МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫСВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
В процессе сварки, при местном воздействии источника тепла на основном металле образуется расплавленный участок, называемый сварочной ванной. Различают сварочные ванны двух типов в зависимости от условий формирования:
1) образующиеся при естественном охлаждении и формировании шва;
2) образующиеся при использовании искусственного охлаждения и принудительного формирования шва.
ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ
Формирование шва при естественном охлаждении.
При ручной дуговой сварке шовформируется из расплавленного металла стенками, образованными слоями нерасплавленного основного металла.
При автоматической сварке дуга и ванна закрыты слоем флюса. Расплавленный слой флюса
образует своеобразную полость - пузырь, охватывающую зонусварки. При этом сварной шов также формируется из расплавленного металла стенками, образованными слоями нерасплавленного основного металла
Для сварочной ванны этого типа характерны эллипсовидныеочертания с различной степенью вытянутости вдольпродольной оси. 3D
Расплавленный металл, находящийся в ванне в начальныйпериод ее существования, частично оттеснен дутьем дуги от переднейее стенки к задней, вследствие чего образуется углубление, называемое кратером. По мере удаления источника тепла кратер заполняется жидким металлом.
Сварочная ванна перемещается в направлении сварки.
Основными размерами сварочной ванны можно считать ее длину L, ширину b и глубину проплавления h в основной металл. В табл. 30 приведены некоторые характеристики ванны при ручной и автоматической дуговой электросварке.
Согласно расчетным моделям Н.Н.Рыкалина для боковых и нижних границ оплавления термический цикл одинаков, а поверхность оплавления – полуцилиндр.
Допустимые значения коэффициента формы шва (отношение ширины шва к глубине проплавления) равны 0,8…4,4, оптимальные значения – 2..3.
Для различных участков ванны время пребывания металла в жидком состоянии различно. Наиболее долго в расплавленном виде находятся объемы металла, расположенные на продольной оси ванны, тогда как у ее краев металл кристаллизуется сразу же после расплавления. Но при этом необходимо учитывать, что жидкий металл в центральной зоне ванны подвергается интенсивному перемешиванию.
Распределение температуры по объему сварочной ванны также неравномерно, особенно при дуговой сварке. Калориметрическими замерами установлено, что средняя температура
ванны при автоматической дуговой сварке малоуглеродистой стали составляет ~1800° С.
На рис. 103 показано распределение температуры вдоль оси сварочной ванны.
Передний участок ванны, который находится под непосредственным воздействием дуги (кривая 1), нагрет значительно выше температуры плавления металла, в то время как периферийные участки и задняя часть ее имеют температуру, близкую к точке плавления.
Если считать, что для стальных электродов средняя температура капель, падающих в сварочную ванну, составляет 2200—2300° С, то максимальная температура металла переднего участка ванны, очевидно, будет примерно такой же.
Температура ванны при газовой ацетилено-кислородной сварке (кривая 2) более выровнена и в поверхностных слоях ванны достигает максимального значения — 1600° С.
Формирование шва при принудительном охлаждении.
Сварочная ванна второго типа (рис. 104) образуется при электрошлаковой сварке (б) с принудительным формированием шва (стрелка показывает направление сварки).
Такая ванна заключена между свариваемыми кромками основного металла и охлаждающими стенками медных ползунов 2, формирующих внешние поверхности шва 6. Искусственное водяное охлаждение 3 ванны придает ей чашеобразную симметричную форму и весьма существенно влияет на процессы первичной кристаллизации жидкого металла.
В отличие от ванны первого типа, здесь верхняя часть ванны в процессе ее перемещения все время находится в жидком состоянии, что создает благоприятные условия для наиболее полного удаления из металла шлаковых включений и газов.
Основные размеры такой ванны — ее глубина h и ширина b. В зависимости от примененного режима эти параметры существенноизменяются.
Кроме отмеченных общих черт, ванны второго типа при шлаковом и дуговом процессах имеют и отличительные особенности. Так, в условиях шлакового процесса:
1) ванна имеет значительно больший объем и, следовательно, металл ванны дольше находится в расплавленном состоянии, что создает условия для формирования крупнозернистой структуры;
2) температура металла ванны в различных ее участках почти одинакова и близка к температуре плавления металла;
3) поверхность ванны полностью изолирована от непосредственного контакта с газовой фазой, так как над ванной расположен значительный слой жидкого шлака 5.
Коэффициент формы шва при естественном охлаждении и формировании шва: допустимые и оптимальные значения. Температура металла в каплях и в сварочной ванне.
Металлургические особенности сварочной ванны при искусственном охлаждении и принудительном формировании шва: время пребывания в расплавленном состоянии, удаление газов и шлака, контактирование металла с газовой средой.
………………………………………………………………………………………………………………..