Вплив термодеформаційних процесів на властивості зони зварювання

Метал в процесі зварювання піддається термодеформаційному впливу, який впливає на структуру і властивості металу ядра и околошовної зони.

При великих швидкостях охолодження, характерних для контактного зварювання, збільшується вірогідність переохолодження рідкого металу. Наприклад в магнієвих сплавах (МА2-1) направлена кристалізація на базі напівоплавлених зерен основного металу повністю подавлена, і у ядрі утворюються рівновісьні зерна. При зварюванні сталей і титанових сплавів структура ядра представляється в вигляді великих дендритів першого порядку, осі яких співпадають з ось Z – напрямком найбільшого тепло відводу.

Для алюмінієвих сплавів характерна присутність двох зон: дендритна на периферії ядра і в центрі його подовжена область рівновісьних зерен. При великих швидкостях охолодження посилюються процеси ліквації Склад легуючих елементів збільшується від основи до вершини дендритів (всередині дендритна ліквація). Деякі кристали оточені сіткою інтерметалідів і евтектик (міждендритна ліквація). При точковому і шовному зварюванні проявляється і зональна ліквація, наприклад зона рівновісьних кристалів при зварюванні Д16Т збагачуеться міддю. Такі процеси можуть сприяти утворенню гарячих тріщин.

В околошовній зоні спостерігаються зміни початкової структури і властивостей металу внаслідок загартування, оплавки легкоплавких евтектик по границям зерен, відпуску, рекристалізації и т.п. Таким чином в результаті нерівномірного нагріву в околошовній зоні спостерігається широка гамма структур при відносно малій ширині зони термічного впливу.

Пластична деформація

Пластична деформація є одним із основних процесів, які визначають (зумовлюють) формування з’єднань при контактному зварюванні. Її протікання зумовлюється двома факторами

Зовнішнім – зусилля з боку електродів

Внутрішнім – напруги, які виникають при тепловому розширенні металу зони зварювання.

Процеси пластичної деформації та нагрівання взаємопов’язані. Наприклад, при випадковому зростанні струму і зростанні температури зменшується опір пластичної деформації. Це сприяє збільшенню контакту, зменшенню густини струму та інтенсивності нагрівання. Тобто більш менш стабілізується температурне поле і розміри ядра.

Взагалі пластична деформація впливає на формування електричних контактів, утворення пластичного пояска та ущільнення металу на стадії охолодження.

Шунтування струму

Шунтування струму проявляється в протіканні частини струму не у зоні зварювання, наприклад, через раніше зварені точки(рис 1) При двосторонньому точковому зварюванні або через оду з деталей при односторонньому зварюванні. Шунтування в значній мірі порушує симетрію і може, при малій відстані між точками (tш) привести до зменшення густини струму и розмірів литого ядра.

Значення струму шунтування та інших струмів можна оцінити по формулі

Іш = Ізв rєє / rш ; І2 = Ізв + Іш, Ізв = І2 – Іш

де rєє і rш - електричний опір зони зварювання і шунта;

rш = Кє2ρ tш /(sbпр)

де bпр приведена з урахуванням розтіканням струму ширина шунта, рівна (dк + dп), Кє = 0,4.

tш відстань між точками.

Рис. 5.2 Шунтування струму при двосторонньому точковому зварюванні:

а) схема шунтування; б) розподіл струмів в перерізах ІІ – ІІ при наявності шунтування (крива 1) і без нього