» » Основы металловедения сварных соединений
18.01.2016

Знание особенностей структуры и свойств сварных соединений важно для металловедческого анализа быстрозакаленных слоев, получаемых при оплавлении поверхности сплавов методами сварки.
Крупногабаритные изделия из сталей и высокопрочных сплавов в машиностроении, во многих отраслях техники, в строительстве газо- и нефтепроводов, как правило, изготавливают с использованием сварки.
В связи с этим применение сварки является эффективным технологическим решением, а свариваемость — одно из главных свойств высокопрочных сталей и сплавов.
Металловедение сварных соединений представляет собой направление, связанное с изучением структуры и свойств сварных соединений, полученных различными методами сварки в неравновесных условиях формирования структурно-фазового состояния.
В металловедении сварных соединений рассматривают вопросы фазовых и структурных изменений, неоднородности сварных соединений, их прочности, что позволяет в большинстве случаен влиять на их качество и свойства путем регулирования параметров сварочного процесса.
Качество сварных соединений определяется комплексом механических и специальных свойств, являющихся, как правило, структурно чувствительными характеристиками.
Структура, возникающая при сварке плавлением, является результатом сложных процессов в жидком состоянии, приводящих к образованию первичной структуры затвердевания.
Действительная структура, известная как вторичная, формируется вследствие фазовых переходов во время процесса сварки, а также при последующем охлаждении до комнатной температуры.
Таким образом, конечная структура сварного соединения является весьма сложной; она может характеризоваться различными физическими и химическими неоднородностями, образованием метастабильных фаз, на которые, и свою очередь, влияют процессы, обусловленные режимом сварки.
Металловедческий анализ сварных соединений в общем случае можно провести на различных уровнях: макроскопическом, характеризующем форму, распределение по размерам и ориентацию зерен (это — макроструктура)', микроскопическом (микросегрсгация, включения, пористость, субструктура и т. п.), атомно-кристаллическом (дефекты ре щетки кристалла).
Специальные методы исследования структуры позволяют выявить различия между первичными и вторичными структурами, природой и особенностями развития структур ка макро- и микроуровних.
Задачей сварочной операции является создание неразъемных прочных и герметичных соединений, подобных по свойствам исходному свариваемому материалу. Для получения в сварном соединении таких же связей на атомно-кристаллическом уровне, как и в свариваемом материале, необходимо сблизить пограничные слои свариваемых деталей на расстояния достаточно сильного межатомного взаимодействия. В твердом теле это расстояние составляет около 4*10в-8 см.
Подобной точности сопряжения поверхностей твердых материалов современные методы обработки обеспечить не могут. Так, полировка и хонингование металла обеспечивают точность обработки поверхностей не выше 10в-5—10в-6 см, т.е. примерно в 400 раз меньше необходимой.
Сблизить поверхности свариваемых деталей на расстояния межатомного (ионного, молекулярного) взаимодействия (4*10в-8 см) можно, применяя достаточное внешнее механическое воздействие (давление) и повышая температуру (нагрев).
Основы металловедения сварных соединений

Для технически чистого железа на рис. 19.2 показаны области режимов сварки в зависимости от давления и температуры (параметров сварки). Выше кривой ABCD находится область, в которой при соответствующих соотношениях давления и температуры осуществляется сварка, а ниже кривой — область, где сварка либо неосуществима, либо она низкого качества.
При температурах ниже температуры плавления железа (область левее точки D) для сварки требуется при нагреве приложить давление, а при более высоких температурах (область правее точки D) давление для выполнения сварки не требуется (сварка плавлением). Для других материалов также существуют определенные области таких режимов.
В связи с этим способы сварки классифицируют на сварку плавлением и давлением.
Основной вид сварки — сварка плавлением, при которой формируется сварной шов из жидкого металла и нагревается окружающий металл.
Структура сварных соединений, полученных сваркой плавлением, состоит из трех основных зон, различающихся химическим составом, макро- и микроструктурой: сварного шва (литой зоны), зоны термического влияния и основного металла (рис. 19.3).
Основы металловедения сварных соединений

При сварке плавлением реализуются неравновесные условия кристаллизации, которые резко отличаются от условий кристаллизации обычных слитков, что обусловлено характером тепловых нолей, малыми объемами зоны расплавления, более высокими скоростями охлаждения, а в ряде случаев и дополнительным механическим воздействием.
Авторадиограмма сварного шва молибденового сплава BM1 (Mo — 0,2 Zr — 0,1 Ti — 0,01 С, % мас.) характеризуется однородным распределением углерода (коэффициент распределения для которого k0<<1) в результате быстрой закалки литой зоны сварного шва (рис. 19.4. а). Аналогичное равномерное распределение углерода наблюдается в тонкой быстрозакаленной фольге сплава BM1, полученной сплэттингом расплава (рис. 19.4, б).
В то же время в слитках молибденовых сплавов с добавками углерода имеет место значительнее ликвации углерода (рис. 19.4, в).
Основы металловедения сварных соединений