Кристаллизация металла в сварочной ванне

Кристаллизация металла в сварочной ванне начинается с частично оплавленных зерен основного металла заготовок, располагаемых на границах зоны расплавления. К решетке этих зерен присоединяются атомы кристаллизующейся фазы. После завершения кристаллизации в зоне расплавления образуются зерна, частично состоящие из металлов заготовок и металла шва, что обеспечивает сварное соединение. При перемещении сварочной ванны вдоль кромок заготовок в передней части сварочной ванны происходит оплавление металлов, а в задней - кристаллизация, что обеспечивает формирование сварного шва.

Кристаллизация сварного шва отличается от кристаллизации слитков высокой концентрацией источника тепла и высокой скоростью охлаждения. Поэтому, шов неоднороден по размеру и химическому составу зерен. В верхней части шва образуются более крупные кристаллы ветвистой формы (дендритное строение). в нижней части – более мелкие кристаллы удлиненной формы (транскристаллитное строение). Шов имеет слоистую структуру. В каждом шве можно выделить три участка. Нижний участок кристаллизуется из тонкой прослойки расплава примыкающей к оплавленным поверхностям. Этот участок обогащен серой, фосфором и углеродом, переместившихся из примыкающих участков металла заготовок. Средний участок кристаллизуется из жидкого металла основного состава. Высокая скорость кристаллизации обеспечивает идентичность состава металла этого участка составу жидкого металла ванны. Верхний участок обеднен серой, фосфором и углеродом.

В сварном соединении можно выделить три зоны с различной микроструктурой (рис. 1.5): зону основного металла 3; зону термического влияния (ЗТВ)2 и зону наплавленного металла сварного шва 1.

Рис. 1.5. Зоны и структуры сварного соединения при сварке низкоуглеродистой стали: а – схема; б – микрофотография; 1 – зона наплавленного металла сварного шва; 2 – зона термического влияния (ЗТВ); 3 – зона основного металла; 4 – участок синеломкости; 5 -участок рекристаллизации; 6 – участок неполной перекристаллизации; 7 - участок нормализации; 8 – участок перегрева; 9 – участок неполного расплавления; 10 – металл шва; Т – температура.

ЗТВ - это зона основного металла, примыкающая к металлу шва. В этой зоне наблюдается изменение исходной структуры свариваемого (основного) металла в результате воздействия термического цикла сварки. Характер изменения свойств ЗТВ зависит от свойств свариваемого металла и термического цикла сварки (способа сварки, режима сварки). Ширина ЗТВ зависит от выбранного способа и параметров режима сварки: при ручной дуговой сварке — 3-6 мм; при сварке под флюсом — 2-4 мм; присварке в защитных газах — 1-3 мм; при газовой сварке — 8-28 мм; при электрошлаковой сварке — 11-14 мм.

Оценить общий характер возможных превращений, протекающих в ЗТВ при сварке низкоуглеродистых сталей, можно по диаграмме железо–цементит (Fe–Fe₃C). Скорость охлаждения обычно оценивается в интервале температур наименьшей устойчивости аустенита (500…550 °С). При малых скоростях охлаждения (электрошлаковая сварка), превращение аустенита приводит к формированию структуры, состоящей из феррита и перлита.

При средних скоростях охлаждения (автоматическая сварка под флюсом) в зависимости от марки стали образуются перлит и бейнит или бейнит и мартенсит с небольшим количеством феррита. При скорости охлаждения выше критической образуется только мартенсит. Мартенситное превращение сопровождается увеличением объема стали и возникновением больших напряжений, которые могут вызвать разрушение металла.

В зоне термического влияния (ЗТВ) можно выделить шесть участков.

участок 9 – неполное расплавление металла. Это переходный участок от зоны наплавленного металла шва к основному металлу. На этом участкеметаллнагревается немного выше температуры плавления основного металла находящегося в твердо – жидком состоянии. В области этого участка проходит сплавление зерен шва и основного металла. Поэтому, свойства этого участка определяют свойства сварного шва.

участок 8 – перегрев. В области этого участка металл нагревается до 1100 - 1500°С, т. е. несколько ниже температуры плавления. Металл на этом участке претерпевает аллотропические превращения ( α - железа в γ - железо), сопровождающиеся ростом аустенитного зерна. Металл участка имеет крупнозернистое строение с пониженной пластичностью. Для углеродистых сталей возможно появление закалочных структур.

участок 7– нормализация (перекристаллизация). Металл участка нагрет до температур 900- 1050°С (небольшое превышение температуры аллотропических превращений). При этих температурах происходит частичная перекристаллизация, т. е. часть феррита остается в исходном состоянии, другая – образует аустенит. При последующем охлаждении и распаде аустенита образуется мелкозернистая структура, поэтому здесь, наряду с зернами основного металла, не изменившимися в процессе сварки, присутствуют зерна, образовавшиеся при перекристаллизации.

участок 6 –неполная рекристаллизация. На этом участке металл нагрет до температур 700…850 °С. При этих температурах происходит частичная перекристаллизация, т. е. часть феррита остается в исходном состоянии, другая – образует аустенит. При последующем охлаждении и распаде аустенита образуется мелкозернистая структура, поэтому здесь, наряду с зернами основного металла, не изменившимися в процессе сварки, присутствуют зерна, образовавшиеся при перекристаллизации.

участок 5– рекристаллизация (старение). Участок часто наблюдается после сварки заготовок прошедших предварительную пластическую деформацию (поковки, прокат). Температурный интервал участка 450…650 °С. На этом участке ЗТВ происходят сращивание (укрупнение) раздробленных при предшествующей сварке пластической деформации зерен основного металла и некоторое его разупрочнение по сравнению с исходным состоянием. При сварке изделий из литья рекристаллизации не наблюдается.

участок 4 - синеломкость. Участок лежит в интервале температур 200…400^оС (что соответствует, синим цветам побежалости) и характеризуется снижением пластичности металла.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: