Основные металлургические процессы при дуговой сварке

ОСНОВНЫЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ
Занятие 6
Составил преподаватель ГБПОУ «Рузаевский политехнический
техникум» И. В. Шевчук
Металлургическими называют
высокотемпературные процессы
взаимодействия компонентов, результатом
которых является получение металла
заданного состава.
Взаимодействующие компоненты при
сварке:
 жидкий металл;
 твердый металл;
 газ;
 жидкий шлак.
Особенности металлургических
процессов при сварке
1. Малый объем сварочной ванны.
2. Большое число реагирующих компонентов.
3. Значительный перегрев металла в сварочной
ванне.
4. Интенсивное движение
сварочной ванне.
жидкого
металла
в
5. Большая скорость и меньшая продолжительность
процесса.
6. Быстрый отвод теплоты из сварочной ванны.
Влияние кратковременности протекания
металлургических процессов при сварке
Отрицательное влияние химические реакции внутри
расплавленного металла не
достигают полного
завершения и не создают
равновесного состояния
вещества.
Металл до кристаллизации
не успевает полностью
очиститься от
неметаллических включений,
оксидов, газов.
Положительное влияние –
весь процесс сопровождают
высокие скорости
охлаждения и
кристаллизации металла,
которые существенным
образом влияют на строение
шва. Это приводит к
мелкозернистой структуре и
уменьшению
неоднородности металла
шва, что повышает его
механические свойства.
Основные металлургические
процессы при сварке
1. Диссоциация газов и соединений.
2. Окисление металла при сварке.
3. Раскисление металла при сварке.
4. Легирование металла шва.
5. Рафинирование металла шва.
6. Кристаллизация.
Диссоциация газов и соединений
При высоких температурах сварки молекулы
простых (О2,N2,Н2) и сложных газов (СО2, Н2О)
распадаются на атомы или менее сложные
молекулы.
О2⇆О+О,
СО2 ⇆СО+О.
- Уменьшается электрическая проводимость дугового
промежутка.
- Снижается стабильность дуги.
- Ухудшается качество сварного шва.
Окисление металла при сварке
Металл сварочной ванны окисляется за
счёт кислорода, содержащегося в зоне сварки.
Кислород снижает качество, ухудшает структуру и
свойства сварных швов. Находясь в зоне дуги,
кислород образует с железом три оксида : FeO,
Fe2O3, Fe3O4.
Кислород поступает в зону сварки из:
 окружающего воздуха;
 влаги флюсов или покрытия электродов;
 примесей защитных газов и газового пламени;
 окалины и ржавчины.
Раскисление металла при сварке
Раскислением называется процесс
восстановления железа из его оксида и перевод
кислорода в форму нерастворимых в жидком
металле шва соединений с их последующим
удалением в шлак.
Раскислителем может являться любой
химический элемент, который обладает бóльшим
сродством к кислороду, чем железо, то есть
более активен к кислороду и способен образовать
с ним устойчивое соединение.
Раскислители: кремний (Si), марганец (Mn),
титан (Ti), алюминий (Al), углерод (С).
Легирование металла шва
Легирование - получение нужных свойств
сварного соединения металла шва за счет
введения элементов, которые обеспечивают эти
свойства.
Легирующие элементы вводятся через
присадочный материал, проволоку, флюс или
покрытие электрода. Для различных марок стали,
применяются строго определённые
легирующие элементы.
Легирующие элементы: Cr, Ni, Mo, Cu, W, V.
Рафинирование металла шва
Процесс удаления избыточного количества вредных
примесей и газов из металла (кислород, азот,
водород, фосфор и серу) называется рафинированием
(очисткой).
Азот способствует образованию газовых пор внутри шва,
увеличивает склонность металла к старению.
Водород способствует хрупкости металла, образованию
в нём газовых пор и микротрещин.
Сера способствует образованию горячих трещин и
увеличивает хрупкость металла.
Фосфор снижает ударную вязкость и пластичность
металла, увеличивает склонность к образованию холодных
трещин, приводит к хрупкости при низких температурах.
Кристаллизация
Кристаллизацией называется процесс образования
кристаллов (зёрен) из расплавленного металла при
его переходе из жидкого состояния в твёрдое.
В процессе образования шва различают :
 Первичную кристаллизацию – представляет собой
непосредственный переход металла из жидкого
состояния в твёрдое с образованием первичных
кристаллитов. Теплота отводится в основной металл,
окружающий сварочную ванну.
 Вторичную кристаллизацию – начинается с распада
первичной структуры в результате структурных
превращений в металле и заканчивается при низких
температурах
образованием
устойчивых,
не
распадающихся структур.
Стадии процесса кристаллизации
1. Образование центров кристаллизации. Сами по себе
кристаллиты не могут образовываться в жидком металле – им
нужна опора, от которой они могли бы начать расти. Поэтому
центрами кристаллизации выступают стенки основного
металла, соприкасающиеся со сварочной ванной, или мелкие
тугоплавкие частички, находящиеся в расплаве.
2. Рост кристаллитов вокруг этих центров. Рост
кристаллитов всегда происходит в сторону, противоположную
отводу тепла, т.е. к центру сварочной ванны.
Кристаллиты могут расти по различным схемам :
 Послойный рост – кристаллиты продолжают структуру
основного металла.
 Ячеистый рост – от общего центра в виде пачки кристаллов и в
одном направлении.
 Дендритный рост («дендрит» по-гречески – дерево) – в начале
вырастает ствол, а от него ветки нескольких порядков.