Теория сварочных процессов

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Теория сварочных процессов

Помимо раскисления действием раскислителей существует особый процесс — диффузионное раскисление, на котором мы в дальнейшем остановимся дополнительно
...
Если же учесть,что раскислителями, как правило, служат элементы, образующие нерастворимые в металле оксиды, удаляемые в шлак, то концентрацию [Ра„От] можно считать величиной постоянной
...
Взаимное физическое растворение их приводит к уменьшению содержания в шлаке свободной закиси железа, и поэтому создаются условия для соответствующего перехода из металла в шлак новых порций РеО
...
В то же время с ростом температуры процесса раскисляющая способность углерода повышается и раскисление идет значительно полнее, чем при низких температурах
...
Это объясняется двумя обстоятельствами: »1) возможностью образования пор в металле шва,' особенно на участках, кристаллизующихся в последнюю очередь и сильно насыщенных углеродом
...
Естественно, что здесь наиболее бурно может протекать реакция выгорания углерода;2) возможностью повышения содержания углерода в металле шва, которое не всегда допустимо
...
Поэтому, хотя Ь при температурах, близких к температуре затвердевания металла, высока, скорость диффузии замедляется и общий эффект от раскисления оказывается невысоким
...
Чтобы повысить эффективность процесса раскисления, одновременно вносят несколько раскислителей;2)разбавлять шлаки специальными добавками, которые уменьшают в них содержание оксида раскислителя
...
Первый путь легирования (через металлическую фазу) — более действен, так как при этом потери легирующего элемента незначительны и коэффициент перехода в металл шва оказывается достаточно высоким
...
К моменту окончания кристаллизации металла шва такие межкри-сталлитные прослойки могут быть еще в жидком состоянии (73 — температура затвердевания сернистых эвтектик; 7Э 7С)
...
По данным современных работ газообразный Са активно реагирует одновременно с серой и кислородом расплавленной стали, образуя (свойственные только ему специфические соединения — оксисуль-4иды
...
Даже при весьма низкой концентрации в металле ( 0,0001 %), щальций вследствие своей поверхностной активности оказывает (заметное влияние на процесс рафинирования, особенно при совместном введении Са и присадок редкоземельных элементов — церия и лантана
...
Таммана предлолагает спокойное затвердевание жидкости — без перемешивания жидкого металла внутренними конвективными потоками, при равномерном распределении температур в кристаллизующемся объеме, тогда как в действительности таких условий обычно не бывает
...
Согласно этой теории кристаллизация металлов протекает с остановками вследствие периодического выделения скрытой теплоты кристаллизации, приостанавливающей равномерное течение процесса
...
При его переохлаждении от Тл до Т х в жидкой фазе образуются зародыши твердой фазы, в которой растворенный элемент содержится в количестве, определяемом линией солидуса Тс при температуре Тх, т
...
Вследствие разности концентраций растворенного элемента в твердой иг окружающей ее жидкой фазе равновесие может нарушаться за счет диффузионных процессов, конвекции
...
В поперечном направлении для роста кристаллов нет нужных условий, так как в этом направлении практически нет отвода тепла и градиенты температур незначительны
...
На некоторой стадии роста столбчатых кристаллов последние порции расплава оказываются настолько концентрационно переохлажденными, что в них зарождаются новые кристаллы
...
Установлено, что изменение скорости vK роста кристалла по мере его прорастания от границы сплавления к центру ванны определяется формулойvK = усв cos а см/сек,(VI
...
При кристаллизации 1-го слоя его участок / образуется в результате затвердевания тонкой жидкой прослойки металла, которая непосредственно прилегает к основному металлу и успевает обогатиться ликвирую-Рис
...
Наконец, при замедлении или прекращении роста кристалла на границе раздела твердой и жидкой фаз развивается гетерогенная диффузия, обогащающая пограничный объем жидкости ликвирующими примесями и обедняющая ими участок 3 слоя
...
При этом диффузионная кристаллизация протекает в той части объема металла, которая находится вблизи границы сплавления, а в центральной части преобладает бездиффузионная кристаллизация
...
Расплавленный металл капель и сварочной ванны может сильно насыщаться газами в результате химических реакций, протекающих в самом металле и между газовой и шлаковой фазами
...
Поэтому в период кристаллизации металла ванны в затвердевающей ее части может наблюдаться интенсивное газовыделение, обусловленное значительным снижением растворимости газов
...
В обычных условиях величиной металлостатического и шлакоста-тического давления (соответственно htf\ и h-д2) вследствие малости этих величин (тысячные доли атмосферы) можно пренебречь
...
Образование в высокотемпературной зоне нерастворимого в металле соединения водорода с кислородом — гидроксила ОН, устойчивого при высоких температурах
...
Это объясняется следующими причинами:1)растворение газов в жидком металле ограничено, так как нет непосредственного контакта его с газовой средой;2)металлическая ванна обычно имеет чашеобразную форму и при ее перемещении снизу вверх создаются благоприятные условия для удаления растворенных газов;3)охлаждение металла ванны замедлено
...
Количество и величина шлаковых включений в металле при данном составе шлака и металла зависят от двух важных факторов:1) способности шлаковых частиц к коагуляции, т
...
Образование в высокотемпературной зоне нерастворимого в металле соединения водорода с кислородом — гидроксила ОН, устойчивого при высоких температурах
...
Мелкие включения ( 5 мкм) округлой формы не влияют на предел прочности и пластичности при статических испытаниях, а также на предел усталости металла, но увеличение их сопровождается некоторым снижением ударной вязкости и повышением склонности швов к кристаллизационным трещинам
...
В первую очередь кристаллизуется металл вдоль осей будущих кристаллов, содержащий минимальное количество примесей и близкий по составук исходному (точка £)
...
Если принять скорость диффузионного роста кристалла равной величине порядка 10~3 см/мин, ю при скорости роста столбчатых кристаллов в большей части объема ванны порядка 10—102 см/мин будет действовать, по-видимому, главным образом механизм бездиффузионной кристаллизации, приводящей к уменьшению внутрикристаллитной ликвации
...
Это объясняется большой абсолютной величиной поперечной усадки широких швов, концентрацией деформаций в средней части валика и неблагоприятным расположением дендритов
...
В соответствии с равновесными превращениями при температуре, отвечающей точке Ая, начинается выделение из аустенита ферритной составляющей a-Fe (в результате полиморфного превращения у - а)
...
Можно отметить следующие общие особенности вторичных превращений в наплавленном металле:1)избыточный феррит успевает выделиться из аустенита не весь и поэтому к моменту эвтектоидного превращения последний содержит 0,83% С;2)в результате эвтектоидного превращения образуется несколько большее количество перлита с меньшим содержанием углерода, чем при равновесных превращениях;3)перлит имеет более тонкое строение
...
Если знать максимальные температуры нагрева отдельных точек зоны термического влияния и скорость их охлаждения, то, пользуясь диаграммой железо — углерод, можно определить, какие изменения структуры возможны на участках зоны термического влияния и даже примерно установить линейные размеры этих участков
...
Рядом в том же температурном масштабе построен левый угол диаграммы состояния железо — углерод, где вертикальной прямой /—/ показан состав свариваемого металла
...
Если наметить на данной прямой температурные границы участков зоны термического влияния, имеющих примерно одинаковую структуру, то можно перенести эти границы на кривую распределения максимальных температур и затем снести их вниз, т
...
Каждой температуре, лежащей выше АС1, вплоть до Acs отвечает какое-то количество феррита, растворившегося в аустените, и только в полоске металла, примыкающего к участку нормализации, где будет достигнута температура точки Асз, в аустените растворится весь феррит
...
Тот же феррит, который растворился в аустените, при последующем охлаждении металла будет выделяться из аустенита и образовывать несколько новых зерен феррита
...
С увеличением данной зоны показатели механических свойств сварного соединения вообще снижаются, так как при этом растут линейные размеры участков перегрева, неполной перекристаллизации, рекристаллизации и синеломкости
...
В чем заключаются металлургические функции шлаков? Что такое коэффициент эффективности массообмена и как его определяют?Выведите частные случаи выражения (VI
...
С увеличением данной зоны показатели механических свойств сварного соединения вообще снижаются, так как при этом растут линейные размеры участков перегрева, неполной перекристаллизации, рекристаллизации и синеломкости
...
В чем заключаются металлургические функции шлаков? Что такое коэффициент эффективности массообмена и как его определяют?Выведите частные случаи выражения (VI
...
С увеличением данной зоны показатели механических свойств сварного соединения вообще снижаются, так как при этом растут линейные размеры участков перегрева, неполной перекристаллизации, рекристаллизации и синеломкости
...
В чем заключаются металлургические функции шлаков? Что такое коэффициент эффективности массообмена и как его определяют?Выведите частные случаи выражения (VI
...
Современное состояние сварочной науки и техники в большинстве случаев позволяет обеспечить прочность сварного соединения, более высокую или, по крайней мере, равную прочности основного металла
...
Чаще всего причиной недостаточной эксплуатационной прочности становятся микро- и макроскопические местные разрушения, возникшие в изделии при его технологической обработке
...
Таким образом, изделие может оказаться частично разрушенным уже в процессе изготовления, что несомненно снизит его прочность в последующей эксплуатации
...
Несмотря на то что такое деление весьма условно, его удобно применять при рассмотрении вопросов, связанных с поведением металла при различных видах его технологической обработки
...
Дело осложняется тем, что некоторые участки металла в процессе сварки находятся под воздействием очень высоких температур, резко снижающих прочность металла
...
Однако для большой группы сталей и некоторых других сплавов в области сравнительно низких температур (ниже 750 °С) наблюдаются резкие провалы пластичности при весьма высоких значениях собственных напряжений, что указывает на опасность возникновения и здесь трещин
...
Кристаллизационными, или горячими, принято считать трещины, которые появляются в металле на завершающей стадии процесса кристаллизации,— в интервале температура близких к линии солидус
...
Холодные трещины возникают при более низких температурах, чаще всего в результате структурных превращений в металле1 г•Механизм образования горячих и холодных трещин различен
...
На самом деле температурный коэффициент линейного расширения зависит от температуры и, кроме того, резко изменяется при всех структурных и фазовых превращениях в металле
...
Между тем наибольший интерес представляет замер функции е„ (Т) в самом металле шва, так как именно в нем имеют место максимальные пластические деформации и чаще всего образуются трещины
...
Особенно важно замерить е„ (Т) поперек шва, поскольку в практике сварки часто встречаются продольные горячие трещины, образовавшиеся вследствие поперечных деформаций
...
Однако в поперечном сечении шва температуры распределены весьма неравномерно, и поэтому, чтобы получить достоверные результаты, нужно замерять деформации на очень малых базах
...
В соответствии с таким характером строения деформация металлов протекает также двумя путями: 1) кристаллы деформируются в результате перемещения атомных блоков или групп (сдвиг, двойни-кование), вследствие чего возникает пластическая деформация;2) в зонах нарушения упорядоченного кристаллического строения, на границах зерен, активизируются диффузионные процессы
...
Если же система представляет собой кристаллы, разъединенные жидкими прослойками, деформация происходит в основном за счет перемещения кристаллитов и перераспределения жидких прослоек между ними (рис
...
С увеличением ТИХ/возникновение последних более вероятно, так как при этом растет величина относительной пластической деформации, которую претерпеваетметалл, находящийся в хрупком/состоянии (рис
...
Так, низкая деформационная способность металла в температурном интервале хрупкости аустенитных швов объясняется возникновением микротрещин внутри кристаллитов в результате полигонизации1 и скопления несовершенств
...
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СКЛОННОСТИ МЕТАЛЛА ШВА К ОБРАЗОВАНИЮ ГОРЯЧИХ ТРЕЩИНЧтобы сравнить между собой металлы, сварочные материалы и технологические процессы по степени их влияния на возникновение горячих трещин при сварке, нужно иметь какие-то критерии для оценки технологической прочности металла шва
...
Так, существуют проверки по изменению жесткости свариваемого образца Увеличение жесткости уменьшает формоизменение ен(Т), а следовательно, как видно из выражения (VII
...
Таким образом, меняя скорость (темп) перемещения зажимов в разных опытах (при постоянстве всех прочих условий), можно найти критическую скорость растяжения образца, превышение которой вызывает появление горячих трещин в металле шва
...
Усилие, необходимое для деформации образцов, в этом случае незначительно, так как шов за дугой полностью разделен продольной трещиной, жидкая ванна деформируется свободно, а сопротивление деформации оказывает только слой металла, находящийся в ТИХ
...
Границу между черными и белыми кружками можно условно принять за критическую скорость растяжения Лкр, которая характеризует свойства металла шва, полученного при использовании покрытий определенного со-става
...
С другой стороны, большинство наиболее широко применяемых в производстве электродных покрытий обеспечивают высокое качество металла шва и имеют достаточно стабильные значения Лкр в пределах 12~18мм/мин
...
Влияние марганца и углерода содержания марганца, углерода и на склонность к трещинам, вызываемую кремния в шве иа склонность к серой, образованию трещин, вызываемуюсерои"/// — область устойчивости про-тив трещин
...
Испытания такого рода, проведенные для сварных соединений из пластин СтЗ, показали, что опасность возникновения горячих трещин наиболее велика при заварке вторых швов соединений внахлестку и, особенно, тавровых (рис
...
ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ХОЛОДНЫХ ТРЕЩИНВ § 42 отмечалось, что при сварке сталей, сохраняющих высокую пластичность в процессе охлаждения от ТИХ до нормальных температур, вероятность возникновения трещин мала
...
Поэтому образование в металле хрупкой прослойки с повышенным удельным объемом сопровождается структурными напряжениями, что и способствует возникновению трещин
...
Для каждой стали существует своя критическая скорость шКр охлаждения в этомАГзАустенит•— 1п СЭ СЭ сэ сэ сэ сэ сэ сэ сэ—*- N 1г) О СЭ О ООО СЭг, секттРис
...
Быстрый нагрев и малое время пребывания металла в области температур выше Асз приводят к образованию сравнительно неустойчивого аустенита с мелкими зернами, имеющими неодинаковый состав
...
Но в условиях повышенной скорости охлаждения пе-егретого металла с укрупненным зерном вполне вероятна закалка образованием метастабильной структуры и резким снижениемТті1ттТщп ~ Тпип~55°ластических свойств сварногооединения
...
Если же в результате нагрева образовался мелкозернистый неустойчивый аустенит, то при той же повышенной скорости охлаждения содержание мартенсита в продуктах распада будет незначительным, сохранятся вы сокие пластические свойства сварного соединения и трещины могут не возникнуть
...
Ориентировочно значение такой скорости можно взять из С-диаграммы изотермического распада аустенита для свариваемой стали / с корректировкой 2 на непрерывность охлажденияРасчетные значения допустимой скорости охлаждения ю0 _ "С;сек при 500 °С для сталейРис
...
Растворенный в металле атомарный водород легко диффундирует в области с меньшей его концентрацией — в наружную поверхность шва, затем, покидая шов,— в околошовиую зону и в различные несплошности, имеющиеся в металле (поры, микропустоты и др
...
Если же закалочная структура в околошовной зоне образовалась, водород задерживается здесь, так как в мартенсите диффузионная подвижность его невелика (в несколько раз меньше, чем в феррито-перлит-ной стали)
...
Скапливаясь в микропустотах и переходя в молекулярную форму, водород постепенно развивает в них высокое давление, создающее в окружающих объемах металла большие микронапряжения
...
Полагают также, что охрупчивающее действие водорода связано с адсорбцией его как поверхностно-активного вещества поверхностью металла в микропустотах и в вершинах развивающихся трещин
...
Существует также мнение, что диффузионно-подвижный водород оказывает охрупчивающее действие, проникая в участки металла, которые находятся под действием максимальных трехосных напряжений
...
В этом случае образование холодных трещин в околошовной зоне рассматривается как процесс постепенного зарождения трещин на границах зерен и дальнейшего их развития как по границам, так и по телу зерен
...
Добавляемая к этому неупорядоченность строения границ и их локальные искажения, возникающие вследствие мартенситного превращения и скопления водорода в дефектах граничных участков, приводят к тому, что границы зерен обладают пониженным сопротивлением сдвигу в сравнении с телом зерна, а зерна приобретают склонность к упруго-пластическому скольжению по границам при деформировании с малыми скоростями
...
Вследствие упруго-пластического скольжения зерен по границам, ориентированным в направлении нормальных напряжений а, под действием последних происходит релаксация касательных напряжений т и накопление нормальных напряжений на поперечных границах
...
Мартенситное превращение (как и понижение температур) исключает развитие упруго-пластических деформаций в прилегающих к границам участках металлаРис
...
Высокие микронапряжения, возникающие из-за изменения удельного объема при фазовых превращениях и возрастающие с понижением температуры этих превращений, а также наличие водорода, усиливают чувствительность металла К трещинам
...
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙПовысить технологическую прочность при сварке можно металлургическим путем, изменением формы конструкции или соединения и некоторыми технологическими приемами
...
Объемы и состав жидких прослоек, а также температура их затвердевания зависят в первую очередь от загрязненности вредными примесями материалов, применяемых для сварки
...
Повышение чистоты сварочных материалов, металлургическая обработка сварочной ванны, направленная на связывание, удаление или распределение примесей по объему,— все это позволяет значительно повысить технологическую прочность металла
...
В последнем случае рекомендуется применять более мощные концентрированные источники тепла, высокую скорость и соответствующие напряжение дуги и ток сварки
...
При этом сварку может затруднить недостаточная взаимная растворимость металлов (свинец и медь, свинец и железо, магний и железо), слишком большое различие в температурах плавления и кипения (железо — цинк, вольфрам — свинец), образование в зоне сварки хрупких интер-металлических соединений (алюминий — медь, алюминий — магний, железо — титан) и т
...
Из них наиболее часто применяются такие:1)определение стойкости металла шва к образованию кристаллизационных трещин;2)определение стойкости металла околошовной зоны к образованию холодных трещин;3)в сопоставлении с основным металлом определение стойкости металла шва, околошовной зоны и сварного соединения в целом против перехода в хрупкое состояние;4)проверка служебных характеристик металла шва и сварного соединения (механические свойства, стойкость против коррозии, износостойкость и др
...
Обычно в сварных конструкциях применяют углеродистую сталь, выплавляемую в мартеновских печах и имеющую пониженное содержание вредных газов и примесей (^2, Б и Р)
...
СВАРИВАЕМОСТЬ НИЗКО- И СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙЛегированными называют такие стали, в состав которых входят легирующие элементы, отсутствующие в углеродистой стали, или те же кремний и марганец, но в повышенном по сравнению с углеродистой сталью количестве
...
Как правило, легированные стали характеризуются высокими механическими свойствами, рядом специальных свойств (жаростойкость, коррозионная стойкость и др
...
Низколегированные стали относятся к перлитному классу, среднелегированные — к перлитному или мартен-ситному, высоколегированные стали — к мартенситному и последующим двум классам
...
К н'ижолегированным относят такие стали, которые легированы одним или несколькими элементами при содержании каждого из них 2% и суммарном содержании легирующих элементов Б%
...
Кривые распределения по Применяют эти стали для изго-длине зоны / твердости в сварном соеди- товления конструкций, работа-нении из термоупрочненных сталей
...
Для одновременного повышения жаростойкости стали в ее состав вводят Сг, создающий защитную пленку оксидов на поверхности металла (жаростойкость — устойчивость против окисления при высоких температурах)
...
Отсюда предел ползучести— напряжение, при котором через определенный промежуток времени при заданной температуре деформация ползучести получит заранее установленную величину
...
Однако при этом нужно обязательно получать металл шва, близкий по составу к основному, чтобы предупреждать развитие диффузионных процессов в условиях высоких температур Тем самым достигается и необходимая равнопрочность металла шва с основным металлом
...
Чтобы создать в свариваемом металле условия, при которых околошовная зона охлаждалась бы со скоростью, не превышающей допустимую, применяют предварительный подогрев изделия
...

Сварка химически активных и тугоплавких металлов и сплавов
Сварка разнородных сталей
Пористость сварных швов и меры борьбы с ней
Теория сварочных процессов
Дефекты сварных швов и соединений
Пособие по безопасному проведению сварочных работ
Сварщику цветных металлов: Справ. пособие

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Теория сварочных процессов