Напряжения, деформации и образование дефектов в сварных швах, страница 4

Кроме взаимодействия металла шва с кислородом и азотом, возможно насыщение расплавленного металла водородом. Водород может вызвать образование пористости в металле шва, склонность сварного соединения к образованию трещин. Основной источник водорода — влага. В зону сварки пары воды могут попасть из атмосферы, из защитного газа или присутствовать на кромках.

В процессе сварки происходит интенсивное испарение металла в сварочной ванне. В результате интенсивного испарения будет происходить значительная потеря легкоиспаряющихся элементов. К таким элементам можно отнести марганец, хром и некоторые другие легирующие элементы. Поэтому состав наплавленного металла только в результате интенсивного испарения будет сильно отличаться от исходного, что обусловливает снижение свойств шва по сравнению с основным материалом. Следовательно, испарение металла при сварке является отрицательным фактором, который необходимо уменьшать.

При сварке покрытыми электродами и под слоем флюса идут процессы взаимодействия расплавленного металла со шлаком. Эти процессы носят окислительно-восстановительный и легирующий характер. Окислительные процессы расплавленного металла могут происходить через шлакообразующие компоненты электродного покрытия.

В покрытия электродов часто вводят в качестве шлакообразующих сво­бодные или связанные окислы железа, поэтому возможно окисление металла шва при контакте с расплавленным шлаком.

Как уже упоминалось, восстановительные и раскислительные процессы металла шва протекают через шлак при наличии в нем раскислителей. Элементы-раскислители переходят из шлака в металл и, связывая кислород, уходят обратно в шлак.

По признаку свариваемости материалы разделяют на хорошо, удов­летворительно и плохо сваривающиеся. Например, хорошей свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали, они образуют качественные соединения любыми способами сварки. Наоборот, чугун обладает при дуговой сварке плохой свариваемостью, так как без подогрева в соединении образуются трещины. При сварке различных материалов, имеющих плохую свариваемость, возникают другие дефекты. Разница между сваркой металлов, обладающих хорошей или плохой свариваемостью, состоит в степени усложнения технологии сварки, необходимой для получения качественного сварного соединения. Усложнение технологического процесса приводит к повышению стоимости изделий и снижению производительности процесса. По мере развития сварочной техники ряд плохо свариваемых металлов непрерывно сокращается. Признаками плохой свариваемости являются:

• Окисляемость металла при сварке, зависящая от его химической активности. Для предотвращения окисления металла применяют качественную защиту сварочной ванны и зоны термического влияния при сварке и охлаждении.

• Образование в зоне сварного шва хрупких соединений двух металлов — интерметаллидов. Эти соединения возникают при взаимодействии разнородных металлов, не обладающих взаимной растворимостью (например, Fe, Ti). Появление интерметаллидов снижает эксплуатационные свойства шва и приводит к растрескиванию. Металлы, обладающие взаимной растворимостью (например, Сu, Ni и др.), не имеют этого дефекта и обладают хорошей свариваемостью. Для преодоления указанных трудностей переходят к сварке давлением или применяют переходные прослойки металла, хорошо свариваемого с каждым металлом пары.

• Неоднородность механических или химических свойств в зоне сварки деталей из однородных сплавов. Этот дефект распространен при сварке большинства конструкционных сплавов. Снижение механических свойств в этой зоне связано с рядом факторов: с литым крупнокристаллическим строением шва; с укрупнением зерна в околошовной зоне; с закалкой металла при сварке; с частичным окислением металла, при котором окислы располагаются по границам зерен. Эти трудности преодолеваются частично или полностью за счет усложнения технологии сварки. Например, измельчения зерна в шве достигают изменением состава электрода. Рост зерна в околошовной зоне подавляют умень­шением количества тепла, вводимого в изделие при сварке, а закалку шва предотвращают подогревом изделия до или после сварки.

• Образование горячих трещин при кристаллизации шва.

• Образование холодных трещин при охлаждении сварного соединения ниже 150 °С или после полного его охлаждения в период вылеживания.