Структурата на заваръчния шев
Заваряването чрез стопяване на метали е по-сложен металургичен процес в сравнение с металургичния процес, който се среща при производството на метални отливки.
Характерните особености на заваряването на стомана са следните:
1. Високотемпературно нагряване на метала. При електродъгово заваряване температурата на заваръчната вана достига
2500 0 C, вместо 1700 0 C в пещта;
2. Малък обем разтопен метал в заваръчната вана. При ръчно електродъгово заваряване рядко достига 2 cm 3.
3. Кратката продължителност на процеса. Времето от началото на топенето до втвърдяването на заваръчната вана е няколко секунди ().
Високата температура в зоната на дъгата води до бързо топене на електродния материал, флюса и основния метал. Молекулите на азот, кислород, водород частично се разлагат на атоми и много активно взаимодействат с разтопения метал, в резултат на което свойствата на заваръчния шев се намаляват. Високата температура също води до изгаряне, изпаряване и пръскане на метал и други вещества.
Малкият обем разтопен метал в заваръчната вана и относително студеният основен метал предизвикват интензивно отвеждане на топлината, в резултат на което химичните реакции между разтопения метал и шлаката са напълно завършени и не се създава равновесие.
Бързото втвърдяване и кристализация на заваръчния метал влияе върху структурата и механичните свойства на заваръчния шев.
Помислете за структурата на заваръчен шев от мека стомана след кристализация (фиг. 5.6).
Ориз. 5.7. Схемата на структурата на шева.
A - зона на отложен метал, B - зона на топене,
C – зона на термично въздействие, D – зона на неблагородни метали.
Структурата на завареното съединение се състои от четири зони (фиг. 5.7):
Зона на заваръчния метал (зона A)е електрод или тел за пълнене, смесен в течно състояние с основния метал. Съотношението между основния и електродния метал в заваръчния шев зависи от скоростта на топене на електрода, дълбочината на басейна, обема на отложения метал и редица други фактори.
Зоната на топене (зона B) е слой от неблагороден метал с дебелина 0,1-0,4 mm, с частично разтопени зърна. Прегряването на метала в тази зона води до образуването на игловидна структура, характеризираща се с крехкост и намалена якост и оказва значително влияние върху свойствата на съединението като цяло.
Термично засегнатата зона (зона B) се състои от четири секции, които се различават по структура:
1 - Зона на прегряване - площта на основния метал, нагрята до 1100-1450 0 С и имаща едрозърнеста структура. Прегряването намалява механичните свойства на метала (пластичност и якост). Разрушаването на заваръчната фуга обикновено се случва по този участък, чиято ширина достига 3-4 mm.
2 - Област на нормализиране - зоната на основния метал, нагрят до 900-1000 0 C. Благодарение на финозърнестата структура, механичните свойства на метала в тази област са по-високи в сравнение с основния метал. Ширината на зоната е 1-4 мм.
3 - Зона на непълна рекристализация - зоната на основния метал, нагрята до 725-900 0 С, се състои от малки и големи зърна. Неравномерната структура води до намаляване на механичните свойства.
4- Област на прекристализация - зоната на основния метал, нагрят до 450-725 0 C. При тези температури се възстановява формата на зърната, деформирани в резултат на предишното механично въздействие. Ширината на зоната е 5-7 мм.
Размерът на зоната на термично въздействие зависи от метода и технологията на заваряване и свойствата на заварявания метал, така че, когаторъчно електродъгово заваряване от 2 до 10 мм, с газ 20-25 мм.
Зоната на основния метал (зона G) условно започва от границата с температура 450 0 C. Структурата при температури под 450 0 C не се различава от структурата на основния метал, но стоманата, нагрята до T = 200-400 0 C, има по-лоши механични свойства, което се обяснява с утаяването на оксиди и нитриди по границите на зърната, отслабвайки връзката между зърната. Това явление, което причинява намаляване на пластичността и якостта на удар, като същевременно увеличава якостта на метала, се нарича синя крехкост.
Точки на разрушаване на заварени съединения.
Силата на заваръчния метал, зоната на топлинно въздействие и основния метал е различна. Следователно завареното съединение трябва да се разглежда като нехомогенно тяло.
Разрушаването може да се случи и в трите зони, в зависимост от това коя зона има по-ниска сила.
Понастоящем еднаквата якост на заварените съединения и основния метал се осигурява от електроди с висококачествени покрития и други заваръчни материали.
Силата на заваръчните съединения зависи от якостта на заваръчния метал, ширината на прегрятия метал в зоната на термичната секция, ширината на фугата на заваръчния метал и ширината на прегрятия метал, естеството на прилагане на външното натоварване, работната температура на продукта и други фактори.
Заваряване чрез стопяване
При заваряване чрез стопяване ръбовете на детайлите, които трябва да бъдат заварени, и добавъчният материал се разтопяват, за да запълнят празнината между тях. Подвижността на атомите на материала в течно състояние води до обединяване на части от частите в резултат на образуването на обща заваръчна вана. В резултат на кристализацията на метала на заваръчната вана заедно със стопените ръбове на продукта и появата на заваръчен шев се образува здрава връзка безприложения под налягане.