Структура Сварного Соединения


Структура Сварного Соединения

Сварные соединения, выполненные сваркой плавлением, состоят из трех зон: литого металла сварного шва в той части соединения, где существовала расплавленная ванна жидкого металла; основного металла, подвергшегося тепловому влиянию сварки, называемого зоной термического влияния или околошовной зоной; основного металла, не испытавшего такого влияния. Условную поверхность раздела между металлом сварного шва и околошовной зоны называют границей сплавления.

Структура основного металла определяется технологической обработкой заготовок перед сваркой. Заготовки могут быть в виде листа из деформированного металла в состоянии нагартовки, отпуска или рекристаллизации; из отливок или поковок с литой и деформированной структурой. Теплота, выделяемая при сварке, распространяется вследствие теплопроводности в основной металл. В каждой точке околошовной зоны температура вначале нарастает, достигая максимума, а затем снижается. Чем ближе эта точка расположена к границе сплавления, тем быстрее в ней происходит нагрев металла и тем выше максимальная температура нагрева. Поэтому структура и свойства основного металла в различных участках зоны термического влияния различны. Протяженность зоны термического влияния и характер структурных превращений в ней зависят от состава и теплофизических свойств свариваемого металла, способа и режима сварки, типа сварного соединения, сварочного оборудования и т.п. Основной металл — нагартованный или после отжига на снятие напряжений — претерпевает в этой зоне возврат и рекристаллизацию. Если свариваемый материал является полиморфным, т.е меняет кристаллическую решетку в зависимости от температуры, то в зоне термического влияния сварки происходят фазовые превращения. Степень развития этих превращений в каждом слое зоны зависит от максимальной температуры нагрева слоя, длительности нахождения выше температуры фазового превращения, скорости нагрева и охлаждения.

Под возвратом понимают изменения структуры и свойств, происходящие в деформированном металле перед рекристаллизацией: уменьшение дефектов кристаллического строения, изменение их распределения, снижение остаточных напряжений, возникших при обработке металла давлением. Часто возврат определяют как отжиг перед рекристаллизацией или подготовку рекристаллизации. Температура возврата < 0,4 Тш, рекристаллизации (0,4…0,5)ТПЛ, где ТПЛ — температура плавления в градусах Цельсия.

Различают рекристаллизацию первичную и вторичную. При первичной рекристаллизации зарождаются новые зерна, часто на границах зерен деформированного металла. Новые зерна растут за счет деформированной структуры, пока последняя полностью не исчезнет. Затем наступает стадия, называемая ростом зерна, когда одни зерна поглощаются другими. Эту стадию определяют как вторичную рекристаллизацию.

Жидкий металл сварочной ванны затвердевает в особой форме, какой являются оплавленные кромки основного металла. Удерживая жидкую сварочную ванну, кромки основного металла одновременно служат подложкой для затвердевающего металла. Переход жидкого металла в твердое состояние с кристаллическим строением называют кристаллизацией. Образующиеся при затвердевании кристаллы металла принято называть кристаллитами.

В соответствии с теорией роста кристаллов затвердевание жидкого металла на подложке происходит путем образования новых атомных слоев твердой фазы, сохраняющих кристаллографическую ориентацию подложки. Число кристаллитов сварного шва на линии сплавления равно числу оплавленных зерен подложки.

Однако затвердевание сварочной ванны происходит не только путем развития кристаллитов от подложки в глубь ванны, но также путем образования вблизи от края ванны слоя новых кристаллитов. До момента столкновения зародившиеся кристаллиты не взаимодействуют, поэтому этот слой также характеризуется хаотической ориентацией.

По мере затвердевания сварочной ванны растущие от края ванны кристаллиты сталкиваются и вступают во взаимодействие. Более благоприятно ориентированные кристаллиты, у которых направления преимущественного роста близки или совпадают с направлением теплового потока, разрастаются за счет соседних. Это разрастание происходит путем отклонения границ между кристаллитами в сторону неблагоприятно ориентированных кристаллитов. В результате часть кристаллитов исчезает, а поперечное сечение оставшихся кристаллитов становится больше. Поскольку новые кристаллиты уже не образуются, ничто не препятствует дальнейшему росту кристаллитов в глубь сварочной ванны. В сварном шве возникает зона с кристаллитами, вытянутыми в направлении теплового потока подобно столбчатым кристаллитам слитков.



При копировании или цитировании материалов с сайта vnedorozhniki-ussr.ru активная индексируемая ссылка желательна.