Особенности металлургических процессов при сварке.

Металлургическими процессами называют процессы плавления, формирования химического состава и кристаллизации металла. По сравнению с процессами, происходящими при выплавке стали, металлургические процессы при сварке имеют ряд особенностей:

• Участие двух различных металлов в образовании шва (основного и присадочного), влияние флюса, покрытия электродов. Основным металлом называют металл изделия. Присадочным металлом является металл, заполняющий зазор между свариваемыми деталями, это либо плавящийся электрод, либо проволока при сварке неплавящимся электродом. Таким образом, сварной шов состоит из расплавленного основного металла и металла присадки, а его химический состав, кроме того, зависит от условий защиты сварочной ванны от воздуха.

• Интенсивное влияние окружающих газов (воздух, защитные газы). Воздух и защитные газы могут содержать вредные примеси, которые приводят к появлению дефектов сварных швов.

• Высокая температура.Температура металла в св. ванне - 2300⁰С (для сравнения - в мартеновской печи - 1700⁰С). При такой температуре происходит реакция диссоциации О₂иN₂,

т.е. кислород и азот переходят из молекулярного в атомарное состояние, в котором они интенсивно соединяются с Fe и др. элементами -необходима защита от воздуха.

• Малый объем сварочной ванны и большая скорость охлаждения(10-15 ⁰С/сек). При этих обстоятельствах химические реакции могут не завершиться - не достигается химическое равновесие металла, а вещества, которые должны уйти из сварного шва, могут остаться в нем - могут быть дефекты;

Кроме того, из-за быстрого охлаждения металл шва имеет литую (крупнозернистую) структуру (см. рис. 10), при которой ухудшаются механические свойства металла.

Рисунок 10 – Литая (столбчатая) структура сварного шва.

В результате в составе сварного соединения можно выделить следующие зоны (см. рис. 11):

1. Сварной шов, имеющий особый химический состав и структуру;

2. Зона термического влияния (ЗТВ), где химический состав не меняется, т.к. металл не расплавлялся, но вследствие нагрева выше критической температуры (для стали 720⁰С) происходит изменение структуры, при котором ухудшаются механические свойства металла;

3. Основной металл, где химический состав и структура не изменились.

Рисунок 11 – Структура сварного соединения.

Контрольные вопросы:

1. От чего зависит химический состав сварного шва?

2. Почему при сварке (в отличие от процесса выплавки стали) необходимо защищать расплавленный металл от воздуха?

3. Чем отличается структура сварного шва? Чем вызвана такая особая структура?

4. Назовите зоны сварного соединения, в чем их различие?