Тепловые процессы при сварке
Энергия теплового источника (электрической. дуги, газового пламени и т.д.) расходуется на нагрев металла детали, на расплавление электрода или присадочного материала, на плавление защитного флюса (обмазки электрода) и на тепловые потери. Распределение температуры в свариваемом металле зависит от мощности теплоисточника, физических свойств металла (теплоемкость, температура плавления и др.), размеров конструкции, скорости перемещения и т.д.
На рис.2.4. показаны изотермы — овальные кривые, сгущающиеся впереди движущегося при сварке источника тепла (электрической дуги, пламени горелки,…). Изотерма 1600 °С это температура плавления стали, она определяет ориентировочный размер сварочной ванны. Изотерма 1000 °С указывает на зону перегрева металла, 800 °С изотерма показывает зону закалочных явлений, а 500°С- зону отпуска.
Отличия сварочной ванны от металлургической ванны: следующие:
— малый объем и кратковременность существования ванны, поэтому плохо перемешивается металл, возможны поры (не успевают выделиться газы) и шлаковые включения в сварном шве;
— значительная поверхность контакта расплавленного металла с атмосферой., поэтому происходит выгорание» полезных» кремния и магния и образование окислов железа (наличие кислорода в стали приводит к снижению её прочности, пластичности и коррозийной стойкости и сообщает стали красноломкость) и насыщение сварного шва азотом (увеличивается хрупкость).
Сварной шов образуется за счет расплавления металла электрода и частично основного металла (рис. 2. 5.). В зоне сплавления кристаллизуются зерна, принадлежащие как основному, так и присадочному металлу. В зоне термического влияния из-за быстрого нагрева и охлаждения металла происходят структурные изменения металла.
Свойства сварного соединения определяются характером тепловых воздействий на металл в околошовных зонах. Следовательно, может быть прочный, пластичный сварочный шов, но из-за термических воздействий на деталь качество сварки в целом низкое (рис 2.6).
Величина зоны термического влияния составляет при ручной электродуговой сварке для обычного электрода 2…2,5 мм, а для электродов с повышенной толщиной обмазки — 4…10 мм. При газовой сварке зона термического влияния существенно возрастает (до 20…25 мм).
В зоне термического влияния могут быть участки:
— старения (200… 300 °С) ;
— отпуска (250…650 °С) ;
— неполной перекристаллизации (700…870 °С) ;
— нормализации (840…1000 °С) ;
— перегрева (1000…1250 °С) ;
— околошовный участок, примыкающий к линии сплавления (от 1250 °С до 1600°С).
При сварке возможны два предельных случая:
— резкая закалка при быстром охлаждении околошовного участка;
— перегрев при медленном охлаждении и образование крупных зерен аустенита.