Рост зёрен аустенита в зонах с высокой температурой

При прочих равных условиях наиболее опасным местом является начало шва, когда основной металл ещё не аккумулировал достаточного количества тепла, вводимого сварочным процессом. Непосредственно к металлу шва прилегает зона основного металла, нагретая значительно выше верхней критической точки. Даже в условиях кратковременного пребывания металла при высоких температурах нагрева имеет место значительный рост зёрен. При последующем быстром охлаждении малоуглеродистой стали в большинстве случаев протекают фазовые превращения перлитного характера.

Рост зёрен аустенита в зонах с высокой температурой


У этой стали скорости охлаждения все жё недостаточны для подавления диффузионных процессов, связанных с распадом аустенита при сравнительно высоких температурах (550-600°). Рост зёрен аустенита в зонах с высокой температурой нагрева в сочетании со сравнительно большими скоростями охлаждения способствует образованию видманштедтопой структуры, имеющей пониженную деформационную способность. В зоне основного металла, нагретой до температур между нижней и верхней критической точками, под влиянием нагрева имеют место переход перлита в аустенит и частичное растворение в нём феррита.
Подробнее

Объёмные изменения

Если в основном металле имеется явно выраженная сегрегация окислов, сильфидов или низкоплавких эвтектик, то при высоком нагреве зоны, расположенной непосредственно вблизи шва, образуется жидкая межзернистая фаза, которая значительно снижает связь между зёрнами. Возникающие в процессе кристаллизации металла шва усадочные напряжения могут оказаться достаточными, для того чтобы образовать в зоне влияния горячие трещины. Высокая температура нагрева металла и крупнозернистость аустенита являются факторами, задерживающими процесс его распада при охлаждении, что способствует закалке стали.

Объёмные изменения


При значительных толщинах свариваемой углеродистой стали, неправильно выбранных сварочных режимах или низкой окружающей температуре скорость отвода тепла от зоны влияния может оказаться выше критической скорости охлаждения для данной стали и тогда в зоне влияния появится слой мартенсита. Объёмные изменения, связанные с появлением мартенсита, и сравнительно низкая температура (150-200°), при которой происходит её образование, создают условия для возникновения многоосного напряжённого состояния.
Подробнее

Гетерогенность нагрева

Протяжённость зоны термического воздействия в процессе сварки не остаётся постоянной; она увеличивается по мере поднятия общего температурного уровня свариваемого металла. Применение при сварке предварительного нагрева при прочих равных условиях способствует расширению зоны термического влияния. Протяжённость зоны термического влияния зависит также от сварочного режима, скорости сварки, геометрии сварного соединения и термодинамического состояния основного металла до сварки (отожжённое, закалённое и отпущенное, наклёпанное).
Проявление тех или иных изменений в основном металле будет зависеть от характера атомных сил, действующих в отдельных зонах в зависимости от химического состава стали и температуры её нагрева.

Гетерогенность нагрева


Некоторые элементы, входящие в состав стали, могут способствовать расширению границ а-фазы, а другие примеси стали, наоборот, расширяют область у-фазы. Силовое поле атомов будет зависеть от величины радиусов последних и давления, вызываемого вхождением этих атомов в пространственную решётку.
Подробнее

Зона термического влияния

При дуговой электросварке одновременно с металлургическими процессами образования металла шва под влиянием термического воздействия вольтовой дуги в основном металле также протекают значительные изменения фазового и структурного характера. Зона основного металла, непосредственно прилегающая к металлу шва и подвергаемая значительному нагреву при сварке, называется зоной термического влияния. Протяжённость этой зоны обыкновенно ограничивается областью, в которой при металлографическом исследовании сварного соединения могут быть установлены изменения структурных составляющих или структуры.

Зона термического влияния


Специфичность термических процессов, протекающих в зоне термического влияния, заключается в том, что различные точки её нагреваются до разных температур, причём максимальные температуры в каждой отдельной точке достигаются в разные моменты времени. В процессах дуговой электросварки длительность пребывания металла при максимальных температурах нагрева (выдержка) весьма ограничена, что в основном и определяет возможность фактического протекания фазовых или структурных превращений или изменений в соответствии с температурой данной точки нагрева.
Подробнее

Увеличение многопроходности

Аналогичные поверхности раздела имеют место между ориентированными дендритамн в так называемой междендритной зоне. Несмотря на такую неблагоприятную ориентацию зёрен металла шва, механические свойства его не уступают таковым при сварке качественными толстопокрытыми электродами, что объясняется в основном получаемой чистотой металла шва и его физической сплошностью. В многослойных швах получаемая при данном методе сварки большая толщина каждого слоя ограничивает процесс термической регенерации и тем самым даёт возможность только частично рафинировать столбчатую структуру металла шва.

Увеличение многопроходности


В соответствии с улучшением структуры металла шва повышаются и его механические свойства. Однако наиболее характерной особенностью данного метода защиты являются высокая чистота и физическая сплошность кристаллического строения металла шва, обусловливаемые освещенными выше металлургическими особенностями дуговой электросварки погружённой дугой.
Подробнее

Процесс полной перекристаллизации

Термическая обработка при температурах ниже критических может при соответствующей выдержке довести до минимума внутренние напряжения, но не может изменить структуру металла. В процессе полной перекристаллизации с последующим медленным охлаждением создаются условия для полного выделения проэвтектоидного феррита и образования перлитной составляющей нормального пластинчатого строения. Более высокая температура процесса термической обработки способствует также более полному освобождению металла шва от внутренних напряжений.

Процесс полной перекристаллизации


Совместное влияние указанных выше факторов приводит к равновесному состоянию системы и связанным с этим понижением сопротивления металла шва деформации. Соотношение между пределом текучести и пределом прочности характеризует собой природные свойства металла, определяемые характером силовых атомных связей.
Подробнее

Определение ударной вязкости

Путём подбора диаметра электрода, силы сварочного тока и техники наплавки отдельных слоев (продольной и поперечной скорости передвижения электрода) можно достигнуть лучших результатов в отношении однородности структуры и механических свойств металла шва. Получаемая при механических испытаниях распылённость качественных показателей объясняется во многом отмеченной выше неоднородностью структуры металла шва.

Определение ударной вязкости


Особенно большой разброс показателей данных испытаний получается при определении ударной вязкости, зависящей главным образом от месторасположения надреза образца в металле шва. Для полной характеристики сварного соединения в целом приходится испытывать образцы, взятые из различных зон, наиболее полно характеризующих структуру металла шва и непосредственно к нему прилегающей зоны основного металла.
Подробнее

Многократное термическое воздействие при многопроходной сварке

Такая структура создаёт впечатление большей насыщенности металла шва углеродом, чем это фактически имеет место. Хотя при сварке защищенной дугой количество азота в металле шва обыкновенно ограничено (0,010-0,030%), но в отдельных случаях оно может выходить за эти пределы и оказывать влияние на процесс вторичной кристаллизации металла шва. Получаемый при ускоренном охлаждении перлит имеет более тонкую ламмелярную структуру влияющую на механические свойства металла шва. Несмотря на сравнительную мелкозернистость, литая структура металла шва с характерным дендритным строением отличается пониженной деформационной способностью, особенно в условиях динамической и повторно-переменной нагрузки.

Многократное термическое воздействие при многопроходной   сварке


Это особенно выявляется при определении ударной вязкости металла шва. Литая столбчатая структура наблюдается главным образом в однослойных швах. Неизменённые участки такой структуры могут также наблюдаться и в многопроходовых (многослойных) швах.
Подробнее

Дисперсность сульфидных включений в металле шва

Интенсивное окисление кремния при дуговой сварке толстопокрытыми электродами марок Ц-3 и ОММ-5 приводит к тому, что основной частью неметаллических включений является Si02. Форма силикатных включений всегда зависит от характера покрытия. При сварке электродами с покрытием, в котором рутил является основным компонентом, а концентрация окислов железа ограничена, неметаллические включения в металле шва состоят в основном из силикатов типа родонита (МпО Si02). Когда же покрытие базируется на окислах железа, неметаллические включения представляют собой двойные окислы железа и марганца и силикаты типа файелита (2FeO Si02).

Дисперсность сульфидных включений в металле шва


Образуемые при сварке железистые и марганцовистые силикаты связывают значительную часть кремния и марганца, определяемых химическим анализом металла шва, и только незначительная часть этих элементов находится в нём в виде твёрдых растворов с ферритом. Путём регулирования химического состава электродных покрытий и электродной проволоки можно изменять не только общее содержание кремния и марганца в металле шва, но и концентрацию в нём этих элементов в виде твёрдого раствора с ферритом.
Подробнее

Дисперсность включений

Для структурной характеристики металла шва весьма важным является установление физико-химической природы неметаллических включений, зависящей в основном от состава электродного покрытия. Проведённые исследования покрытий типа Ц-3 и ОММ-5 показали, что наблюдаемые в структуре металла шва неметаллические включения имеют причиной:

Дисперсность включений


1) изменение растворимости некоторых соединений в процессе охлаждения и кристаллизации металла шва;
2) окисление примесей металла шва.
Эти процессы являются следствием изменения условий термодинамического равновесия внутри металла и в системе металл - шлак.. Дисперсность включений определяется условиями их выделения из жидкого; раствора, процессами коалесценции или коагуляции и длительностью пребывания сварочной ванны в жидком состоянии. Изучение сернистых включений показало, что как при сварке электродами с покрытием ОММ-5, так и меловым основная часть сульфидов состоит из FeS.
Подробнее