38. Тепловые процессы

При конструировании сварных изделий необходимо учитывать, что в процессе сварки возникают сварочные напряжения, в результате которых происходит коробление элементов конструкций, могут возникать горячие и холодные трещины в металле сварного шва и околошовной зоны. По этой причине при выполнении сварочных и наплавочных работ необходимо правильно выбирать оптимальные режимы сварки.

Сварочная дуга является концентрированным источником тепловой энергии, полную тепловую мощность можно посчитать по формуле

Q = U I, дж/с,

где Q - полная тепловая мощность, Дж/с; U - напряжение, В; I - сила сварочного тока, А.

Однако не вся тепловая энергия вводится в плавящийся электрод и свариваемый металл; часть ее теряется в окружающей среде.

Тепловая мощность, которая полезно используется при сварке, называется эффективной тепловой мощностью и рассчитывается по формуле

Q(эф)=ήUI Дж/с

где ή - коэффициент полезного использования тепловой энергии.

ή = 0,75 при ручной дуговой сварке, ή. = 0,85 при автоматической сварке под флюсом.

Тепловая энергия вводимая в единицу длины сварного шва, называется погонной энергией и зависит от двух параметров: эффективной тепловой мощности и скорости сварки. Она подсчитывается по формуле

Qпог = Q(эф)/V(св)

где Qпог " погонная энергия, Дж/м;

QЭф - эффективная тепловая мощность, Дж/с; \/св - скорость сварки, м/с,

Причины возникновения напряжений в сварных конструкциях следующие:

-неравномерность нагрева металла,

-фазовые (структурные) превращения, происходящие в сварном шве и околошовной зоне.

Неравномерный нагрев и изменение объема металла вследствие температурного расширения, фазовых превращений, структурных превращений приводят к возникновению упругих и пластических деформаций. В результате пластических деформаций остаются напряжения, которые называются остаточными напряжениями. Это может привести как к короблению сварной конструкции, так и возникновению сварочных трещин. Мерами по предотвращению возникновения напряжений и, как следствие, деформаций являются следующие мероприятия.

Холодные трещины — локальное межкристаллическое разрушение металла сварных соединений, возникающие под действием собственных сварочных напряжений. Формальными признаками холодных трещин, отличающими их от горячих, являются факт обнаружения трещин при визуальном наблюдении, как правило, после полного охлаждения сварного соединения и блестящий излом без следов высокотемпературного окисления.

Горячие трещины при сварке — хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния, возникающие в твёрдо-жидком состоянии при завершении кристаллизации, а также в твёрдом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзёренной деформации. Они могут возникать при неблагоприятном сочетании некоторых факторов, связанных с понижением деформационной способности металла вследствие наличия в структуре легкоплавких эвтектик, дефектов кристаллического строения, выделения хрупких фаз, включения водорода (водородная болезнь) и т. д.