Технология сварки различных металлов и сплавов

Ряд сталей, цветных и тугоплавких металлов обладает пониженной свариваемостью, которая проявляется в изменении механических или физико-химических свойств металла в зоне свар­ного соединения по сравнению с основным металлом и в образовании сварочных дефектов в виде трещин, пор и т.п.

Прочность и твердость шва, как правило, ниже, чем у основного металла. Это объясняется тем, что для предотвращения дефектов в сварном шве сварку многих сталей и сплавов выполняют менее ле­гированными сварочными материалами, чем основной металл. Крупнозернистая литая структура обусловливает пониженную пластичность шва. Пониженная пластичность может быть также связана с повышенным содержанием газов.

Зона термического влияния (ЗТВ) представляет собой участок сварного соединения, прилегающий к шву, в котором под действием нагрева происходят структурные изменения: укрупняется зерно, оплавляются границы зерен, в сплавах с полиморфными превраще­ниями возможно образование микроструктуры закалочного типа. В результате этих изменений возможно резкое повышение твердости и снижение пластичности.

Для металлов с пониженной свариваемостью характерно образование горячих или холодных трещин в шве и ЗТВ Причины возникновения трещин: снижение прочности и пластичности как в процессе формирования сварного соединения, так и в послесварочный период вследствие особенностей агрегатного состоя­ния, полиморфных превращений и насыщения газами; развитие сварочных деформаций и напряжений, вызывающих разрушение металла, если они превышают его пластичность и прочность.

Внешние наблюдаемые деформации сварных заготовок (например, укорочение пластины после сварки), соответствующее смещение ее грани не совпадают с внутренними упругопластическими деформациями, а их величины противоположны: чем больше внешние деформации, тем меньше внутренние деформации. Величина и знак собственных сварочных напряжений определяются внутрен­ними деформациями.

Снижение внутренних деформаций и напряжений – один из путей предупреждения трещим. Следует уменьшить геометри­ческую жесткость свариваемых заготовок, исключить их закрепление при сварке, а также применить предварительный подогрев для выравнивания температур по объему заготовки.

Сварочные напряжения снимаются также немедленным после сварки высоким отпу­ском. В то же время методы снижения внутренних деформаций и напряжений (кроме отпуска) приводят к увеличению внешних дефор­маций сварной заготовки. Для устранения последних, наоборот, необходимо увеличение жесткости заготовок (постановка ребер, мембран и т.п.) или закрепление их при сварке. Выбор условий сварки определяется тем, что в данном случае опасней – трещины или коробление заготовки.

Горячие трещины образуются в период кристаллизации свар­ного шва, когда металл находится в двухфазном твердожидком состоянии. В этом состоянии металл имеет очень малые прочность и пластичность. В результате развития внутренних сварочных деформаций растяжения возможно разрушение по не затвердевшим жидким прослойкам между кристаллитами.

Как правило, горячие трещины образуются вдоль оси сварных швов в зоне стыка столбчатых кристаллитов, где завершается кристаллизация шва. Склонность к горячим трещинам повышается при наличии в металле шва вредных примесей, которые обладают по­двышенной способностью к ликвации и образованию легкоплавких соединений. Последнее равносильно увеличению интервала кристал­лизации, т.е. времени пребывания металла в двухфазном состоянии.

Холодные трещины чаще всего возникают в ЗТВ после пол­ного затвердевания сварного шва в период окончания охлаждения или последующего вылеживания свар

ной конструкции в течение нескольких суток. Холодные трещины характерны для сплавов, претерпевающих при сварке закалку, усиленный рост зерна, повышенное насыщение газами, особенно водородом. Эти процессы приводят к понижению прочности и пластичности металла, т.е. к его охрупчиванию. Если сварочные напряжения превышают прочность металла в указанном состоянии то образуются холодные трещины.

Поры в сварных швах образуются в процессе кристаллизации сварного шва в результате выделения газов из пересыщенного га­зами затвердевающего металла. Причины появления пор: насыще­ние жидкого металла сварочной ванны газами вследствие повышенной влажности электродных покрытий, флюсов, защитных газов (водо­родом), нарушения защиты (азотом) и интенсивных окислительных процессов в шве (оксидом углерода); охлаждение сварных швов при кристаллизации с большой скоростью, вследствие чего затрудняется выход пузырьков газа из кристаллизующегося шва в атмосферу.