7.4. Наплавленный металл

Рис. 7.7. Валик наплавленного металла:

1 – наплавленный металл; 2 – зона влияния

3 – основной металл; 4 – конечный кратер

При перемещении дуги по линии образуется валик. Сечение валика характеризуется глубиной расплавления h высотой валика H, шириной валика В и площадью поперечного сечения.

Отношения и - важные (рис. 7.7) характеристики сечения, которые меняются в пределах 2 - 8.

Рис. 7.8. Диаграмма распределения максимальных температур

Вследствие быстроты охлаждения (рис. 7.8) наплавленный металл бывает засорен неметаллическими включениями и газом. Вследствие значительного перегрева металл теряет легко испаряющиеся и окисляющиеся составные части - марганец, углерод и кремний. Вредные примеси (фосфор и сера) практически не выгорают. Металл окисляется и азотируется атмосферным воздухом. Улучшение состава наплавленного металла достигается введением присадок в состав обмазки электродов.

К наплавленному металлу прилегает переходная зона, лежащая между наплавленным металлом и неизмененным основным металлом. Эта зона называется зоной термического влияния. В зоне находится нерасплавившийся основной металл, сохранивший свой химический состав, но изменивший свою структуру и механические свойства вследствие термической обработки.

Рассмотрим изменения, происходящие в зоне влияния, при сварке низкоуглеродистой стали.

Рис. 7.9. Структура зоны влияния

На рис. 7.9 схематически изображена левая начальная часть диаграммы железо- углерод и изменения структуры металла в зоне термического влияния, вызванные процессом сварки. У границы расплавления металл подвергается сильному перегреву, что вызывает значительный рост зерна. По мере удаления от границы расплавления максимальная температура и степень перегрева уменьшаются, и зерно металла становится менее крупным. Далее идет зона нормализации или измельчения зерна, в которой за время нагрева не успевает произойти срастание зерен аустенита, а при последующем охлаждении происходит выпадение мелких зерен перлита и феррита.

За этой зоной следует зона частичной нормализации с максимальной температурой между точками Ас₃ и Ас₁, в которой успели раствориться лишь включения перлита, распавшиеся при последующем охлаждении на мелкие зерна, зерна же феррита остались почти неизменными, так что структура металла после охлаждения отличается неравномерностью, наличием скоплений мелких зерен наряду с довольно крупными. Далее следует зона, в которой температура не достигла точки Ас₁, поэтому и не происходило образование  - железа, растворения перлита и измельчения зерна, но здесь шел процесс рекристаллизации, т.е. восстановление приблизительно равноосных зерен из деформированных зерен и их осколков, образованных в процессе прокатки металла.

г)

Рис. 7.10. Стыковой шов:

а – непровар; б – прожег;

в - натеки; г – нормальный шов

По мере удаления от границы расплавления явления рекристаллизации слабеют, и происходит постепенный переход в зону, где максимальная температура не превышает 500⁰С и где невозможно установить какие- либо признаки теплового воздействия процесса сварки на металл, кроме возможного отпуска закалочных структур и некоторого снижения предела прочности. Естественно, что вследствие неоднородности структуры металла в зоне влияния механические свойства будут также неоднородны. Для некоторых сталей свойства металла в зоне нормализации могут быть лучше свойств основного металла, т.е. это зона улучшения металла. Для термообрабатываемых сталей характерным является изменение твердости в зоне влияния, соответственно снижение пластичности.

При нарушениях нормального процесса сварки могут возникать различные дефекты валика:

непровар - образуется при отсутствии сплавления расплавленного и основного металлов (рис. 7.10), что возникает при неправильном процессе сварки, недостаточном токе и т.д.;

подрез - углубление, возникающее от неправильного процесса сварки или чрезмерной силы тока;

трещины – возникают при повышенном содержании серы, фосфора и особенно углерода, а также при большом сварочном токе и объеме жидкой ванны;

включения - это окислы, шлаки и газовые пузырьки, не успевшие всплыть на поверхность, что зависит, в основном, от скорости затвердевания жидкой ванны.