» » » Термічний цикл зварювання і структура зварного з'єднання

Термічний цикл зварювання і структура зварного з'єднання

Метал в будь-якій зоні зварного з'єднання відчуває іагрев і подальше охолодження. Зміна температури металу під час зварювання називається термічним циклом зварювання. Максимальна температура нагріву в різних зонах з'єднань різна: в шві максимальна температура перевищує, в зоні сплаву - близька, в зоні термічного впливу - менше температури плавлення, поступово зменшуючись у міру віддалення від шва.

Термічний цикл зварювання і структура зварного з'єднання

Мал. 1. Термічний цикл і схема зміни структури і властивостей зварного з'єднання низьковуглецевої сталі при однопрохідної зварюванні:
а - розподіл максимальних температур, б - схема зміни структури, в - зміна твердості, г - термічні цикли в характерних точках з'єднання

При нагріванні в металі відбуваються такі структурні і фазові перетворення: - розчинення фаз в металі у твердому стані, наприклад, карбідів (з'єднань металу з вуглецем) в нагрітому металі; - Поліморфний перетворення, т. Е. Перетворення низькотемпературної модифікації матеріалу в високотемпературну; - Плавлення металу в ділянках, що нагріваються вище температури плавлення.

При охолодженні структурні і фазові перетворення йдуть в зворотному порядку; - Кристалізація; - Поліморфний перетворення т. е., перехід з високотемпературної фази в низькотемпературну; - Випадання з металу різних вторічннх фаз: карбідів, ін-терметаллідов і ін..

Крім названих перетворень в металі в низькотемпературної області при зварюванні відбуваються структурні зміни, що викликають разупрочнение основного металу: рекристалізація, старіння і ін..

Розглянемо термічний цикл і структуру зварного з'єднання при зварюванні низьковуглецевої сталі.

На рис. 1 показано, як розподіляється максимальна температура в зварному з'єднанні, схематична структура різних зон з'єднання, зміна температури (термічні цикли) в цих зонах і властивості металу.

Кожен метал складається з дуже дрібних зерен. Ці зерна можна бачити на зламі. Сукупність усіх зерен металу називається його структурою. У металі розрізняють макро- і мікроструктуру. Макроструктура розглядається неозброєним оком і при невеликих (до 10-15 разів) збільшеннях. Структура металу, яка вивчалася при збільшеннях більш ніж в 60-100 разів, називається мікроструктурою.

На ділянці 1 метал, який знаходився в розплавленому стані, затвердевая, утворює зварний шов, який має литу структуру з стовпчастих кристалів. Груба столбчатая структура металу шва є несприятливою, тому що знижує міцність і пластичність металу. Зона термічного впливу має кілька структурних ділянок, що відрізняються формою і будовою зерна, викликаних різною температурою нагріву в межах 1500-450 ° С.

Ділянка неповного розплавлення - перехідний від наплавленого металу до основного. На цій ділянці відбувається утворення з'єднання і проходить межа сплаву, він являє собою дуже вузьку область (01-04 мм) основного металу, нагрітого до часткового оплавлення зерен. Тут спостерігається значне зростання зерен, скупчення домішок, тому цю ділянку зазвичай є найбільш слабким місцем зварного з'єднання зі зниженою міцністю і пластичністю.

Ділянка перегріву - область основного металу, що нагрівається до температур 1100-1450 ° С, в зв'язку з чим метал відрізняється крупнозернистою структурою і зниженими механічними властивостями (пластичністю і ударною в'язкістю). Ці властивості тим нижче, чим більше зерно і ширше зона перегріву.

Ділянка нормалізації - область металу, на-Я нагрівають до температур від 900 до 1100 ° С. Метал цієї ділянки !! має високі механічні властивості, так як при нагріванні і охолодженні на цій ділянці утворюється дрібнозерниста структура в результаті перекристалізації без перегріву.

Ділянка неповної перекристалізації - зона металу, що нагрівається при зварюванні до температур 725-900 ° С. У зв'язку з неповною перекристалізацією, викликаної недостатнім часом і температурою нагріву, структура цієї ділянки характеризується сумішшю дрібних перекристалізованої зерен і великих зерен, які не встигли перекристалізованої. Метал цієї ділянки має більш низькі механічні властивості ніж метал попереднього ділянки.

Ділянка рекристалізації - область металу, що нагрівається в межах температур 450-725 ° С. Якщо сталь перед зварюванням зазнала холодну деформацію (плющення, ковку штампування), то на цій ділянці розвиваються процеси рекристалізації, що призводять до зростання зерна, огрублення структури, і, як наслідок, до знеміцнення.

Ділянка, що нагрівається в області температур 200-450 ° C є зоною переходу від зони термічного впливу до основного металу. У цій зоні можуть протікати процеси старіння в зв'язку з випаданням карбідів заліза і нітридів, в зв'язку з чим механічні властивості металу цієї зони знижуються.

Еслй метал перед зварюванням був отожжен, то істотних змін на ділянках 6 і 7 не відбувається.

Ширина зони термічного впливу залежить від товщини металу, виду і режимів зварювання. При ручного дугового зварювання вона становить зазвичай 5-6 мм, при зварюванні під флюсом середньої товщини близько 10 мм, при газовому зварюванні до 25 мм.



Схожі публікації по темі: