электродов с повышенной толщиной обмазки — 4…10 мм. При газовой сварке зона термического влияния существенно возрастает (до 20…25 мм).

В зоне термического влияния могут быть участки:

— старения (200…300° С);

— отпуска (250…650° С);

— неполной перекристаллизации (700…870° С);

— нормализации (840…1000° С);

— перегрева (1000…1250° С);

— околошовный участок, примыкающий к линии сплавления (от 1250° С до 1600° С).

При сварке возможны два предельных случая:

— резкая закалка при быстром охлаждении околошовного участка;

— перегрев при медленном охлаждении и образование крупных зерен аустенита.

Деформации деталей конструкции при сварке происходят вследствие образования внутренних напряжений, причинами которых являются (рис. 9.7):

1. Температурные деформации из-за местного нагрева изделия.

2. Усадка наплавленного металла при кристаллизации.

3. Фазовые превращения, происходящие в металле при охлаждении.

 

	Рис. 9.7. Причины деформаций при сварке

 

В результате местного нагрева при сварке происходит значительное местное расширение металла, в то время как остальная часть изделия остается в холодном состоянии. Это приводит к образованию внутренних напряжений и к изгибам элементов конструкции.

Усадка металла, происходящая вследствие уменьшения объема жидкого металла при затвердевании, является второй по значимости причиной появлений внутренних напряжений.

Фазовые превращения при охлаждении нагретого при сварке металла также сопровождаются относительно небольшим изменением объема металла. Так, для сталей переход  - железа в  - железо вызывает изменение объема примерно на 1 %, это также приводит к образованию внутренних напряжений (третья причина).

Деформации изделия при сварке могут быть уменьшены правильным выбором вида сварки и технологии ее осуществления.

Значительное уменьшение деформации достигается способом «обратноступенчатой» сварки. При этом способе кромки деталей, подлежащие сварке, делят на части, которые сваривают в определенной последовательности. Коробление изделия в данном случае получается значительно меньше, т. к. деформации коротких швов не в состоянии вызывать значительную деформацию всего изделия.

Уменьшить коробление свариваемых изделий можно также способом «обратных деформаций». Он заключается в том, что свариваемые детали предварительно отгибают (или собирают) в сторону, обратную сварочным деформациям. В процессе сварки они принимают требуемую, или очень близкую к ней форму.

Широко применяется также способ жесткого закрепления свариваемых деталей при помощи специального приспособления или путем прихватки, т. е. предварительной сварки кромок в нескольких точках по длине сварки.

Полностью избежать деформаций при сварке не удается, но уменьшить их до приемлемых значений можно за счет использования следующих конструкторских и технологических мероприятий:

— рационального конструирования сварного узла;

— выбора наиболее рационального способа сварки;

— припуска на усадку шва по размерам и форме изделия;

— рациональной сборки и подготовки к сварке;

— предварительного, сопутствующего и последующего подогрева изделия;

— проковки зоны сварного шва (в горячем состоянии или после остывания);

— механической правки;

— термической правки;

— общей термообработки сварного изделия.

На 85–90 % остаточные напряжения при сварке снижаются при высоком отпуске сварных конструкций (нагрев до 550…680 ° С и охлаждение на воздухе). При местном отпуске нагревается часть конструкции около сварного соединения; после ее остывания остаточные напряжения останутся,
но будут меньшими по величине. Иногда проводят поэлементный отпуск отдельных сборочных узлов, а после этого — окончательную сборку конструкции.