Отличительные черты металлургических процессов в сварке

Металлургические процессы при сварке – Осварке.Нет

Металлургические процессы при сварке — это процессы взаимодействия жидкого металла с газами и шлаками, которые происходят во время плавки электрода, при переходе капли жидкого металла по дуге, а также в самой ванне.

Рис. 1. Пример загрязнения в металле шва

Особенности сварочных металлургических процессов:

  • высокая температура нагрева металла;
  • небольшой объем сварочной ванны;
  • активное взаимодействие расплавленного металла с окружающей средой и шлаками;
  • кратковременность процесса.

Из за высокой температуры дуги и сварочной ванны происходит разложение (диссоциация) молекул кислорода, азота, водорода на атомы и ионы. В последствии чего газы в этом состоянии стают очень активными и вступают в химические соединения с металлом шва, ухудшая его пластичность.

Благодаря небольшому объему сварочной ванны, она быстро охлаждается. При этом создаются препятствия очистки металла от неметаллических включений и оксидов, которые не успели выйти на поверхность шва.

Активное взаимодействие расплавленного металла с окружающей средой и шлаками способствует дополнительному насыщению металла шва газами и шлаковыми включениями.

Обратите внимание

Кратковременность процесса сварки приводит к тому, что химические реакции между расплавленным металлом и шлаком не заканчиваются. Быстрая кристаллизация влияет на структуру и механические качества металла шва. Время от начала расплавления до застывания сварочной ванны составляет несколько секунд. За секунду металл охлаждается от 5 до 50 ℃.

Металл шва насищается вредными веществами из окружающего воздуха, влажности, ржавчины, масла, которые входят в состав сварочных материалов, разных химических соединений, которые в свою очередь создаются при взаимодействии расплавленного металла с сварочными материалами.

Способы предотвращения загрязнения металла шва:

  • просушка сварочных материалов для удаления влажности, кислорода и водорода;
  • удаление ржавчины, масла и влажности с поверхности сварочных деталей;
  • создание газовой и шлаковой защиты дуги и сварочного металла;
  • раскисление — изменение оксида железа на нерастворимые соединения с последующим удалением в шлак (раскислители вводят в сварочную ванну через электродную проволоку, покрытие, флюсы). Раскислителями являются марганец, кремний, титан, алюминий, углерод и другие элементы;
  • рафинирование — удаление сульфидов, фосфидов, нитридов, водорода при помощи химических реакций и образования новых химических соединений, которые не растворяются в железе, а превращаются в шлак.

Легирование — это процесс, при котором в металл шва вводятся разные элементы (хром, титан, никель, вольфрам, марганец, ванадий, молибден и др.), предоставляя ему необходимые свойства (прочность, вязкость, стойкость к коррозии и др.).

Эти элементы могут вводиться в состав электродной проволоки, присадочного металла, электродного покрытия или флюса. Во время сварки легированные элементы частично выгорают и не полностью переходят в шов.

Это необходимо учитывать при выборе марки электрода, присадочной проволоки, флюса.

См. также

  • Структура зоны термического влияния при сварке

Источник: http://osvarke.net/fiz-processy/metallurgicheskie-processy/

Презентация “Основы металлургических процессов при сварке”

Инфоурок › Технология ›Презентации›Презентация “Основы металлургических процессов при сварке”

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд Описание слайда:

ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СВАРКЕ

2 слайд Описание слайда:

Металлургические процессы при сварке – это процессы взаимодействия жидкого металла с газами и шлаками, которые протекают во время плавления электрода, при переходе капли жидкого металла через дугу, а так же в самой сварочной ванне. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СВАРКИ

3 слайд Описание слайда:

ОСОБЕННОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СВАРКЕ. – высокая температура нагрева металла; – малый объём расплавленного металла; – активное взаимодействие расплавленного металла с окружающей средой и шлаками; – быстротечность протекания процесса.

4 слайд Описание слайда:

ЗАГРЯЗНЕНИЕ МЕТАЛЛА ШВА Металл шва насыщается вредными веществами из окружающего воздуха, влаги, ржавчины, масел, минералов, которые входят в состав сварочных материалов, различных химических соединений, которые образуются во время взаимодействия расплавленного металла со сварочными материалами.

5 слайд Описание слайда:

СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ – просушиванием сварочных материалов для удаления влаги

6 слайд Описание слайда:

СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Удалением ржавчины с поверхности свариваемых деталей:ручным,химическим и механическим способами

7 слайд Описание слайда:

СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Удалением влажности с поверхности свариваемых деталей: ветошью или термическим способом.

8 слайд Описание слайда:

Важно

СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Удалением масла с поверхности свариваемых деталей;

9 слайд Описание слайда:

СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ – созданием газовой и шлаковой защиты дуги и свариваемого металла;

10 слайд Описание слайда:

СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Раскислением – переводом оксида железа в нерастворимые соединения с последующим удалением в шлак через электродную проволоку, покрытия и флюсы. Раскислителями являются марганец, кремний, титан, алюминий, углерод и другие элементы.

11 слайд Описание слайда:

СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Рафинированием – удалением сульфидов, фосфидов, нитридов, водорода с помощью химических реакций и созданием новых химических соединений, которые не растворяются в железе, а переходят в шлак. Для рафинирования применяют: ферросплавы — сплавы железа с другими элементами (Cr, Si, Mn, Ti и др.),

12 слайд Описание слайда:

Кристаллизация металла шва Кристаллизацией называют процесс образования кристаллов металла из расплава при переходе его из жидкого в твердое состояние.

13 слайд Описание слайда:

Кристаллизация металла шва Схема кристаллизации расплава в зависимости от формы сварочной ванны: а – узкая сварочная ванна с глубоким проплавлением; б – широкая сварочная ванна

14 слайд Описание слайда:

СТРОЕНИЕ СВАРНОГО ШВА 1) основного металла; 2) наплавленного металла сварного шва; 3)зоны сплавления; 4)зоны термического влияния.

15 слайд Описание слайда:

СТРОЕНИЕ СВАРНОГО ШВА

16 слайд Описание слайда:

Зоны термического влияния Участок неполного расплавления является переходным от зоны наплавленного металла шва к основному металлу, представляет собой область основного металла, нагретого несколько выше температуры плавления, и находится в твердожидком состоянии

17 слайд Описание слайда:

Совет

Зоны термического влияния Участок перегрева является областью сильно нагретого (1100-1500 °С) основного металла с крупнозернистым строением и пониженными механическими свойствами

18 слайд Описание слайда:

Зоны термического влияния Участок нормализации является областью основного металла, нагретого в пределах от 930 до 1100 °С. Основной металл находится при таких температурах сравнительно недолго и в процессе перекристаллизации при охлаждении приобретает мелкозернистую структуру с высокими механическими свойствами, как правило, выше свойств основного металла в его исходном состоянии.

19 слайд Описание слайда:

Зоны термического влияния Участок неполной кристаллизации является областью основного металла нагретого до 720—850 °С. Эта область характеризуется неполной перекристаллизацией, при которой вокруг крупных зерен феррита, не прошедших перекристаллизацию, находятся более мелкие зерна феррита и перлита, образовавшиеся в процессе перекристаллизации.

20 слайд Описание слайда:

Зоны термического влияния Участок рекристаллизации является областью основного металла, нагретого в пределах от 450 до 720 °С. Этот участок наблюдается при сварке сталей, подвергавшихся пластической деформации (например, прокату), и характерен восстановлением формы и размеров разрушенных при деформации зерен металла.

21 слайд Описание слайда:

Зоны термического влияния Участок синеломкости располагается за участком рекристаллизации и лежит в интервале температур от 200 до 450°С. На этом участке наблюдаются синие цвета побежалости, откуда и название. Основной металл в этой зоне не имеет видимых структурных изменений, однако характеризуется снижением пластических свойств.

22 слайд Описание слайда:

Образование трещин и газовых пор в металле шва в зависимости от температур, при которых они образуются, трещины разделяют на две группы: горячие (высокотемпературные); холодные (низкотемпературные).

23 слайд Описание слайда:

Образование трещин в металле шва Горячие трещины представляют собой хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и околошовной зоны, возникающие в процессе кристаллизации в твердожидком состоянии, а также при высоких температурах в твердом состоянии. Образованию горячих трещин способствует содержание в металле шва примесей – серы, фосфора

24 слайд Описание слайда:

Образование трещин в металле шва Холодные трещины в структуре металла располагаются как по границам, так и по телу зерен. Поэтому они представляют собой внутрикристаллические разрушения. Холодные трещины в сварных соединениях образуются при температурах 200 – 300°С.

Образуются в швах при сварке закаливающихся сталей.

Обратите внимание

На склонность металла к образованию холодных трещин оказывают влияние повышенное содержание углерода и элементов, облегчающих закалку, наличие в шве водорода, загрязнение фосфором, быстрое охлаждение и наличие в швах внутренних напряжений.

25 слайд Описание слайда:

Образование газовых пор в металле шва Поры в сварных швах возникают при первичной кристаллизации металла сварочной ванны в результате выделения газов. Поры представляют собой полости в швах, заполненные газом, имеющие сферическую, вытянутую или более сложные формы.

Поры могут располагаться по оси шва, его сечению или вблизи границы сплавления.

Поры при сварке в основном возникают за счет газов водорода, азота и оксида углерода, образующихся в результате химических реакций с выделением газовых продуктов, выделения газов в связи с разной растворимостью их в жидком и твердом металле, захватом газа из окружающей среды при кристаллизации сварочной ванны.

26 слайд Описание слайда:

Показатели качества сварки деталей

https://www.youtube.com/watch?v=s6HXXOPjn0w

Общая информация

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Источник: https://infourok.ru/prezentaciya-osnovi-metallurgicheskih-processov-pri-svarke-1652008.html

.Особенности металлургических процессов при сварке

Особенности металлургических процессов при сварке

Подготовил Акхузин Андрей Ахметович, преподаватель ФКП ОУ№228. ,г.Курган,Курганская область

При сварке плавлением под воздействием теплоты электрической дуги происходит образование сварочной ванны.

Сварочная ванна – это небольшой объем перегретого выше температуры плавления расплавленного металла, находящегося в контакте:

  • сверху – с газовой атмосферой дуги;
  • снизу – с твердым холодным основным металлом.

Сварочная ванна образуется в результате расплавления и перемешивания основного и электродного (или присадочного) металлов.

Химический состав сварочной ванны определяется химическим составом основного металла и химическим составом электродной проволоки.

Конечный состав шва формируется после протекания металлургических процессов в сварочной ванне в результате ее контакта с выделяющимися газами, шлаком и воздухом.

Металлургические процессы в сварочной ванне соответствуют закономерностям металлургии, но имеют свои особенности:

1 Высокая температура процесса (температура столба дуги составляет около 6000 ⁰С), которая обуславливает:

  • Высокую скорость протекания физико-химических процессов, происходящих при расплавлении металла. Оно вызывает также диссоциацию (распад молекул кислорода, азота и паров воды в объеме дуги). В атомарном состоянии распавшиеся молекулы обладают высокой химической активностью и интенсивно взаимодействуют с расплавленным металлом шва. Высокая температура способствует выгоранию примесей, тем самым изменяет химический состав свариваемого металла.
  • Высокую скорость протекания физико-химических процессов, происходящих при расплавлении металла.
  • Оно вызывает также диссоциацию (распад молекул кислорода, азота и паров воды в объеме дуги). В атомарном состоянии распавшиеся молекулы обладают высокой химической активностью и интенсивно взаимодействуют с расплавленным металлом шва.
  • Высокая температура способствует выгоранию примесей, тем самым изменяет химический состав свариваемого металла.
Читайте также:  Виды и характеристики присадочного материала для сварки

2 Небольшой объем ванны расплавленного металла (при ручной сварке – 0,5…1,5 см3) не дает полностью завершиться реакции взаимодействия между жидким металлом, газами и расплавленным шлаком

3 Большие скорости нагрева и охлаждения. Они значительно ускоряют процесс кристаллизации шва, приводят к образованию закалочных структур, трещин и других дефектов.

4 Отвод теплоты из сварочной ванны в основной металл. В околошовном металле происходит изменение структуры металла, которое приводит к ослаблению шва.

Важно

5 Взаимодействие расплавленного металла с газами (кислород, азот, водород) и шлаками в зоне дуги.

При неправильном ведении процесса сварки водород образует пары в шве, кислород и азот ухудшают механические свойства металла. Кислород попадает в зону сварки из окружающего воздуха, из влаги кромок свариваемого металла, из влаги флюсов, обмазки электродов, а также из самих материалов обмазки и флюсов (в них кислород находится в связанном состоянии в виде оксидов марганца и кремния).

Дополнительный источник кислорода и водорода – это ржавчина , загрязнения и конденсирования влаги на поверхностях проволоки и свариваемого металла.

Основные реакции в зоне сварки

Рассмотрим взаимодействие расплавленного металла с газовой средой, и взаимодействие металла и шлака.

1 Взаимодействие расплавленного металла с кислородом, азотом, водородом

Взаимодействие металла с кислородом – это окисление.

Процесс нежелательный, но неизбежный.

Окисление может идти по двум направлениям:

– окисление основы сплава,

– окисление примесей содержащихся в стали.

1.1 Окисление основы сплава.

В случае со сталями – это окисление железа с образованием его оксидов.

В зоне дуги молекулярный кислород распадается с образованием атомарного кислорода. Диоксид диссоциирует с образованием углерода (образуется при распаде в дуге покрытий и флюса).

Кислород образует с железом три оксида:

  • FeO – закись железа (оксид двухвалентного железа);
  • Fe2O3 – оксид трехвалентного железа;
  • Fe3O4 , FeO∙Fe2O3 – оксид железа со слабыми кислотными свойствами.

При охлаждении стали оксиды выпадают из раствора в шлак, но при высоких скоростях охлаждения часть оксидов застревает в растворе, образую шлаковые прослойки между зернами металла.

1.2 Окисление полезных примесей содержащихся в стали.

Это кремний, марганец, титан, хром, углерод и д.р.

Образуются оксиды этих металлов, которые не растворяются в железе. Они как бы «вынимаются» из состава стали и переходят в шлак.

Оксид углерода СО2 выделяется в атмосферу.

Взаимодействие расплавленного металла с азотом.

Азот попадает в зону сварки из окружающего воздуха. В зоне сварки находится в молекулярном (N2) и атомарном (N) состояниях и растворяется в металле шва.

При содержании азота свыше предела растворимости образуются химические соединения – нитриды.

Это нитриты: железа – Fe2N, Fe4N;

марганца – MnN;

кремния – SiN.

В легированных сталях – это нитриды легирующих элементов.

Азот является вредной примесью стали, т.к. снижает ее пластичность и вязкость (хотя и повышает твердость и прочность).

Взаимодействие металла с водородом.

Водород в процессе сварки образуется во время диссоциации водяных паров при высокой температуре дуги.Водяные пары находятся во влаге покрытия электрода, во флюсе, в ржавчине и окружающем воздухе.

Водород (в молекулярном и атомарном состоянии) растворяется в железе. Растворимость зависит от температуры металла. При температуре 2400 ⁰С насыщение металла водородом достигает максимума (43 см3 на 100 г металла).

При высоких скоростях охлаждения водород не успевает полностью выделится из металла и образует пористость металла шва и мелкие трещины в структуре металла, что редко снижает пластичность металла.

Совет

Кроме этого водород может образовать гидриды с некоторыми элементами из структуры металла: Ti, V, Nb.

Для получения сварного шва высокого качества расплавленный металл сварочной ванны необходимо защищать.

Способы защиты сварочной ванны:

  • Создание защиты дуги и ванны. Это покрытие электродов, флюсы, защитные газы, вакуум.
  • Тщательная очистка свариваемой поверхности, проволока.
  • Прокалка сварочных материалов и осушка защитных газов.
  • Введение в состав сварочных материалов элементов – расширителей, которые могут связывать кислород, попавший в сварочную ванну с образованием не растворимых оксидов (для стали Mn, Si, Ti).
  • Применение сварочных материалов с повышенным содержанием легкоокисляющихся элементов с учетом их выгорания при сварке.
  • II Взаимодействие расплавленного металла и шлака
  • Оно определяется составом шлака.
  • Шлаки образуются в результате расплавления электродов или флюсов. Они состоят из смеси оксидов, фторидов, хлоридов различных элементов и чистых металлов.

В результате взаимодействия со шлаком происходит:

  • Раскисление металла сварочной ванны.
  • Удаление вредных примесей, путем связывания их в нерастворимые соединения и вывода их в шлак.
  • Легирование шва для восполнения выгоревших при сварке элементов металла или придания шву специальных свойств.

Легирующие элементы это: Si, Mn, Cr, Mo, W, Ti вводят в состав электродных материалов, покрытий, флюсов в чистом виде или в виде химических соединений.

Во флюсе – это ферросплавы (ферросилиций, ферромарганец, феррохром, феррованадий и т.д.). Все три процесса носят положительный характер.

Раскисление

Жидкий металл сварочной ванны раскисляют вводя в него элементы, имеющие большое сродство к кислороду: Al, Ti, Si, C, Mn.

Эти элементы вводят в сварочную ванну либо в виде электродной проволоки (или присадочного металла) либо электродного покрытия, либо флюса.

Раскисление протекает по реакции:

3FeO+2Al=3Fe+Al2O3

Где Al2O3 – тугоплавкий оксид, придающий стали склонность к образованию трещин. Поэтому алюминий как раскислитель применяется редко.

Раскисление титаном протекает по реакции:

2FeO+Ti=2Fe+TiO2

Титан является активным раскислителем, т.к. кроме оксида TiO2 образует нитриды TiN, снижая содержание азота в металле.

Раскисление кремнием происходит по реакции:

2FeO+Si=2Fe+SiO2

Кроме того, протекает реакция образования силикатов:

SiO2+FeO=FeO∙SiO2

где FeO∙SiO2 силикат оксида железа.

Силикаты не растворяются в железе и выходят в шлак.

Раскисление углеродом происходит по реакции:

FeO+C=Fe+CO

где СО – оксид углерода (моноокись улерода) не растворяется в стали и выделяется в виде пузырьков

Обратите внимание

При больших скоростях охлаждения СО не успевает выделится из металла шва и образует в нем газовые поры.

Для предупреждения пористости в сварочную ванну вводят кремний в большом количестве, чтобы подавить раскисляющее действие углерода.

Самый распространенный раскислитель. Раскисление проходит по реакции:

FeO+Mn=Fe+MnO

MnO+SiO2=MnO∙SiO2

Оксид марганца взаимодействует с оксидом кремния и образует нерастворимый в стали силикат марганца.

Кроме этого марганец способствует удалению серы из стали по реакции:

FeS+Mn=MnS+Fe

где МnS – сернистый марганец. Не растворяется в стали и выходит в шлак.

Вывод: металлургический процесс при сварке характеризуется тремя отрицательными процессами:

  • Выгорание элементов из металла сварочной ванны.
  • Насыщение расплавленного металла газами: водорода и азота.
  • Окисление металла шва.

И двумя положительными процессами:

  • Раскисление алюминия, титана, кремния, углерода, марганца.
  • Легирование металла шва этими элементами.

Источник: https://multiurok.ru/index.php/files/osobiennosti-mietallurghichieskikh-protsiessov-pri.html

Металлургические процессы при сварке (стр. 1 из 3)

ВВЕДЕНИЕ .

Сварочная металлургия отличается от других металлургических процессов высокими температурами термического цикла и малым временем существования сварочной ванны в жидком состоянии , т. е.

в состоянии , доступном для металлургической обработки металла сварного шва .

Кроме того ,специфичны процессы кристаллизации сварочной ванны , начинающиеся от границы сплавления , и образования изменённого по своим свойствам металла зоны термического влияния.

В своей работе я отразил сущность лишь основных и наиболее общих процессов, происходящих в металле при сварке , хотя постарался изложить их как можно подробней и интересней .

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ СВАРКИ .

Сварка сопровождается комплексом одновременно протекающих процессов , основными из которых являются : тепловое воздействие на металл в зоне термического влияния , термодеформационные плавления , металлургической обработки и кристаллизации металла в объёме сварочной ванны в зоне сплавления .

Физическая свариваемость характеризует принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений и главным образом относится к разнородным металлам .

В процессе сварки имеет место непрерывное охлаждение . Характер структурных превращений при этом отличается от случая распада аустенита при изотермической выдержке . При непрерывном охлаждении значение инкубационного периода в 1.

5 раза больше , чем при изотермическом . С увеличением скорости охлаждения получаемая структура в зоне изотермического влияния измельчается , твёрдость её повышается .

Если скорость охлаждения превышает критическую скорость , образование структур закалки неизбежно .

Закалённые структуры в аппаратостроении являются крайне нежелательными : отличаются высокой твёрдостью , хрупкостью , плохо обрабатываются , склонны к образованию трещин .

Важно

Если скорость охлаждения ниже критической скорости , образование закалочных структур исключается . В зоне термического влияния наиболее желательными являются пластичные , хорошо обрабатываемые структуры типа перлита или сорбита . Поэтому получение качественных соединений непременно связано с достижением желаемых структур в основном регулированием скорости охлаждения .

Подогрев способствует перлитному превращению и является действенным средством исключения закалочных структур . Поэтому он служит в качестве предварительной термической обработки сварных соединений (нагрев до сварки и в процессе её ) . Меняя скорость охлаждения , можно получить желаемую твёрдость в зоне термического влияния .

В некоторых случаях появляется необходимость увеличения скорости охлаждения . Путём ускоренного охлаждения удаётся измельчить зерно , повысить прочностные свойства и ударную вязкость в зоне термического влияния .

С этой целью находит применение метод сопутствующего охлаждения .

Сварное соединение в процессе сварки с обратной стороны дуги охлаждается водой или воздушной смесью , что способствует получению крутой ветви скорости охлаждения.

Технологическая прочность сварного шва .

Термин “Технологическая прочность” применяется для характеристики прочности конструкции в процессе её изготовления . В сварных конструкциях технологическая прочность лимитируется в основном прочностью сварных швов . Это один из важных показателей свариваемости стали .

Технологическая прочность оценивается образованием горячих и холодных трещин .

1. Горячие трещины .

Это хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния . Возникают в твёрдо-жидком состоянии на завершающей стадии первичной кристаллизации , а так же в твёрдом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзернистой деформации .

Наличие температурно- временного интервала хрупкости является первой причиной образования горячих трещин . Температурно- временной интервал обуславливается образованием жидких и полужидких прослоек , нарушающих металлическую сплошность сварного шва .

Эти прослойки образуются при наличии легкоплавких , сернистых соединений (сульфидов ) FeS с температурой плавления 1189 С и NiS с температурой плавления 810 С .

Совет

В пиковый момент развития сварочных напряжений по этим жидким прослойкам происходит сдвиг металла , перерастающего в хрупкие трещины .

Вторая причина образования горячих трещин – высокотемпературные деформации . Они развиваются вследствие затруднённой усадки металла шва , формоизменения свариваемых заготовок , а так же при релаксации сварочных напряжений в неравновесных условиях сварки и при послесварочной термообработке , структурной и механической концентрации деформации.

Читайте также:  Как пользоваться холодной сваркой марки mastix

2. Холодные трещины .

Холодными считают такие трещины , которые образуются в процессе охлаждения после сварки при температуре 150 С или в течении нескольких последующих суток . Имеют блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления .

Основные факторы , обуславливающие появление холодных трещин следующие:

а) Образование структур закалки ( мартенсита и бейнита ) приводит к появлению дополнительных напряжений , обусловленных объёмным эффектом .

б) Воздействие сварочных растягивающих напряжений .

в) Концентрация диффузионного водорода .

Водород легко перемещается в незакалённых структурах . В мартенсите диффузионная способность водорода снижается : он скапливается в микропустотах мартенсита , переходит в молекулярную форму и постепенно развивает высокое давление , способствующее образованию холодных трещин . кроме того , водород , адсорбированный на поверхности металла и в микропустотах , вызывает охрупчивание металла .

Углеродистые стали : сварка и сопутствующие ей процессы .

Сплавы Fe и С , где процентное содержание углерода не превышает 2,14 % , называют углеродистыми сталями . Углерод оказывает сильное влияние на свойства сталей . Наличие других элементов обусловлено :

1. Технологическими особенностями производства – Mn , Si – для устранения вредных включений закиси железа , FeO и FeS .

Вокруг оторочки сернистого железа , начиная с 985 С , происходит оплавление , что ведёт к снижению технологической прочности сварного шва . Температура плавления MnS составляет 1620 С , кроме того , он пластичен .

2. Невозможностью полного удаления из металла ( S, P, N , H )

3. Случайными причинами ( Cr , Ni , Cu и другие редкоземельные металлы )

Углеродистые стали составляют основную массу сплава Fe-C , до 95 % аппаратуры и оборудования изготавливают из этих сталей .

В отечественной промышленности наиболее широко применяют стали с содержанием углерода до 0,22 % , редко от 0,22 до 0,3 % .

Обратите внимание

Структурно -фазовые превращения углеродистых сталей определяются диаграммой состояния Fe-C . В нормализованном состоянии имеют феррито- перлитную структуру . С точки зрения кинетики распада аустенита , у углеродистых сталей происходит превращение аустенита в перлит ( второе основное превращение).

В зависимости от температуры охлаждения , степени переохлаждения , скорости охлаждения феррито- цементитной смеси получается различной степени дисперсионный перлит , сорбит , бейнит , троостит .

Низколегированные стали повышенной прочности.

К низколегированным относят стали , содержащие в своём составе до 2 % легирующих элементов каждого в отдельности и до 5 % суммарно ( Mn , Si , Cr , Ni ). Содержание углерода , как и у углеродистых сталей не превышает 0,22 % . Содержание S и P в низколегированных сталях такое же , как в качественных сталях.

При сварке , кинетика распада аустенита такая же , как и углеродистых сталей . При охлаждении на воздухе получается феррито- перлитная структура . Поэтому низколегированные стали повышенной прочности относят к хорошо свариваемым сталям .

Однако легирующие элементы существенно снижают критическую скорость охлаждения . При содержании в верхнем пределе и высоких скоростях охлаждения возможно подавление перлитного превращения и появления промежуточных и закалочных структур .

При уменьшении погонной энергии сварки и увеличении интенсивности охлаждения в металле шва и зоне термического влияния возрастает вероятность распада аустенита с образованием закалочных структур . При этом будет увеличиваться вероятность образования холодных трещин и склонность к хрупкому разрушению .

При повышенных погонных энергиях наблюдается рост зерна аустенита и образуется грубозернистая феррито- перлитная структура видманштетового типа с пониженной ударной вязкостью .

Выбор тепловых режимов в основном преследует цель недопущения холодных трещин . Одним из самых технологичных средств , снижающих вероятность появления трещин , является подогрев .

Важно

Температура подогрева определяется в зависимости от эквивалента углерода и толщины свариваемого проката .

Необходимая температура подогрева возрастает с увеличением легированности стали и толщины свариваемого проката .

Низколегированные стали жаропрочные перлитные .

Хромомолибденовые стали 12МХ , 12ХМ , 15ХМ предназначены для работы в диапазоне температур -40… +560 С . В основном используются при температурах +475…+560 С . Их применение обусловлено низкой стоимостью и достаточно высокой технологичностью при изготовлении сварных конструкций и производстве отливок , поковок .

На участках , нагретых выше точки Ас(3) , возможно образование мартенсита и троостита . Реакция стали на термический цикл сварки характеризуется разупрочнением в зоне термического влияния в интервале температуры Ас(3) – Т (0), который объясняется процессами отпуска . Протяжённость разупрочненного участка увеличивается про больших значениях погонной энергии сварки .

Мягкая разупрочненная прослойка может явиться причиной локальных разрушений сварных соединений в процессе эксплуатации , особенно при изгибающих нагрузках .

Устранение разупрочнения осуществляется последующей термической обработкой с фазовой перекристаллизацией в печах ( объёмная термическая обработка ) .

Источник: http://MirZnanii.com/a/320253/metallurgicheskie-protsessy-pri-svarke

Металлургические процессы при сварке

В процессе сварки плавлением металл сварного соединения плавится под действием мощного концентрированного источника тепла (сварочной дуги или газового пламени).

Металлургические процессы в сварочной ванне протекают в условиях, значительно отличающихся от условий, протекающих при выплавке стали. Это объясняется малым объемом расплавленного металла и быстротой происходящих в нем явлений.

При дуговой сварке стали объем расплавленного металла обычно колеблется в пределах от 4 до 60 см3, а время затвердевания этого объема обычно не превышает несколько секунд, поскольку теплоотдача в окружающий сварочную ванну металл чрезвычайно велика.

В результате быстрого затвердевания металла сварочной ванны химические реакции, протекающие в расплавленном металле, не успевают закончиться.

Совет

Для ускорения и облегчения протекания реакций в сварочной ванне, а также для создания условий вывода на ее поверхность растворенных в металле газов и шлаков применяются сварочные флюсы и разнообразные компоненты в составе покрытия сварочных электродов.

При плавлении флюса или покрытия электродов на поверхности сварочной ванны образуется слой шлака, назначение которого, кроме снижения скорости охлаждения поверхности ванны, защищать перегретый металл сварочной ванны от воздействия окружающего воздуха. В сварочном шлаке растворяется большинство вредных примесей.

Кроме шлака в процессе горения дуги и плавления металла и покрытия электродов образуется большее количество различных газов, которые кроме газовой защиты сварочной ванны участвуют в металлургических процессах, так как химические реакции между жидким металлом и газообразными веществами протекают быстрее, чем с твердыми и жидкими компонентами сварочного шлака.

Однако часто меры, принимаемые для защиты металла сварочной ванны от воздействия окружающего воздуха, не обеспечивают полной изоляции расплавленного металла от кислорода, а его излишнее содержание ведет к снижению механических свойств металла шва.

Для снижения количества кислорода в наплавленном металле, а следовательно, для повышения механических свойств сварного соединения металл сварочной ванны раскисляют с помощью углерода, марганца, кремния и других компонентов, которые специально вводят в состав сварочной проволоки и покрытия электродов.

Для компенсации выгорающих при сварке элементов, а также для легирования металла с целью обеспечения равнопрочности и сближения химического состава основного и наплавленного металла последний за счет добавок в проволоку или покрытие легируют хромом, молибденом, титаном, ванадием, вольфрамом и другими элементами.

Сварочная ванна образуется из расплавленного основного и электродного металла. При остывании металла сварочной ванны происходит его первичная и вслед за ней вторичная кристаллизация.

Кристаллизация — это образование кристаллов металла из жидкого расплава. При изменении температуры в затвердевшем металле кристаллы теряют свою первоначальную форму, превращаясь в зерна. Этот процесс называется вторичной кристаллизацией (перекристаллизацией).

В узких швах, имеющих коэффициент формы шва (отношение ширины шва к глубине провара) меньше единицы, последние участки жидкого металла располагаются в центре сечения шва, поэтому в этом месте возможны скопления шлаков, газов и других нежелательных включений.

Обратите внимание

У швов с коэффициентом формы шва больше единицы последние участки жидкого металла находятся в середине поверхности шва, а все вредные включения сосредоточиваются в вершине шва и свободно удаляются со шлаковой коркой.

Выделяющееся при сварке тепло уходит в свариваемый металл через околошовные участки, называемые зоной термического влияния. От обычной термической обработки нагрев и охлаждение металла сварного соединения в зоне термического влияния отличается мощностью и кратковременностью теплового воздействия, вызывающего различные структурные изменения в околошовной зоне.

Свойства сварного соединения определяются свойствами металла шва и зоны термического влияния. Разрушения сварного соединения чаще всего происходят по этой зоне, где металл неоднороден и зачастую потерял пластичность.

I. Размеры зон теплового влияния при сварке

Способ сварки Величина зоны (см. рис. 8), см
2 3 4 5 6 7
Газовая сварка 2,5 2 4 2 5 14
Сварка под флюсом 0,9 1,2 1,7 0,8 0,7 8
Полуавтоматическая сварка в среде защитных газов 0,5 1,0 1,3 0,6 0,3 5
Сварка под флюсом с ППМ 0,4 1 1,2 0,6 0,5 6
Аргонодуговая сварка 0,3 2,5 2,7 1,8 0,8 4,5
Ручная электродуговая сварка 0,4 2,2 1,6 2,2 1,2 4,2

Размеры зон теплового влияния, участков перегрева, нормализации и частичного изменения структуры показаны в табл. 1 и на рис. 8.

Рис. 8. Схема изменений структуры стали в зове термического влияния

а — участок диаграммы железоуглеродистых сплавов; б — зоны термического влияния для малоуглеродистой стали: 1 — участок расплавленного в процессе сварки металла; 2 — участок неполного расплавления: 3 — участок перегретого металла: 4 — участок нормализации; 5 — участок неполной перекристаллизации; 6 — участок рекристаллизации; 7 — участок синеломкости; 8 — участок, не подверженный тепловому воздействию при сварке

Источник: http://www.stroitelstvo-new.ru/svarka/metallurgicheskie-processy.shtml

Лекция № 24 Металлургические процессы при сварке плавлением

Сварка отличается от других металлургических процессов сле­дующими особенностями: а) происходит при высокой температуре нагрева; б) протекает с большой скоростью; в) характеризуется очень малыми объемами нагретого и расплавленного металла; г) при сварке имеет место быстрый отвод тепла от расплавленного металла сварочной ванны в прилегающие к ней зоны твердого ос­новного металла; д) на расплавленный металл в зоне сварки воз­действуют окружающие его газы и шлаки;

Высокая температура при сварке сильно ускоряет процессы плавления электродного и основного металла, электродного пок­рытия и флюса. При этом происходит выделение газов (в основном за счет окисления углерода), испарение, разбрызгивание и окисле­ние веществ, участвующих в химических реакциях в зоне сварки.

Молекулы кислорода, азота, водорода при высоких температурах дуги частично распадаются па атомы (диссоциируют). В ато­марном состоянии эти элементы обладают высокой химической ак­тивностью. Вследствие этого окисление элементов, насыщение ме­талла азотом, поглощение водорода в процессе сварки протекают более интенсивно, чем при обычных металлургических процессах.

Малые объемы расплавленного металла в сварочной ванне и интенсивный отвод тепла в окружающий металл обуславливают кратковременность протекающих химических реакций,

Химический состав, структура и плотность металла шва зави­сят от состава основного и присадочного металла, характера и сос­тава газов, окружающих жидкий металл, режима сварки и про­чих факторов.

Указанные особенности металлургических процессов при свар­ке затрудняют получение сварных швов высокого качества.

Рассмотрим основные реакции в зоне сварки для стали, как наиболее распространенного металла, подвергаемого сварке.

Читайте также:  Как паяют медные трубы

Окисление.

Кислород является наиболее вредной примесью в зоне сварки, так как окисляет элементы, входящие в состав метал­ла шва, и ухудшает его качество, образуя химические соедине­ния— окислы.

Окисление элементов в основном происходит за счет кислорода, содержащегося в газах и шлаках сварочной зоны. В меньшей степени окисление может быть вызвано кислородом поверхностных окислов свариваемого металла (окалины, ржавчины). При случайном увеличении длины дуги капли электродного метал­ла могут окисляться кислородом окружающего воздуха.

С железом кислород образует три окисла:FeO, Fe2O3 , Fe3 O4.

Наибольшее влияние на свойства стали оказывает оксид железа FeO, так как только он растворяется в железе. Растворимость оксида железа в стали зависит главным образом от содержания углерода и температуры металла. С увеличением содержания углерода в стали растворимость оксида железа снижа­ется. При высокой температуре стали растворимость окси­да железа выше, чем при низкой температуре.

Поэтому при охлаждении стали происходит выпадение из раствора ок­сида железа FеО. При высоких скоростях охлаждения часть оксида железа остается в растворе, образуя шлаковые про­слойки между зернами металла.

При сварке стали в первую очередь окисляется железо, поскольку оно является основным элементом в стали.

Важно

Другие элементы, входящие в состав стали (углерод, кремний, марганец), окисляются (выгорают) тем быстрее, чем больше химическое сродство данного элемента с кислородом.

При сварке металла, покрытого ржавчиной, содержащаяся в ней влага испаряется, пары воды разлагаются на водород и водород, который окисляет железо в FeO.

Присутствие кислорода в металле шва в виде твердого раствора или включений окислов понижает механические свойства, снижает стойкость металла против коррозии, делает металла ломким.

Таким образом, главным условием получения наплавленного металла высокого качества является его защита от окисления кислородом окружающей среды. Это достигается созданием вокруг расплавленного металла защитной среды из газов и шлаков, а также раскислением металла шва.

Раскисление

Процесс удаления кислорода из наплавленного металла с целью повышения его качества называется раскислением.

Раскисление ведется путем введения в сварочную ванну элементов – раскислителей (марганец, кремний, алюминий, титан).

Раскислители входят в состав сварочной проволоки или электродных покрытий и флюсов, откуда они поступают в сварочную ванну, вступают в реакцию с оксидом железа FeO, выводя его в шлак.

Рафинирование

Процесс удаления вредных примесей из сварного шва (сера, фосфор).Серу удаляют введением марганца, который образует химическое соединение (сернистый марганец) не растворимое в жидком металле, которое полностью переходит в шлак. Фосфор также в ходе химических реакций переходит в шлак.

Легирование

Процесс введения в сплав элементов, придающих ему требуемые свойства. Путем легирования металла шва пополняют элементами, содержание которых уменьшилось вследствие выгорания их при сварке. Легирующие элементы входят в состав проволоки электрода, его покрытие, во флюс. Чем лучше раскислен наплавленный металл, тем большее количество легирующего элемента им усваивается.

Дата добавления: 2016-10-26; просмотров: 2048;

Источник: https://poznayka.org/s68274t1.html

Металлургические процессы при сварке в инертных газах

Наиболее употребительный защитный инертный газ — аргон, так как он значительно дешевле, чем гелий, а также обладает лучшими защитными свойствами.

Сварку сталей осуществляют обычно под флюсом, в С02, но бывают случаи, когда целесообразно применить аргонно-дуговую сварку, — например для упрочненных средне — или высоколегиро­ванных сталей.

Низкоуглеродистые низколегированные стали, особенно кипя­щие, склонны к пористости вследствие окисления углерода:

[Fe3C] + [FeO] ^4Fe + CO. (10.4)

Этот процесс идет за счет кислорода, накопленного в сталях во время их выплавки, но может возникать за счет примесей к аргону марок В и Г, за счет влажности газа и содержащегося в нем кислорода.

Для подавления этой реакции в сварочной ванне нужно иметь достаточное количество раскислителей (Si, Мп, Ті), т. е. использовать сварочные проволоки Св08ГС или Св08Г2С.

Совет

Мож­но снизить пористость путем добавки к Аг до 5% 02, который, вызывая интенсивное кипение сварочной ванны, способствует удалению газов до начала кристаллизации.

Добавка кисло­рода к аргону снижает также критическое значение свароч­ного тока, при котором осуществляется переход от крупнока­пельного переноса металла в дуге к струйному, что повышает ка­чество сварки.

Среднелегированные углеродистые стали обычно содержат в своем составе достаточное количество активных легирующих компонентов для подавления пористости, вызываемой окислением углерода. Это обеспечивает плотную структуру шва, а состав металла шва соответствует основному металлу, если электродные проволоки имеют также близкий состав.

Аустенитные коррозионно-стойкие и жаропрочные стали (12Х18Н10Т и т. д.) хорошо свариваются в среде аргона как плавящимся, так и неплавящимся электродами.

При сварке этих сталей обычно не требуется каких-либо дополнительных мероприятий, но аустенитно-мартенситные стали очень чувстви­тельны к влиянию водорода, который их сильно охрупчивает и дает замедленное разрушение в виде холодных трещин.

В этих случаях требуется осушка аргона или добавка к нему многова­лентных фторидов (SiF,|), которые связывают водород в ат­мосфере дуги и уменьшают поглощение водорода металлом.

Сварка алюминиевых и магниевых сплавов требует уже аргона повышенной чистоты (марок А или Б), а также тщатель­ной разработки технологии подготовки свариваемых кромок и электродной проволоки из-за опасности появления пористости сварных соединений. Это определяется физико-химическими свойствами металлов.

Сварка алюминия и его сплавов (АМгб, Д80 и т. д.

) затруд­нена наличием оксидных пленок AI2O3 с температурой плавления около 2300 К — Оксиды алюминия способствуют образованию пор в металле шва и снижают стабильность горения дугового разряда при сварке вольфрамовым электродом на переменном токе. Кратко отметим физико-химические особенности этих процессов при сварке н те мероприятия, которые необходимо осуществить в целях предотвращения их отрицательного влияния на качество сварки.

Оксид АЬОз может гидратироваться, и при попадании в сварочную ванну он будет обогащать ее водородом, что приведет к пористости в сварном соединении, поэтому перед сваркой кром­ки изделия травят в щелочных растворах, механически зачищают металл и обезжиривают.

Обратите внимание

Электродная проволока подвергается травлению и механической зачистке. Наилучшим способом под­готовки электродной или присадочной проволоки является элек­трохимическая полировка (Г. Д. Никифоров). Обработанная проволока должна храниться в герметичной таре.

Для снижения пористости рекомендуется дополнительная осушка аргона.

Основной металл тоже следует контролировать на содержание водорода, так как при сварке он может диффундировать к линии сплавления и образовывать поры.

Добавление к аргону хлора, фтора или летучих фторидов (TiF, i) снижает пористость, но повышает токсичность процесса.

Оксид алюминия оказывает также отрицательное влияние на стабильность горения сварочной дуги при сварке на переменном токе вследствие существенного различия физических условий для эмиссии электронов с вольфрама и алюминия при смене поляр­ности (физические особенности дуги на переменном токе подроб­но рассмотрены в разд. I). Для сварки алюминиевых сплавов на переменном токе используют специальные источники питания, которые позволяют устранить вредное влияние на стабильность горения дуги постоянной составляющей (металлургия сварки подробно рассмотрена в работе [16]).

Сварка магниевых сплавов (МА2; МА8; МА2-1) в основном похожа на сварку алюминиевых сплавов, но оксид MgO, со­ставляющий основную часть поверхностного слоя, менее проч­но связан с металлом и не обладает такими защитными свойства­ми, как А120з.

Основные дефекты при сварке алюминиевых и магниевых сплавов — пористость и наличие оксидных включений в металле шва, так как оксиды А120з и MgO обладают большей плотностью, чем жидкий металл, и не растворяются в нем.

Сварка титана и его сплавов (ВТ1; ВТ5; ВТ 15; ОТ4) чрез­вычайно осложнена исключительной химической активностью титана. Титан реагирует с кислородом, азотом, углеродом, водородом, и наличие этих соединений приводит к резкой потере пластичности металла сварного соединения.

Особенно титан чувствителен к водороду, с которым он образует гидриды TiH2; TiHi,75 разлагающиеся при высокой температуре, а при кристаллизации образуются игольчатые кристаллы, которые нарушают связь между металлическими зернами титана (замедленное разрушение).

Для сварки необходимо контролировать содержание водорода в титане. Для ответственных конструкций массовая доля не должна превышать 0,006…0,004%. Содержание других примесей может быть выше: 02—0,15%, N2—0,05%.

Важно

Для сварки употребляется аргон марки А, прошедший допол­нительную очистку (см. гл. 9). Предпочтительно сварку вести неплавящимся электродом (W), тщательно организуя газовую защиту сварочной зоны.

Для сварки титана надо защищать не только саму ванну, но и весь металл, нагретый до температуры 773 К, т. е. необходимо создавать атмосферу аргона перед дугой и обдувать аргоном кристаллизующийся и остывающий шов.

Кроме того, аргон подают снизу для защиты обратной поверх­ности свариваемого изделия (обратная сторона шва).

Сварку особо ответственных конструкций и изделий выполня­ют в камерах с контролируемой атмосферой. В этом случае изделие помещают в камеру, целиком заполненную аргоном, и весь процесс ведут с помощью манипуляторов.

В редких случаях создают «обитаемые» камеры, в которых оператор работает в скафандре и с кислородной маской. В камерах получаются хоро­шие результаты, так как воздушная атмосфера вытеснена пол­ностью продувкой аргоном.

При сварке меди и ее сплавов получение качественного шва — без пор, с требуемыми физическими свойствами — весьма затруднительно. Это связано с наличием в исходном металле закиси меди и высокой склонности меди к поглощению водорода.

Возможна сварка меди и ее сплавов в защитных газах — аргоне и гелии, а также в азоте, который по отношению к этому металлу является инертным газом.

Сварку ведут неплавящимися элек­тродами — вольфрамовым и угольным (не для всех марок меди) на постоянном токе прямой полярности с подачей присадочной проволоки.

Совет

Аргонно-дуговая сварка меди осуществляется с применением специального флюса, содержащего в качестве раскислителей ферромарганец, ферросилиций, феррофосфор, ферротитан. В тех случаях, когда к наплавленному металлу предъявляются повы­шенные требования, в качестве раскислителей используют ред­коземельные металлы. Флюс наносят на присадочную проволоку или в канавку на подкладке под корень шва.

При сварке меди применяют также смеси аргона с азотом [(20…30%) N2], что повышает тепловую мощность сварочной ду­ги, а также аргона с гелием.

В том случае, когда в качестве защитного газа используют азот, особые требования предъявляются к его чистоте по отно­шению к кислороду. Эта вредная примесь может повысить окисленность металла шва и существенно снизить стойкость вольфрамового электрода.

Медь и ее сплавы можно сваривать в азоте угольным элек­тродом на графитовой или асбестовой подкладке. Оптимальные условия азотно-дуговой сварки меди разработаны во ВНИИ- автогенмаше.

Источник: http://hssco.ru/metallurgicheskie-processy-pri-svarke-v-inertnyx-gazax/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector