Главная Применение металлопроката и труб Термическое влияние сварки. Сварочные деформации.

Термическое влияние сварки. Сварочные деформации.

60

Во время сварки малоуглеродистой стали металл шва и околошовной зоны нагревается и претерпевает различные изменения; в соответствии с этим различают три зоны соединения. Зона термического влияния сварного шва малоуглеродист. стали. а – зона нагрева, б – неполная диаграмма состояния «железо – углерод». В зоне расплавления металл нагревается выше температуры расплавления (~1535°С). Расплавленный металл изделия и электрода перемешиваются, и после прекращения нагрева начинается первичная кристаллизация металла. Во время кристаллизации остывающий металл сварного соединения подвергается воздействию растягивающих напряжений, вызванных его остыванием. Эти растягивающие напряжения, действуя на горячий металл, еще не получивший достаточной прочности, способны вызвать «горячие» трещины. Качество металла этой зоны улучшают легированием (марганцем, титаном) и правильным выбором скорости охлаждения. Уменьшение скорости охлаждения расплавленного металла способствует его лучшему рафинированию (удалению из расплавленного металла шлаковых и газовых включений, способных в последующем стать концентраторами напряжений). Зоной термического влияния называют прилегающий к шву участок основного металла, нагревавшийся выше температуры (Асз—723 °С) и ниже температуры расплавления (~1535°С) (участки 1, 2, 3, 4 на рис. 3.4). Глубина этой зоны при ручной сварке составляет приблизительно 3—6 мм, а при автоматической —2—4 мм. Структура металла в этой зоне неравномерна. Для малоуглеродистых сталей на участках 1, 2, подвергавшихся нагреву выше 1000—1100°С, расположен перегретый металл с сильно выросшим зерном. Металл здесь имеет пониженные механические свойства по сравнению с основным металлом элемента. На участке 3, подвергавшемся действию температур 900—1100°С, металл претерпел полную перекристаллизацию, имеет мелкое зерно и повышенные по сравнению с основным металлом механические свойства. На участке 4 нагрева 720—900 °С металл испытал лишь частичную перекристаллизацию, и его качество не сильно отличается от качества основного металла. Для низколегированных строительных сталей температурные интервалы смещаются, но структурные преобразования будут аналогичны. Таким образом, в зоне сварного соединения бывает несколько опасных областей, где возможно появление трещин. Весь остальной металл изделия (участки 5 и б на рис. 3.4) сохраняет свои первоначальные свойства, так как температура его нагрева не достигала критической точки Ас3=723 °С. Размер указанных зон и металлургические изменения, происходящие в них, сильно зависят от количества тепла, вводимого в соединение электрической дугой, скорости сварки и скорости охлаждения металла. Проникновение зоны расплавления в свариваемый металл называют глубиной проплавления или проваром шва.. Чем глубже проплавление, тем лучше шов и особенно важно, чтобы необходимая глубина проплавления была в корне угловых швов.

Температурные напряжения и деформации при сварке. Неравномерный разогрев изделия при сварке порождает неравномерную температурную деформацию его. Монолитность материала изделия препятствует свободной температурной деформации отдельных частей его, в результате чего во время сварки образуются напряжения и пластическая деформация части металла соединения, а после охлаждения в изделии остаются сварочные напряжения и деформации. Оставшиеся после сварки напряжения и деформации называются термическими сварочными. Эти напряжения, не связанные с действием внешних сил, являются внутренними, собственными напряжениями первого рода, равновешиваемыми в объеме элемента и вызывающими его деформацию. В соединении могут существовать напряжения структурные,  получающиеся в результате быстрого охлаждения соединения и появления переохлажденных структур, не свойственных данному температурному состоянию изделия.