Тепловое действие сварочного пламени на наплавленный и основной металл

Тепловое действие сварочного пламени на наплавленный и основной металл

Подробности

При нагреве изделия пламенем газовой горелки, помимо расплавления металла, происходит изменение структуры металла в зоне теплового воздействия, изменяется форма изделия, возникают так называемые внутренние напряжения.

Если сварной шов разрезать поперек, отшлифовать и обработать специальным реактивом, то на таком образце, называемом макрошлифом, можно заметить невооруженным глазом, что наплавленный            металл шва отличается от основного металла. Это отличие объясняется тем, что свариваемые детали большей частью, изготавливаются из прокатного металла.

При прокатке металла в горячем состоянии его механические свойства улучшаются. Литой металл шва, не подвергающийся подобной обработке, имеет крупнозернистую структуру и худшие по сравнению с прокатным механические свойства.

Основной металл, расположенный рядом с наплавленным металлом, нагревается в процессе сварки до различных температур (но ниже температуры плавления), а затем вновь охлаждается до температуры окружающей среды. Часть основного металла, подвергнутая такому нагреву при сварке, называется зоной термического (теплового) влияния, или около шовной зоной. Зона термического влияния состоит из нескольких участков, имеющих неоднородную структуру металла. Размер этих участков и структуру можно увидеть, рассматривая микрошлиф под микроскопом (микрошлиф — образец, отполированный, а затем протравленный раствором азотной кислоты в спирте). Размер зоны термического влияния зависит от степени нагрева металла в процессе сварки и скорости охлаждения. Скорость охлаждения зависит от толщины свариваемого металла,, а степень нагрева—от способа и режима газовой сварки. Так, например, при сварке стали правым способом ширина зоны термического влияния меньше, чем при сварке левым способом. Режим сварки в основном определяется мощностью применяемой горелки и скоростью перемещения пламени. При нормально установленных мощности пламени и скорости сварки зона термического влияния имеет меньшую ширину, чем при чрезмерно большой мощности и малой скорости сварки.

 

Зона термического влияния подразделяется на участок перегретого металла 2, участок нормализации «3 и участок неполной нормализации 4.

Участок перегретого металла имеет более низкие механические свойства, чем основной, так как здесь получается крупное зерно и часто появляется структура перегрева, придающая стали пониженные пластические свойства.

Участок нормализации имеет мелкозернистую структуру (мельче, чем у основного металла вне зоны термического влияния). Механические качества металла этого участка могут быть выше механических свойств основного металла, не затронутого действием тепла при сварке. Участок неполной нормализации имеет структуру, среднюю между структурой зоны нормализации и структурой основного металла. Механические качества этой зоны удовлетворительные.

Лучшим способом устранения зоны термического влияния является полная термическая обработка детали.

Неравномерное нагревание металла при сварке вызывает соответственно неравномерное его расширение, вследствие чего деталь изменяет свою первоначальную форму и начинает коробиться (деформироваться). Это можно наблюдать при нагревании средины листа пламенем горелки. По мере нагрева металл под пламенем горелки будет стремиться расшириться, но этому препятствуют более холодные части листа, окружающие место нагрева. В результате нагреваемый участок начнет выпучиваться (деформироваться) вверх. Величина расширения металла и связанная с этим величина деформации зависят от температуры нагрева металла и его коэффициента линейного расширения.

Величина деформации будет тем выше, чем выше коэффициент линейного расширения и температура нагрева металла. Так как при сварке детали подвергаются нагреву до высокой температуры, то и деформация имеет значительную величину.

Другой причиной, вызывающей деформацию сварного соединения, является усадка металла шва. Усадкой называется уменьшение объема металла при его остывании. При остывании металла шва после сварки объем уменьшается, что приводит к продольной и поперечной усадке шва. Если взять два листа, положить их параллельно и сваривать в направлении, а стрелкой, то свободные кромки листов будут набегать друг на друга. Получается это в результате продольной усадки металла шва. Поперечная усадка шва приводит к деформации листов.

Если деформированию что-либо препятствует, то в шве и детали появляются так называемые внутренние напряжения. Эти напряжения в зависимости от степени нагрева, размеров и формы детали и количества наплавленного металла могут достичь настолько большой величины, что вызовут появление трещин в шве или в основном металле и даже разрушение сварного соединения.

Напряжения и деформации можно уменьшить, применяя определенный порядок наложения швов или другие мероприятия, описанные ниже.

Обратноступенчатый порядок наложения швов. В этом случае весь шов делят на несколько участков длиной 100—250 мм и сварку ведут участками в порядке, указанном на фиг. 45, а, б и в цифрами. При таком способе обеспечивается более равномерное распределение тепла вдоль шва, чем при непрерывной сварке, а поэтому деформации уменьшаются.

Способ обратных деформаций. Этот способ заключается в придании деталям такой формы или расположения перед сваркой, чтобы после сварки они приняли требуемое взаимное расположение. Для этого, например, листы укладывают перед сваркой не параллельно, а под некоторым углом, при сварке заплаты в средину листа ее делают выпуклой.

Уравновешивание деформаций путем определенного порядка наложения швов. В этом случае сварка ведется так, чтобы накладываемый шов вызывал деформации (коробление), обратные ранее полученным. Примером может служить порядок наплавки валиков на стержень. Попеременное накладывание валиков с противоположных сторон стержня в порядке, указанном цифрами, позволяет избежать заметной деформации. При многослойной сварке применяется порядок наложения швов, снижающий поперечный изгиб листов.

Жесткое закрепление свариваемых деталей. Детали укрепляют так, чтобы они в процессе сварки не могли деформироваться. Деталь освобождается после охлаждения швов. Этот способ хотя и уменьшает деформации, но вызывает появление внутренних напряжений, остающихся после сварки. Поэтому при пользовании им следует применять какие-либо другие способы уменьшения напряжений, например подвергать деталь последующей термообработке.

Охлаждение детали. Применяемое в процессе сварки охлаждение детали уменьшает объем нагреваемого металла, а следовательно, и деформацию изделия. Для охлаждения изделие частично погружают в воду, оставляя не погруженным только место сварки, или кладут под шов и рядом с ним прокладку из меди, хорошо отводящую тепло, или же обкладывают деталь около шва мокрым асбестом.

Предварительный подогрев детали. Если деталь предварительно нагреть, то разница между температурой места сварки и температурой всей детали уменьшается и, следовательно, будут уменьшаться деформации от местного нагрева. Этот способ часто применяется при ремонте с помощью сварки отливок, изготовленных из металла имеющего большой коэффициент линейного расширения (чугун, бронза, алюминий).

Проковка. Проковка в горячем состоянии производится слесарным молотком путем легких ударов так, чтобы на поверхности шва оставались небольшие вмятины. После проковки, благодаря уплотнению, наплавленный металл приближается по свойствам к основному металлу свариваемых деталей. Кроме того, проковка уменьшает оставшиеся в шве напряжения. Подробнее о проковке будет сказано далее при описании техники сварки различных металлов.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   

Газосварщик  

   
© ALLROUNDER