Процессы, происходящие в структуре соединения при сварке

Процесс кристаллизации шва начинается сразу после отвода дуги от свариваемого участка. Застывание металла происходит в направлении, обратном отводу тепла в структуру основной поверхности, начиная от краев сварочной ванны к ее центру. Средняя скорость кристаллизации и скорость сварки равны. По границам шва формируются кристаллиты наплавляемого и основного металла, обеспечивающие монолитность строения слоев и прочность соединения.

Остановка начального процесса кристаллизации происходит достаточно быстро, при остывании шва на 20-30° С, то есть до температуры 1450-1500° С. После его завершения в структуре металла не происходит никаких изменений до его остывания до 850° С, когда металл начинает выходить из аустенитной формы.

Затем происходит процесс вторичной кристаллизации в структуре строения шва и прилегающем к нему основном металле. Он также протекает в коротком температурном диапазоне. Структура сварного шва становится стабильной по достижении им температуры в 720° С.

Кристаллиты сварочного шва имеют столбчатое строение структуры, характерное для процесса литья металла. Этот вид кристаллизации способствует вытеснению газовых и шлаковых фракций.

В головной части ванны на линии АБВ (на фронте плавления) происходит плавление основного металла. Под действием давления дуги, потоков газа, реакции паров металла, конвекции, возникающей из-за неравномерного нагрева, жидкий металл под источником тепла (под сварочной дугой) оттесняется, постоянно перемещаясь в хвостовую часть ванны. В нем образуется углубление-кратер, которым определяется глубина проплавления h. В хвостовой части ванны металл охлаждается и на задней границе ванны (на линии АГВ), которую называют фронтом затвердевания, кристаллизуется. Электродный или присадочный металл, расплавляясь, перемешивается в сварочной ванне с основным металлом и обеспечивает усиление q сварного шва. Между металлом шва и основным металлом свариваемой детали образуется четкая граница 1, которую называют зоной сплавления, или, при малой ее ширине, линией сплавления.

Размеры и параметры сварочной ванны зависят от тепловой мощности источника тепла, скорости сварки и теплофизических свойств свариваемого и электродного материалов

Размеры сварочной ванны зависят от режимов и пространственного положения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия, конструкции сварного соединения, формы и размера разделки свариваемых кромок и т.д. Они обычно находятся в следующих пределах: глубина до 6 мм, ширина 8–15 мм, длина 10–30 мм.

Строение сварного шва

В процессе сварки в зоне расплавленного металла происходит расплавление металла электрода и изделия, они перемешиваются. Затем в него добавляются легирующие добавки из обмазки электрода. Далее при остывании идет кристаллизация расплавленного металла. На границе шва металл изделия претерпевает химические и структурные изменения, которые могут ухудшить его первоначальные свойства. Однако современные способы сварки позволяют, благодаря рациональному выбору типа электрода и его обмазки, режиму сварки, получать прочность сварного соединения не меньшую, чем прочность основного металла.

На рисунке показано строение сварного шва. Сварной шов1 получается в результате расплавления присадочного и частично основного металлов, образования жидкой сварочной ванны и последующего затвердевания, в процессе которого расплавленный металл соединяется с основным 4. В узкой зоне сплавления 2 кристаллизуются зерна, принадлежащие основному и наплавленному металлу. В сварном шве образуется зона термического влияния 3, которая располагается в толще основного металла. В этой зоне под влиянием быстрого нагрева и охлаждения в процессе сварки изменяется лишь структура металла, а его химический состав остается неизменным.

Инструменты

Схема сварного соединения: а — при сварке плавлением, б — при сварке давлением, 1 – сварной шов, 2 – зона сплавления, 3 – зона термического влияния, 4 – основной металл.

По окончании сварки на конце сварного шва образуется кратер. Его всегда необходимо заваривать. Категорически запрещается выводить кратер шва на основной металл

. На рисунке 1 слева схематически показаны кривая распределения температур по поверхности сварного соединения в один из моментов, когда металл шва находится в расплавленном состоянии, и структурные участки зоны термического влияния на низкоуглеродистых и низколегированных сталях при дуговой сварке.

Схема строения зоны термического влияния сварного шва при дуговой сварке.