14.01.2016

Свариваемость — это технологическое свойство материалов образовывать в процессе сварки неразъемное, плотное и равнопрочное соединение.
Склонность металлов к образованию трещин при сварке является одним из основных показателей их свариваемости.
В сварном соединении при сварке плавлением выделяют три основные области: сварной шов с литой структурой, околошовную зону термического влияния, в которой металл нагревается до температур протекания фазовых и структурных превращений, и основной металл, структура которого не испытывает каких-либо изменений.
Для высокой прочности сварного соединения, его надежности, прежде всего, опасны трещины, которые могут образовываться из-за наличия градиента температур и внутренних напряжений.
Сварочные трещины разделяют на два вида — горячие и холодные. Образование горячих трещин определяется характером диаграммы состояния свариваемых сплавов, свойствами кристаллизующихся фаз, а также конструктивно-технологическими условиями сварки.
Горячие трещины возникают в сварном шве при его кристаллизации, когда в литой зоне существуют твердая и жидкая фазы. Каркас из кристаллов твердой фазы с некоторым остаточным количеством жидкой фазы обладает малой прочностью, низкой деформационной способностью и повышенной склонностью к образованию трещин.
Температурный интервал, при котором сплав имеет низкую деформационную способность и повышенную склонность к образованию горячих трещин, называют температурным интервалом хрупкости. Чем он шире, тем дольше металл находится в двухфазном твердо-жидком состоянии и, следовательно, тем большей склонностью к образованию горячих трещин обладает сплав.
Легирование сплавов элементами, расширяющими интервал кристаллизации, повышает чувствительность к горячим трещинам.
Степень изменений в литой зоне зависит от химической активности самого металла, состава и температуры окружающей среды, качества подготовки поверхности металла под сварку, диффузионных процессов в сварочной ванне.
Воздействие конструктивно-технологических условий сварки проявляется в виде напряжений и деформаций, действующих в период кристаллизации.
Увеличение скорости сварки и снижение температуры металла сварочной ванны способствуют переходу от ячеистого типа кристаллизации к дендритному и обеспечивают повышение сопротивляемости образованию горячих трещин.
Холодные трещины, в отличие от горячих, возникают при сварке в области более низких температур в течение некоторого инкубационного периода, что делает их особо опасными. Причины образования холодных трещин заключаются в действии ряда факторов, таких, как: фазовые превращения, связанные с изменением объема кристаллической решетки (в сталях — мартенситное превращение в шве и околошовной зоне); насыщение водородом; скопление неметаллических включений; выделение избыточных фаз по границам зерен при охлаждении после сварки.
В рассматриваемых условиях возможно образование типичных закалочных структур. Связанное с этим снижение пластичности металла может служить причиной появления трещин, способствовать уменьшению прочности изделия.
Наиболее заметные изменения структуры и свойств наблюдаются в металлах, имеющих полиморфные превращения. Последние могут протекать с изменением или без изменения объема. Стали перлитного и мартенситного классов, например, относятся к сплавам, обладающим ярко выраженными свойствами полиморфизма с изменением объема структуры в пределах 3—5 %. Титановые сплавы претерпевают полиморфные превращения, сопровождающиеся незначительным изменением объема (0,15 %); не имеют подобных превращений тугоплавкие металлы и некоторые сплавы цветных металлов.
Развитие микротрещины в макротрещину происходит вследствие воздействия повышенных напряжений, поэтому при определенных условиях микротрещины могут не развиваться и не оказывать влияния на работоспособность сварного соединения.
Применяя различные по составу электродные (присадочные) материалы, можно достаточно эффективно обеспечить равнопрочность литой зоны сварного шва с основным металлом.
Принципиально иные явления наблюдаются в околошовной зоне термического влияния. Состав сплава в этой области не меняется, но структура может изменяться не в лучшую сторону.
В связи с этим свариваемость металла в значительной степени характеризуется реакцией металла в околошовной зоне на термический цикл сварки.
Напряжения в сварной конструкции уменьшают усталостную прочность, особенно если в сварном соединении имеются концентраторы напряжений, роль которых могут выполнять непровары, трещины и т.п.
Напряжения, возникающие при сварке, могут стать причиной ускорения межкристаллитной коррозии и коррозионного растрескивания.
Остаточные напряжения в сварном шве снижают методом пластического деформирования шва, создающего сжимающие напряжения, благодаря чему существенно уменьшаются растягивающие напряжения от сварки. Способами повышения конструктивной прочности сварного соединения являются обработка сварного шва взрывом, воздействие на него ультразвуком, вибрацией и др.
При снижении прочности материала в зоне высокого отпуска необходимо производить упрочняющую термообработку после сварки.
Роль околошовной зоны термического влияния определяется ее протяженностью, которая может быть уменьшена применением концентрированных источников нагрева. Чем выше концентрация теплоты источника нагрева, выше температура и скорость сварки, тем меньше зона термического влияния.
Минимальная площадь нагрева достигается при сварке электронным или лазерным лучами, обеспечивающими высокую концентрацию тепловой энергии.
В значительной степени свариваемость сплавов определяется склонностью к образованию пористости, которая зависит от растворимости газов в твердом или жидком металле при температурах кристаллизации, от скорости кристаллизации металла, коэффициента диффузии газов в твердом и жидком металле.
Газ выделяется из расплавленного металла при снижении его растворимости по мере понижения температуры металла. Кроме того, газовыделение может быть связано с химическими реакциями в расплавленном металле.
При сварке в камерах с инертной атмосферой выделение газовых пузырьков можно подавить, повысив давление газа в камере.