Охлаждать ли детали и сварочный шов после сварки?

На протяжении всей своей деятельности в области обучения электросварке я получаю вопросы от своих читателей по поводу принудительного охлаждения деталей после сварки водой. Кроме того, я замечаю, что среди мастеров-любителей очень распространена эта привычка. Но правильно ли охлаждать сварочный шов водой? И как же нужно делать на самом деле? В этой статье раскрою эту темы подробно. Вообще, это тема большая и сложная, но я объясню всё буквально «на пальцах».

Как правильно охлаждать металл

Металлы обладают таким свойством, что их структура изменяется не только от температуры, но и от скорости остывания и нагревания.  А одними из самых важных характеристик металла (а значит и сварного шва, и околошовной зоны, и сварного соединения в целом) являются пластичность и твёрдость. Собственно, это противоположные стороны одной характеристики — пластичный металл не обладает твёрдостью, а твёрдый, наоборот, не обладает пластичностью, и при дальнейшем повышении твёрдости становится хрупким.

В металлургии существуют различные термические циклы, обеспечивающие необходимые свойства металла. Нам же в них разбираться не нужно, но крайне важно усвоить, что, в сухом остатке, начальная температура металла, скорость и площадь его нагрева и скорость остывания существенно влияют на свойства металла, а значит и на характеристики сварного соединения.

(Я написал «скорость» нагрева и остывания, но на самом деле, правильнее было бы сказать «режим». Потому что во многих ситуациях применяется не равномерное нагревание и остывание, а целая технология. Например, нагрев до определённой температуры, выдержка на ней в течении какого-то времени, дальнейший нагрев в течение какого-то времени и т.д., и лишь после нескольких таких шагов — сварка. С остыванием может быть примерно такая же технология.)

Охлаждение сварочного шва

Возвращаясь к практической электросварке в бытовых условиях, важно знать, что принудительное охлаждение металла лишает его пластичности и делает более хрупким. Это приводит к тому, что в сварном соединении могут образоваться закалочные трещины. А даже если они не образуются вскоре после сварки, то такое сварное соединение будет выдерживать меньшую нагрузку, чем если бы оно остывало естественным способом. Трудно пересказывать сопромат бытовым языком, но общий смысл в том, что соединение, остывшее естественным способом, обладает большей пластичностью. Таким образом, при увеличении нагрузки, у такого соединения позже наступает точка необратимого разрушения. Соответственно, у соединения, охлажденного принудительно, точка необратимого разрушения наступает раньше.

Как я уже сказал выше, это сложная тема, которая уходит глубоко в вопросы металлургии и сопромата. Но основной вывод из всей статьи, что никогда и ни при каких обстоятельствах не следует охлаждать сварные швы в бытовых конструкциях принудительно!

А теперь, напишите, пожалуйста, в комментариях, понятна ли и полезна ли вам эта статья, и какой у вас опыт в этой области. Даже если я не отвечаю на каждый комментарий,  все их читаю, и для меня действительно важно, чтобы мои статьи были для вас полезны. Пожалуйста, оставьте свой комментарий.

Понравилась статья? Тогда нажмите социальные кнопки:

 

Ещё по теме:

Ошибки при выполнении сварочных швов

Распространённая ошибка начинающих сварщиков

Ошибка в применении соотношения «диаметр электрода/сварочный ток»

 

Видеокурсы:

Как варить электросваркой

Как установить сварочный ток правильно

Как выбрать маску «хамелеон»

Как настроить маску «хамелеон» правильно

Как выбрать сварочный инвертор

Охлаждение после сварки — Энциклопедия по машиностроению XXL

Сталь низкоуглеродистая нелегированная, зона термического влияния широкая (малая энергия сварки), охлаждение после сварки медленное. В этом случае в зоне II восстановится исходная перлито-ферритная структура с некоторым ростом зерна, что несколько снизит пластичность металла (рис. 305,6).  

[c.399]

Сталь легированная (аустенит склонен к переохлаждению), зона термического влияния узкая, скорость охлаждения после сварки большая. Наблюдается рост зерна аустенита и укрупнение структуры. В этой зоне прочность металла повышается. но пластичность резко падает, часто до нуля (рис. 305,е).  [c.399]

К недостаткам электрошлаковой сварки следует отнести образование крупного зерна в шве и околошовной зоне вследствие замедленного нагрева и охлаждения. После сварки необходима термическая обработка (отжиг или нормализация) для измельчения зерна в металле сварного соединения.  [c.202]

По результатам определения твердости судят о структурных изменениях и степени подкалки металла при охлаждении после сварки.  [c.153]

Напряжения, возникающие в металле вследствие неравномерного нагрева и охлаждения, усадки способность высокоуглеродистых и легированных со стойкими карбидообразующими эле ментами (Сг, Мо, V, W — содержащих) сталей подвергаться закалке при охлаждении после сварки повышенное содержание вредных примесей (серы, фосфора) в металле попадание влаги на сварной шов при сварке  [c.131]

Охлаждение после сварки Охлаждение чугунных деталей после сварки имеет особое значение при горячей сварке, по окончании которой детали должны медленно охлаждаться до нормальной температуры помещения. Крупные детали охлаждаются вместе с печью или горном, в которых производилась сварка, мелкие — обычно помещаются в сухой песок или золу.  [c.425]

Для избежания трещин при сварке деталей сложной формы применяют общий подогрев до 450—550° С и медленное охлаждение после сварки в печи или под тепловой изоляцией. Детали простой формы сваривают без общего подогрева.  

[c.202]

Трещины возникают из-за неравномерного нагрева и охлаждения при сварке, литейной усадки металла шва, жесткости свариваемых изделий. Для устранения трещин, хрупких и твердых структур необходимо обеспечить такие химический состав металла шва и условия его охлаждения, при которых углерод наиболее полно перейдет в форму графита в шве. Необходим предварительный и сопутствующий подогрев изделия из чугуна и обеспечение медленного его охлаждения после сварки.  [c.128]

Образец пробы с кольцевой канавкой имеет размеры 50 х 50 х 12 мм. Сварку проводят по кольцевой канавке диаметром 25 мм и глубиной 5 мм. Условия охлаждения после сварки регулируют, обдувая образец воздухом или дополнительно нагревая в индукционной печи. Холодные трещины выявляют металлографически или методом, основанным на применении магнитного порошка после шлифовки поверхности образца на глубину 2,5 мм. Критерием оценки стойкости к образованию холодных трещин служит отношение их общей длины к длине всей наплавки.  

[c.51]

После формовки необходима просушка формы при постепенном подъеме температуры от 60 до 120 С, затем проводят дальнейший нагрев под сварку со скоростью 120. .. 150° в час в печах, горнах или временных нагревательных устройствах. Замедленное охлаждение после сварки достигается при укрывании изделий теплоизолирующим слоем (листами асбеста и засыпкой песком, шлаком и др.) или при охлаждении вместе с печами, горнами.  [c.414]

Замедленное охлаждение после сварки и термической обработки низколегированных жаропрочных сталей необходимо для получения равновесных структур, обладающих высокой жаро прочностью. При медленном охлаждении в асбесте или с печью напряжения от разности температур по сечению стыка практически устраняются. Нежелательно накладывать а остаточные сварочные напряжения и напряжения от превращения структуры в стали еще температурные напряжения.  

[c.268]

Охлаждение после сварки до 20 53,6 73,9 15,25 50,0 5,1  [c.201]

Охлаждение после сварки до 100—150 С выдержка 1 ч, отпуск при 750 С — 9 ч 20 57,4 77,5 17,2 53,9 8,1  [c.201]

Наиболее эффективно предотвращают появление отбеленных и закаленных участков металла, трещин, а также пористости чугуна его подогрев и замедленное охлаждение после сварки. Уменьшение температурного градиента, термических напряжений и скорости охлаждения металла в этом случае приводит к значительному улучшению структуры металла, более полному распаду цементитных выделений.  [c.368]

I Снижение скорости охлаждения нагретого металла за счет применения предварительного подогрева (местного и общего) Использование низкотемпературных процессов пайкосварки, пайки и т. п. (см. ниже), происходящих без расплавления основного металла Подогрев деталей до сварки для снятия внутренних напряжений и равномерное и замедленное охлаждение после сварки  

[c.95]

Для получения требуемой структуры и свойств чугуна в сварном шве без термообработки газовую сварку проводят с предварительным нагревом отливок до 700-750 °С и охлаждением после сварки со скоростью не более 1,5 К/мин.  [c.155]

Недостаточно высокая свариваемость чугунов связана с охрупчиванием сварного шва и зоны термического влияния в связи с отбеливанием при охлаждении после сварки, образованием горячих и холодных трещин, пористостью, обусловленной интенсивным газовыделением при сварке, и повышенной жидкотекучестью  [c.252]

В соответствии со структурным состоянием в ЗТВ сварки твердость и прочность стали возрастают, а пластичность падает. Степень изменения свойств связана для данной стали со скоростью охлаждения после сварки, определяющей структурное состояние (табл. 5).  [c.411]

Для избежания трещин чаще дают общий подогрев детали на 450— 00° и медленное охлаждение после сварки в печи или под тепловой изоляцией. Сварка чугуна производится всегда в нижнем положении, без перерывов в работе.  

[c.540]

Вызываемая сваркой тенденция к водородному хрупкому разрушению может быть снижена уменьшением скорости охлаждения после сварки [132]. Увеличение стойкости к водородному растрескиванию достигалось также предварительным нагревом стальных листов перед сваркой до температуры 100—150°С.  [c.37]

В связи с этим технологический процесс сварки алюминиевых деталей отличается известной сложностью. Он предусматривает тщательную механическую и, желательно, химическую очистку металла в районе сварочного шва, предварительный подогрев детали до температуры 150—250° С и последующее медленное ее охлаждение после сварки. Сварку можно осуществлять как газовым пламенем, так и электродуговым способом на постоянном токе при обратной полярности. В первом случае необходимо применение специальных флюсов, во втором — обмазок.  

[c.108]

Внутренние напряжения и деформации могут быть значительно снижены путем нагрева деталей перед сваркой и медленного охлаждения после сварки.  [c.140]

Если внутренние напряжения превышают предел текучести материала детали, то возникают деформации. Внутренние напряжения и деформации могут быть значительно снижены путем нагрева деталей перед сваркой и медленного охлаждения после сварки.  [c.100]

Вследствие хрупкости чугуна в чугунных деталях по причинам неравномерного расширения от нагрева и усадки от охлаждения МОГУТ появиться трещины. Наилучшей мерой борьбы с возникновением трещин является подогрев свариваемой детали -п ред сваркой до температуры 750° и медленное, равномерное охлаждение после сварки. Подопрев производится в специальных печах, горнах, жаровнях, а также при помощи нескольких сварочных горелок и может быть полным или частичным в зависимости от размеров и формы детали. После сварки для улучшения качества сварного шва применяют закалку шва при температуре 500—560° с быстрым охлаждением в воде. В настоящее время широко распространен способ сварки чугунных деталей сплавами меди. Этот способ не требует предварительного подогрева изделия.  [c.341]

ИЛИ временных нагревательных устройствах. Замедленное охлаждение после сварки достигается при укрь(ванпи изделий теплоизолирующим слоем (листами асбеста и засыпкой леском, шлаком или др.) или при охлал депии вместе с печами, горпами.  [c.328]

Для борьбы с образованием трещин могут быть рекомендованы мероприятия как конструктивного характера (максимальное сокращение нахлёсточных и тавровых соединений за счёт преимущественного применения стыковых, правильное расположение швов и т. п.), так и технологического. К числу последних относятся а) тщательная подготовка металла к сварке б) подогрев металла перед сваркой (температура подогрева зависит от химического состава стали и для большинства марок углеродистых и низколегированных сталей колеблется в пределах 150—260° С) в) применение качественных электродов и кондиционных компонентов обмазок г) правильный подбор диаметра электрода, силы тока, скорости сварки, слойпости и калибра шва д) теплоизоляция металла (изоляция асбестом особенно тонких листов 8 зоны термического влияния и улучшает пластические свойства.  [c.428]

В результате быстрого охлаждения а + р-сплавов из -области происходит бездиффузионное мар-тенситное превраш,ение р —> а (а»). Образование мартенситной структуры сопровождается значительным повышением прочностных и снижением пластических характеристик. По мере увеличения концентрации Р-стабилизаторов степень повышения прочности и снижения пластичности возрастает (табл. 22). Сплавы, содержаш,ие Р-стабилизируюш,ие элементы в количестве, близком к критической концентрации, после закалки из р-области могут разрушаться хрупко. Поскольку механические свойства образцов, нагретых до Р-об-ласти и охлажденных с различной скоростью, могут приближенно характеризовать изменение свойств околошовной зоны термического влияния при сварке, из изложенного следует, что у большинства двухфазных сплавов титана можно ожидать существенного понижения пластичности как при охлаждении после сварки с большими скоростями — вследствие образования мартенситных структур, так н при замедленном охлаждении— вследствие развития процессов Р-хруп-кости . В силу этого большинство а р-сплавов титана являются или несвариваемыми, или обладают ограниченной свариваемостью. Изменение свойств околошовной зоны и зоны термического влияния (ЗТВ) при сварке двухфазных сплавов различных составов было подробно исследовано в работе М. X. Шоршорова [104]. Автором было показано, что почти для  [c.69]

Газопламенной сварке подвергают детали из серого чугуна. В нем углерод находится в форме пластинчатого графита и только часть его — в виде цементита РезС. Это делает его менее хрупким. Газопламенную сварку чугуна в основном применяют для ремонта литых изделий. Одна из главных трудностей сварки чугуна — возможность его отбеливания и появления структур закалки из-за быстрого охлаждения после сварки. В местах закалки и отбеливания металл имеет высокую твердость и плохо обрабатывается. Чугун малопластичен, при сварке склонен к трещинам, быстро кристаллизуется, поэтому газы не успевают выходить из ванны — образуются поры. Перед сваркой чугунные изделия подогревают до температуры 300…400 °С (горячая сварка) в печи или газовой горелкой. Можно сваривать и без подогрева (холодная сварка), но тогда отбеливания не избежать. В качестве присадочного материала применяют чугунные прутки длиной  [c.78]

Холодные трещины при сварке в отличие от горячих возникают при более низкой или даже комнатной температуре. Процесс их образования имеет, как правило, замедленьшш характер, хотя подобные трещины могут возникнуть практически сразу же после сварки. Наличие своеобразного инкубационного периода при возникновении холодных трещин делает их особо опасными. Эти трещины могут образовываться и развиваться уже после различных контрольных операций, например рентгеновского просвечивания. Причины образования такого рода трещин заключаются в действии ряда факторов фазовых превращений, связанных с изменением объема кристаллической решетки (в сталях — мартенситное превращение остаточного аустенита в шве и околошовной зоне) насыщения водородом скопления неметаллических включений в элементах полосчатой микроструктуры стали выделения карбонитрид-ных фаз по границам зерен при охлаждении после сварки и т. п.  [c.505]

Развитие второй группы процессов, приводящих к упрочнению тела зерна околошовной зоны, имеет место главным образом па ветви охлаждения при сварке в интервале температур, когда пластическая деформация реализуется уже за счет скольжения в пределах зерна и интенсивного его наклепа. Резкому повышению прочности тела зерна способствует выпадение в процессе охлаждения после сварки, термической обработки и высокотемпературной эксплуатации дисперсных карбидов и нитридов Т1, N6, V и других энергичных карбидообразующих элементов, блокирующих плоскости скольжения. Оно проявляется в заметном повышении твердости металла. В связи с резким упрочнением тела зерна увеличивается доля квазивязкого течения по границам зерен во время протекания процесса ползучести в околошовной зоне, что способствует развитию локальных разрушений.  [c.78]

П.р и сварке деталей из закаливаюш ейся стали (ом. табл. 9, схема в) ловто рный подогревающий импульс тока пониженной величины дается для отпуска или нормализации (металла, получившею закалку при Охлаждении после сварки. Режимы этой последующей термической обработки характеризуются временем паузы tu длительностью и я величиной тока 1п подогревающего импульса. Ориентировочные режимы точечной сварки конструкционной отали марок ЗОХГСА, 40ХНМА и 45 с последующей термической обработкой в электродах приведены в табл. 53.  [c.69]

Для предупреждения образования трещин в швах при резком охлаждении после сварки стыки изолируют асбестом, термоматами или засыпают теплым сухим, песком и выдерживают до полного остывания. Для снятия внутренних напряжений и улучшения структуры шва после сварки стыки трубопроводов подвергают термической обработке. В монтажных условиях для этих целей применяют гибкие нагревательные элементы, либо. ис-  [c.124]

---

Остывание металла при сварке

ВНУТРЕННИЕ УСИЛИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СВАРКЕ

В процессе сварки температура каждой точки околошовной зоны быстро возрастает, достигает максимума и затем посте­пенно снижается. Весь этот процесс изменения теплового состоя­ния точки называется термическим циклом. Чем ближе находит­ся точка к оси шва, тем быстрее она нагревается и тем выше ее максимальная температура. На линии сплавления максималь­ная температура каждой точки равна температуре плавления металла.

Практический интерес представляет регулирование скорости остывания околошовной зоны в целях получения благоприятных структур и избежания нежелательных закалочных явлений и трещин. Наибольшую скорость остывания будут иметь точки на линии сплавления, где температура сварочного нагрева наибо­лее высокая. Линию сплавления приближенно можно принять за ось шва. По мере удаления от оси шва скорость остывания точек околошовной зоны постепенно понижается. Вследствие этого о пригодности намечаемого режима сварки для заданной марки стали можем судить по величине скорости остывания то­чек, лежащих на оси шва, так как в этих точках скорость осты­вания наибольшая.

При сварке тонких пластин стыковым швом скорость осты­вания точек на оси шва определяется по формуле Н. Н. Рыка- лина [1]

д.._2*Хст(Г-Г0)»

где w — скорость остывания в град/сек;

X — коэффициент теплопроводности стали в кал/см-сек-град; су — объемная теплоемкость в кал/см* -град; q — эффективная мощность источника нагрева в кал /сек; v — скорость сварки в см/сек;

8 — толщина пластин в см;

Т о — начальная температура металла, равная температуре

окружающей среды или температуре предварительного подогрева, в °С;

Т — температура металла, ниже которой в зависимости от скорости остывания будут образовываться те или иные структуры, в °С.

При подсчете скорости остывания температура Т представляет

Фиг. 8. График безразмерного критерия со для определения ско­рости охлаждения при наплавке валика на лист.

Скорость остывания при наплавке валика на массивное из­делие, принимаемое нами за полубесконечное тело, определяется по формуле

2 тгЦГ-Го)2 /1/|Ч

w =—*————————————————— (14)

Скорость остывания при сварке толстых пластин определяется по формуле

2пХ (Т — Т0)2 Пг

w = (1)————— —, (15)

Я

где о) — безразмерный критерий процесса.

Безразмерный критерий со находим по графику, представлен­ному на фиг. 8, в зависимости от величины параметра, кото­рый определяется по формуле

При однослойной сварке стыковым швом толстых пластин

критерий о) принимается в зависимости от на графике фиг. 8.

При наплавке валика на толстую пластину или в случае нало­жения первого слоя многослойного шва безразмерный критерий

со выбирают таким образом: если > 2,5, то о) берут на кривой

«пластина», если значение лежит в пределах от 0,4 до 2,5, то со берется на графике по кривой «толстая пластина» (плоский слой), если ^-<0,4, то со = 1, что соответствует скорости осты­вания полубесконечного тела.

Для устранения деформаций после ‘сварки — применяется хо­лодная и горячая правка сварных конструкций. Холодная правка основана на растяжении укороченных уча­стков и мест сварной конструкции до проектных размеров — и форм. …

Образование остаточных напряжений и деформаций при сварке вызывается появлением внутренних усилий при местном нагреве металла. Оба эти явления находятся во взаимной связи, но проявляются при сварке конструкций в различной степени …

могут быть самые разнообразные и зависят от характера соединений и вида конструкции, применяемых методов сварки, режима нагрева, механических характеристик и химического состава сваривае­мых металлов. Как правило, для уменьшения пиков остаточных …

Предварительный нагрев в сварке и что не стоит забывать

Явление нагрева сварного шва в околошовной зоне перед началом процедуры сварки известно под названием предварительный нагрев. В основном он применяется для печей, резистивных нагревательных элементов, горелок и высокочастотных нагревательных элементов. Процедура помогает устранить риск появления холодных трещин на металле и препятствует чрезмерному повышению твердости.

Зачем использовать предварительный нагрев?

Ниже приведены основные причины использования предварительного нагрева в процедуре сварки.

1. Термическая обработка сварных конструкций устраняет влажность поверхности, а, следовательно, способствует уменьшению растрескивания.
2. Она улучшает последующее расплавление и осаждение металла шва.
3. Это снижает развитие напряжений, способствуя равномерному расширению и сжатию между сварным швом и основным металлом.
4. Одной из основных задач предварительного нагрева является замедление скорости охлаждения, обеспечивающей равномерное затвердевание шва. Таким образом микроструктура металла будет иметь качественные механические свойства.

Типы

Исходя из соображений применения, термическая обработка сварных конструкций может определятся различными способами.

• Предварительный подогрев — минимальная температура сварного шва задается сразу перед началом сварки. В спецификации процесса сварки (WPS) он может быть указан в определенном диапазоне.
• Подогрев между проходами – в многопроходной сварке перед началом следующего прохода требуется максимальная температура. Нагрев в таком случае не может быть ниже, чем минимальное значение предварительной термической обработки.
• Поддерживание сварочной температуры — минимальная температура сварочной зоны, которая должна поддерживаться на протяжении всего процесса сварки. При прерывании работ температура зоны сварного шва не должна понижаться.

Где применяется термическая обработка сварных конструкций?

Как правило, предварительный подогрев применяется на основном металле на определенном расстоянии от шва. Давайте предположим, что А — это определенная часть углового шва, тогда в таком случае возникают две проблемы при расчете расстояния для применения предварительного нагрева.

1. Если толщина основного металла меньше или равна 50 мм, то значение А не должно превышать 50 мм от шва.
2. Если толщина основного металла превышает 50 мм, то А обязано быть менее 75 мм от шва (инструкция по выдаче сертификатов персоналу, проверяющему качество сварки: CSWIP 23,4).

Температуры предварительного нагрева

У многих возникнет вопрос: до каких температурных значений нагревать металл? Ответить на данный вопрос поможет рекомендуемая температура нагрева стальных металлических конструкций перед сваркой. В таблице ниже она отображается относительно к толщине и составу разных сталей.

Оборудование

Сегодня на рынке разработано несколько видов оборудования, которые используются в некоторых коммерческих отраслях с целью индикации температуры предварительного нагрева, ее измерения и контроля. Ниже перечислены основные температурные датчики и измерительные приборы, которые применяются для этого.

Контактный термометр — используется для точного измерения температуры до 350 градусов по Цельсию. Он состоит из устройства измерения температуры, известного как «термистор», его сопротивление значительно снижается при нагревании, а значит обратно пропорционально температуре. Однако, чтобы получить точные результаты возникает необходимость «периодической калибровки», что является минусом этого оборудования.

Термокарандаш и термопаста — состоят из материала, который плавится или меняет свой цвет при нагревании в зависимости от температуры. Они доступные, предлагаются по низкой цене и просты в использовании. Их слабая сторона — они не дают точных измерений.

Термопара — работает по принципу измерения термоэлектрической разности потенциалов между горячим металлом сварного шва и свариваемым металлом для вычисления температуры. Применяется во время сварки, после нее и для термической обработки с целью постоянного мониторинга и контроля температуры нагрева и охлаждения. Оборудование дает точные измерения в широком диапазоне температур, но у него есть необходимость периодической калибровки. Это является весомой проблемой.

Охлаждение сварочных полуавтоматов — ЭкоСвар

Охлаждение сварочных полуавтоматов

 

Выбирая любую сварочную технику необходимо всегда отвечать на один очень важный вопрос:  как и в каких условиях вы будете эксплуатировать оборудование?  Если характер работ будет очень интенсивным, то особое внимание следует уделить выбору системы охлаждения сварочных аппаратов. Потому как, чем лучше аппарат будет охлаждаться, тем дольше вы сможете работать без остановки, а следовательно, тем выше производительность сварочных работ. Особо актуален правильный выбор системы охлаждения в условиях интенсивной работы на предприятиях, где сварка — один из основных видов деятельности. Если в вашем штате есть сварщики, то рабочий день сварщика не должен сокращаться из -за простоев оборудования (в том числе по причине недостаточного охлаждения). Ведь простои оборудования — это убытки для предприятия. В случае, если же сварщик работает по сдельной системе, то он сам может отказаться работать на вашем оборудовании из-за низкой производительности. В случае дефицита сварщиков высокого уровня, это может стать серьезной проблемой. Итак, давайте разберемся, какая бывает система охлаждения.

 

Воздушная система охлаждения сварочного аппарата

Выделяют 2 типа охлаждения сварочных аппаратов: воздушное и жидкостное. В первом случае аппарат охлаждается благодаря вентиляторам, пропускающим через корпус аппарата нужный объем воздуха. Горелка  при этом работает без охлаждения.  В аппарате может стоять 1, а порой и 3 вентилятора. Количество зависит от модели и от производителя.  Причем не всегда большое количество вентиляторов может обеспечить хорошее охлаждение, т.к. в первую очередь необходимо, чтобы все они работали достаточно интенсивно и  этим обеспечивали оптимальную циркуляцию воздуха. Если охлаждения не хватает, то аппарат начинает греться. В случае когда он оснащен защитой от перегрева, то при плохом охлаждении он просто отключится или встанет в ошибку от перегрева. Пока система не охладится он не будет готов к работе.  Часто данная проблема встречается когда аппарат, предназначенный для бытовых условий пытаются использовать на предприятии даже со средней загрузкой. Ему просто не хватает мощности. Этим могут страдать и дешевые китайские сварочные полуавтоматы, т.к. производитель может экономить на двигателе и вентиляторы работают слабо. Такая проблема может встречаться даже на аппаратах известных производителей, вынесших производство оборудования на китайские заводы. В линейке профессионального  оборудования, например для сварочного оборудования LORCH, воздушное охлаждение — не приговор, и даже аппараты мощностью 400-500А, работающие в условиях промышленного производства могут стабильно работать на протяжении всего рабочего дня.  Например, в сварочных полуавтоматах LORCH MicorMIG400 стоит не менее 3-х вентиляторов, которые работают настолько интенсивно, что температура внутри аппарата во время работы незначительно отличается от температуры окружающей среды.

Единственный минус всех аппаратов с воздушной системой охлаждения в том, что даже если сам источник отлично охлаждается, горелка все равно будет греться и ей нужно будет отдыхать. Поэтому для работы на больших мощностях, часто выбирают горелки с небольшим запасом, например на источник 500А ставят горелки, рассчитанные на 600А. Таким образом, горелка имеет небольшой резерв на возможный перегрев гусака.

 

Сварочные полуавтоматы с жидкостным охлаждением

Жидкостное охлаждение ориентировано на интенсивные работы, а также на работу в условиях высокой температуры окружающей среды. Например, если в цехе +30, то от циркуляции горячего воздуха аппарату легче не станет. На аппаратах жидкостного типа охлаждения помимо вентиляторов установлен бачок охлаждающей жидкости. В него заливается жидкость специального химического состава. Благодаря циркуляции охлаждающей жидкости по аппарату и  сварочной горелке обеспечивается  его непрерывная работа и охлаждение.  Данный вид охлаждения оптимизирует также охлаждение сварочной горелки.  Причем на аппараты такого типа используются сварочные горелки с жидкостным типом охлаждения. Если вы поставите на такой аппарат горелку предназначенную для воздушного охлаждения, она перегреется, т.к. ей будет не хватать дополнительного охлаждения жидкостью. В случае же если вы поставите горелки наоборот: жидкостную горелку на аппарата с воздушным охлаждением, то из за отсутствия жидкости, она сгорит.  

Бачок с охлаждающей жидкостью может быть установлен в корпус полуавтомата, также он может быть отдельным блоком. Т.е. в первом случае вы сразу выбираете будете вы работать с жидкостным охлаждением или нет и выбираете комплектацию аппарата. Во втором случае вы можете купить полуавтомат с газовым охлаждением и потом в случае необходимости докупить блок водяного охлаждения и собрать всю установку на тележку, как например у сварочных полуавтоматов КЕДР  MultiMIG 500.

 

Эксплуатация оборудования с жидкостным охлаждением

Каких то особых требований в эксплуатации системы охлаждения нет, приведем основные:

• необходимо следить за уровнем охлаждающей жидкости. Если жидкости становится мало, то аппарату и горелке не хватает охлаждения.
• заливать лучше рекомендуемую производителем жидкость. Химический состав разных жидкостей может сильно отличаться, различен и цвет (зеленый, красный, синий, прозрачный и т.д.). Чтобы не потерять гарантию, лучше заливать жидкость, которую рекомендует производитель. Смешивать жидкости разных производителей и марок не рекомендуется, т.к. возможна непредсказуемая реакция из-за разного хим.состава.
• время от времени нужно проверять качество жидкости. В сварочных полуавтоматах LORCH жидкость заливается прозрачная и в ней хорошо видно, когда попадает грязь и пыль. Несмотря на то, что бачок и сама жидкость полностью изолированы от окружающей среды, бывают случаи, когда система охлаждения забивается грязью. Грязь может попадать в жидкость по разным причинам, например, залили жидкость из грязной тары. Если в жидкость попадает грязь, это может нарушить работу помпы и ее придется прочищать.

 

Особенности работы сварочных полуавтоматов с жидкостным охлаждением

Сварочные полуавтоматы разных производителей работают по-своему. Например, для производителя сварочного оборудования LORCH важно, чтобы максимально эффективно работал как сам источник, так и горелка и владелец оборудования не нес затраты по их ремонту и частому обслуживанию. Именно поэтому у сварочных полуавтоматов LORCH установлены датчики протока охлаждающей жидкости. Как только в работе аппарата фиксируется отклонение в циркуляции жидкости (например ее стало меньше по уровню или жидкости совсем нет), аппарат показывает ошибку Е05,что говорит о проблемах с системой охлаждения.  Если такого датчика нет и у аппарата имеются какие-то нарушения в работе жидкостного охлаждения, например, пробился шланг и вся жидкость вытекла, то сварочная горелка моментально сгорит при начале работы.  В масштабах предприятия, когда имеется несколько сварочных постов, или даже несколько десятков, частая замена сварочных горелок может вылиться в круглую сумму. Поэтому на систему охлаждения необходимо регулярно обращать внимание. 

 

 

ПРИМЕЧАНИЕ ЛЕКЦИИ ESDEP [WG2:]

ПРИМЕЧАНИЕ ЛЕКЦИИ ESDEP [WG2:]

Предыдущая | Далее | Содержание

ESDEP WG 2

ПРИКЛАДНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ

ЦЕЛЬ / ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

В лекции кратко рассматриваются основы процесса сварки, а затем рассматриваются факторы, определяющие свариваемость конструкционных сталей.

ПРЕДПОСЫЛКИ

Нет.

ЛЕКЦИИ ПО ТЕМЕ

Лекций 2.3: Технические свойства сталей

Лекция 2.4: Сорта и качество стали

Лекция 2.5: Выбор качества стали

Лекция 3.3: Принципы сварки

Лекция 3.4: Сварочные процессы

Лекции 11.2: Сварные соединения

СВОДКА

Обсуждаются фундаментальные аспекты процесса сварки. Затем лекция посвящена металлургическим параметрам, влияющим на свариваемость конструкционных сталей.Считается, что сталь демонстрирует хорошую свариваемость, если соединения в стали обладают достаточной прочностью и вязкостью при эксплуатации.

Описано растрескивание при затвердевании, зона термического влияния — ликвационное растрескивание, водородное растрескивание, пластинчатый разрыв и растрескивание при повторном нагреве. Эти эффекты ухудшают качество сварных соединений. Рассмотрены меры, необходимые для их предотвращения.

1.1 Краткое описание процесса сварки

Сварка — это процесс соединения, в котором совместное производство может быть достигнуто с использованием высоких температур, высокого давления или того и другого.В этой лекции обсуждается только использование высоких температур для создания соединения, поскольку это, безусловно, наиболее распространенный метод сварки конструкционных сталей. По сути, это процесс, при котором на соединяемые поверхности воздействуют мощным источником тепла для достижения локального плавления. Обычно в расплавленную сварочную ванну добавляют дополнительный «присадочный металл» для заполнения зазора между поверхностями и получения необходимой формы и размеров сварного шва при охлаждении. В наиболее распространенных процессах сварки стальных конструкций используется электрическая дуга, поддерживаемая между стержнем присадочного металла и заготовкой, чтобы обеспечить интенсивный источник тепла.

При отсутствии защиты расплавленный металл в сварочной ванне может легко поглощать кислород и азот из атмосферы. Это поглощение приведет к пористости и хрупкости затвердевшего металла шва. Методы, используемые для предотвращения поглощения газа в сварочной ванне, различаются в зависимости от процесса сварки. Ниже более подробно рассматриваются основные процессы сварки, применяемые для соединения конструкционных сталей.

1.2 Основные сварочные процессы

а. Ручная дуговая сварка металла (MMA)

В этом процессе сварщик использует металлический стержневой электрод с плавким минеральным покрытием в держателе, подключенном к источнику питания.Между электродом и зоной сварного шва зажигается дуга, замыкая цепь возврата к источнику электроэнергии. Дуга плавит как электрод, так и поверхность детали. Электромагнитные силы, создаваемые дугой, помогают бросать капли расплавленного электрода на расплавленную область детали, где два металла сливаются, образуя сварочную ванну.

Покрытие электрода из флюса способствует увеличению содержания сварочной ванны за счет прямого добавления металла и металлургических реакций, которые улучшают расплавленный металл.Флюс также создает локальную газовую атмосферу, которая предотвращает поглощение атмосферных газов металлом шва.

Есть много типов электродов. Основные различия между ними заключаются во флюсовом покрытии. Ниже представлены три основных класса электродов:

1. Рутил: электроды общего назначения для применений, не требующих строгого контроля механических свойств. Эти электроды содержат высокую долю оксида титана во флюсовом покрытии.

2. Основные: эти электроды обеспечивают лучшую прочность и ударную вязкость, чем рутиловые. Электроды имеют покрытие, содержащее карбонат кальция и другие карбонаты и плавиковый шпат.

3. Целлюлозный: дуга, создаваемая этим типом электрода, очень проникающая. Эти электроды содержат большое количество горючих органических материалов в покрытии.

г. Дуговая сварка под флюсом (SAW)

В этом процессе используется проволочный электрод и флюс, добавляемый отдельно в виде гранул или порошка на дугу и сварочную ванну.Флюс защищает расплавленный металл, образуя слой шлака, а также стабилизирует дугу.

Этот процесс используется в основном в механической системе, подающей непрерывную длину проволоки из бухты, в то время как сварочный провод перемещается вдоль стыка. Станок для сварки под фрезой может подавать несколько проволок, одну за другой, так что можно сделать многоходовой сварной шов. Сварка под флюсом дает более плотные соединения, чем ручная сварка, но она не подходит для участков с трудным доступом.

г.Сварка в среде защитных газов

В этом процессе используется неизолированный проволочный электрод, а защитный газ подается вокруг дуги и сварочной ванны. Этот газ предотвращает загрязнение электрода и сварочной ванны воздухом. Как показано ниже, существует три основных варианта этого процесса:

1. Сварка MIG (металл в инертном газе) — для защиты используется аргон или гелий. Этот процесс обычно используется для цветных металлов.

2. Сварка MAG (металл-активный газ) — для защиты используется двуокись углерода (обычно смешанная с аргоном).Этот процесс обычно используется для углеродистых и углеродисто-марганцевых сталей.

3. TIG (вольфрам-инертный газ) — аргон или гелий используются для защиты и зажигания дуги между заготовкой и неплавящимся вольфрамовым электродом. Этот процесс обычно используется для обработки тонких листов и прецизионной сварки.

1.3 Расчет и подготовка сварных соединений

Существует два основных типа сварных соединений, известных как стыковые и угловые швы [1]. Схематические изображения этих двух типов сварных швов показаны на рисунке 1.Фактическая форма сварного шва определяется подготовкой соединяемой области. Тип подготовки к сварке зависит от процесса сварки и технологии изготовления. Примеры различных приготовлений под сварку показаны на рисунке 2. Сварное соединение должно быть расположено и сформировано таким образом, чтобы к нему был легко добраться как с точки зрения процесса сварки, так и положения сварки. Детализированная форма сварного шва предназначена для адекватного распределения доступного тепла и для помощи в контроле проплавления металла шва и, таким образом, для создания прочного соединения.Дефекты, вызванные оператором, такие как непровар и отсутствие плавления, может быть трудно избежать, если подготовка соединения и конструкция препятствуют доступу для сварки.

1.4 Влияние термического цикла сварки на микроструктуру

Интенсивное нагревание, связанное с процессом сварки, влияет на микроструктуру как металла шва, так и основного металла вблизи границы плавления (граница между твердым и жидким металлами).Таким образом, сварочный цикл влияет на механические свойства соединения.

Расплавленная сварочная ванна быстро охлаждается, поскольку соединяемые металлы действуют как эффективный теплоотвод. Это охлаждение приводит к тому, что металл сварного шва имеет микроструктуру кокильного литья. При сварке конструкционных сталей присадочный металл сварного шва обычно не имеет того же состава, что и основной металл. Если бы составы были одинаковыми, быстрое охлаждение могло бы привести к образованию твердых и хрупких фаз, например мартенсит в микроструктуре металла шва.Этой проблемы можно избежать, если использовать присадочные металлы с более низким содержанием углерода, чем в основной стали.

Основной металл рядом с расплавленной сварочной ванной быстро нагревается до температуры, которая зависит от расстояния от границы плавления. Вблизи границы плавления достигаются пиковые температуры вблизи точки плавления, в то время как материал, находящийся всего в нескольких миллиметрах, может достигать лишь нескольких сотен градусов по Цельсию. Исходный материал вблизи границы плавления нагревается до области аустенитной фазы.При охлаждении эта область трансформируется в микроструктуру, которая отличается от остальной части исходного материала. В этой области скорость охлаждения обычно высока, и, следовательно, существует тенденция к образованию структур низкотемпературного превращения, таких как бейнит и мартенсит, которые тверже и хрупче, чем основная масса основного металла. Эта область известна как зона термического влияния (HAZ).

На микроструктуру ЗТВ влияют три фактора:

1. Химический состав основного металла.
2. Мощность подводимого тепла при сварке.
3. Скорость охлаждения в ЗТВ после сварки.

Химический состав основного металла важен, поскольку он определяет способность к упрочнению ЗТВ. Скорость подводимого тепла является значительной, поскольку она напрямую влияет на размер зерна в ЗТВ. Чем дольше время нахождения выше температуры укрупнения зерна основного металла во время сварки, тем грубее структура в ЗТВ. Как правило, высокая скорость подводимого тепла приводит к более длительному термическому циклу и, таким образом, к более грубой микроструктуре ЗТВ.Следует отметить, что скорость подводимого тепла также влияет на скорость охлаждения в ЗТВ. Как правило, чем выше расход тепла, тем ниже скорость охлаждения. Величина погонной энергии зависит от параметров процесса сварки: напряжения дуги, тока дуги и скорости сварки. Помимо скорости подводимого тепла, на скорость охлаждения в ЗТВ влияют два других фактора. Во-первых, важны конструкция и толщина соединения, поскольку они определяют скорость теплового потока от сварного шва во время охлаждения.Во-вторых, температура соединяемых деталей, то есть любой предварительный нагрев, имеет значение, поскольку она определяет температурный градиент, существующий между сварным швом и основным металлом.

1,5 Остаточные сварочные напряжения и деформации

Интенсивный нагрев, связанный со сваркой, вызывает расширение области сварного шва. При охлаждении происходит сжатие. Этому расширению и последующему сжатию противодействует окружающий холодный материал, что приводит к созданию поля остаточных напряжений вблизи сварного шва.В металле сварного шва остаточное напряжение имеет преимущественно растягивающий характер. Это остаточное напряжение при растяжении уравновешивается напряжением сжатия, создаваемым в основном металле [2]. Схематический вид поля остаточных напряжений, полученный при продольной усадке шва, показан на Рис. 3. Остаточные напряжения при растяжении в металле шва и в ЗТВ достигают предела текучести. Важно отметить, что остаточные напряжения возникают из-за того, что материал подвергается локальной пластической деформации.Эта деформация может привести к растрескиванию металла шва и ЗТВ во время сварки, деформации соединяемых деталей или к хрупкому разрушению во время эксплуатации.

Поперечные и продольные усадки в результате сварки могут привести к деформации, если горячий металл шва не симметричен относительно нейтральной оси изготовления [2]. Типичный угловой поворот в одиночном V-образном стыковом шве показан на Рисунок 4а. Вращение происходит из-за того, что большая часть сварного шва находится на одной стороне нейтральной оси пластины, что вызывает большие сжимающие напряжения на этой стороне.Это приводит к искажению, известному как выступ при изготовлении пластины, как показано на рисунке 4b. Деформацию сварного шва можно контролировать путем предварительной настройки или предварительного изгиба соединения в сборе для компенсации деформации или путем ограничения сварного шва для предотвращения деформации. Примеры обоих этих методов показаны на рисунке 5. Проблем, связанных с деформацией, легче всего избежать, используя правильную подготовку шва. Использование несимметричных двусторонних сварных швов, таких как показанные на рис. 2e и 2i, позволяет компенсировать деформацию.Искажение на малой стороне сварного шва (сделанное первой) устраняется, когда больший сварной шов накладывается на другую сторону. Этот метод известен как сбалансированная сварка.

Невозможно точно предсказать искажение в геометрически сложном производстве, но следует соблюдать одно основное правило. Это правило состоит в том, что сварку предпочтительно начинать в центре изготовления, а все последующие сварные швы должны выполняться от центра кнаружи, что способствует возникновению сжатий в свободном состоянии.

Если искажение не контролируется, есть два метода его исправления; сила и тепло. Искажение световых участков можно устранить, просто применив силу, например применение гидравлических домкратов и прессов. В случае более тяжелых секций требуется местный нагрев и охлаждение для создания термических напряжений, противодействующих уже имеющимся.

1,6 Устройство снятия остаточного напряжения

Самый распространенный и эффективный способ снятия остаточных напряжений — нагрев.Повышение температуры приводит к более низкому пределу текучести и допускает ползучесть. Ползучесть снимает остаточные напряжения за счет пластической деформации. Стальные сварные детали обычно нагревают до низкой температуры красного (600 ° C) во время обработки для снятия напряжения. Скорости нагрева и охлаждения во время этого термического снятия напряжения должны тщательно контролироваться, в противном случае в свариваемом компоненте могут возникнуть другие остаточные напряжения. Существуют ограничения по размеру конструкций, которые могут быть сняты термическим напряжением как из-за размера требуемых печей, так и из-за возможности деформации конструкции под собственным весом.Однако можно термически обрабатывать отдельные стыки в большой конструкции, разместив вокруг стыков небольшие печи или используя электрические нагревательные элементы.

Другие методы снятия напряжения основываются на тепловом расширении, обеспечивающем механические силы, способные противодействовать исходным остаточным напряжениям. Этот метод может применяться на месте, но точное знание местоположения остаточных напряжений сжатия имеет жизненно важное значение, в противном случае уровень остаточного напряжения может быть увеличен, а не уменьшен.Также может применяться чисто механическое снятие напряжений при условии, что их достаточно для компенсации необходимой пластической деформации.

2.1 Введение

Если подготовка к сварке хорошая и дефекты, вызванные оператором (например, непровар или плавление), исключены, все обычные конструкционные стали могут быть успешно свариваться. Однако для некоторых из этих сталей может потребоваться специальная обработка для получения удовлетворительного соединения. Эти методы лечения удобны не во всех случаях.Сложность получения удовлетворительных сварных соединений для некоторых сталей возникает из-за экстремальных температур, связанных с нагревом, охлаждением и деформацией, связанными с процессом сварки, в сочетании с изменениями микроструктуры и взаимодействием с окружающей средой, которые происходят во время сварки. Некоторые конструкционные стали не могут выдержать эти эффекты без образования трещин в стыках. Ниже обсуждаются различные типы растрескивания, которые могут возникнуть, и меры по их устранению.

2.2 Трещины при затвердевании металла сварного шва

Затвердевание расплавленной сварочной ванны происходит за счет роста кристаллов от границы плавления к центру сварочной ванны до тех пор, пока в конце концов не перестанет оставаться жидкость. В процессе роста кристалла растворенные и примесные элементы выталкиваются вперед за растущую границу раздела. Этот процесс не имеет значения до заключительных стадий затвердевания, когда растущие кристаллы сцепляются в центре сварного шва. Высокая концентрация растворенных веществ и примесных элементов может привести к образованию жидкости с низкой температурой замерзания в центре сварного шва.Это действует как линия слабости и может вызвать растрескивание под действием поперечных деформаций усадки. Примесные элементы, такие как сера и фосфор, особенно важны в этом типе растрескивания, поскольку они вызывают присутствие силицидов и фосфидов с низкой температурой плавления в металле сварного шва [3]. Схематическое изображение растрескивания при затвердевании показано на Рисунок 6.

Металлы сварных швов с низкой склонностью к растрескиванию при затвердевании (с низким содержанием серы и фосфора) доступны для большинства конструкционных сталей, но растрескивание все же может возникать в следующих случаях:

а.Если во время сварки происходит движение стыка, например в результате искажения. Типичный пример этого — сварка вокруг заплатки или сопла. Если сварной шов является непрерывным, сжатие первой части шва вызывает деформацию во время затвердевания остальной части шва.

г. При загрязнении металла шва такими элементами, как сера и фосфор. Типичным примером этого является сварка изделий с отложениями, богатыми серой, таких как компонент в среде, содержащей серу.

г. Если металл шва должен перекрывать большой зазор, например плохая подгонка. В этом случае отношение глубины сварного шва к ширине может быть небольшим. Усадка шва приводит к большой деформации в центре шва.

г. Если основная сталь не подходит в том смысле, что диффузия примесных элементов из стали в металл сварного шва может сделать его восприимчивым к растрескиванию. Склонность к растрескиванию зависит от содержания легирующего элемента в основном металле и может быть выражена следующим уравнением:

Восприимчивость к горячему растрескиванию =

Примечание: чем выше число, тем выше восприимчивость.

Растрескивание при затвердевании можно контролировать путем тщательного выбора состава основного металла, параметров процесса и конструкции соединения, чтобы избежать описанных выше обстоятельств.

2.3 Зона теплового воздействия (HAZ) Растрескивание

2.3.1 Растрескивание (горение)

Исходный материал в ЗТВ не плавится как единое целое, но температура вблизи границы плавления может быть настолько высокой, что на границах зерен может происходить локальное плавление из-за присутствия компонентов, имеющих более низкую температуру плавления, чем температура окружающей матрицы.В этой области могут образоваться мелкие трещины, если остаточное напряжение велико. Эти трещины могут быть расширены из-за производственных напряжений или во время эксплуатации [3]. Схематическое изображение ликвационного крекинга показано на Рисунок 7.

В сталях межзеренные пленки с низкой температурой плавления могут быть образованы из примесей, таких как сера, фосфор, бор, мышьяк и олово. Как и в случае растрескивания при затвердевании, повышенное содержание углерода, серы и фосфора делает сталь более склонной к растрескиванию.

Есть два основных способа избежать ликвационного крекинга. Во-первых, необходимо следить за тем, чтобы уровни серы и фосфора в основном металле были низкими. К сожалению, многие спецификации стали допускают достаточно высокие уровни серы и фосфора, чтобы создать риск ликвационного растрескивания. Во-вторых, на риск ликвационного растрескивания влияет используемый процесс сварки. Процессы, включающие относительно высокую скорость подводимого тепла, такие как сварка под флюсом или электрошлаковая сварка, приводят к большему риску ликвационного растрескивания, чем, например, ручная дуговая сварка металлическим электродом.Это так, поскольку ЗТВ дольше находится при температуре ликвации (что позволяет добиться большей сегрегации элементов с низкой температурой плавления) и при сварке возникает большая тепловая деформация.

2.3.2 Водородное растрескивание

Эта форма растрескивания (также известная как HAZ, растрескивание под бортом, холодное или замедленное растрескивание) происходит в HAZ при температурах ниже 200 ° C. Трещины могут образоваться в течение нескольких минут после сварки или появиться через несколько дней. Для возникновения трещин должны сосуществовать три фактора.Эти факторы:

а. Наличие водорода

Водород попадает в сварочную ванну во время сварки в результате разложения водородсодержащих соединений в дуге, например влага, жирная краска и ржавчина. После растворения газа в металле шва он может быстро диффундировать в ЗТВ как во время охлаждения, так и при температуре окружающей среды. Со временем водород будет диффундировать из стали. Для толстостенного сосуда диффузия может занять несколько недель.

г. Восприимчивый металл шва или ЗТВ

Скорость охлаждения после большинства процессов сварки плавлением относительно высока. Это охлаждение может привести к образованию мартенсита или других закаленных структур в ЗТВ и, возможно, в металле сварного шва. Эти структуры могут быть охрупчены из-за наличия небольшого количества водорода.

г. Высокий уровень остаточных напряжений после сварки.

Растрескивание возникает под действием остаточных напряжений от сварки в чувствительной микроструктуре ЗТВ или металла шва, где охрупчивание произошло из-за присутствия водорода в растворе [3].Схематическое изображение водородного растрескивания в ЗТВ различных конструкций сварных швов показано на рисунке 8.

Методы предотвращения водородного крекинга включают устранение или ограничение одного из трех факторов, которые необходимы для его возникновения. Водородного растрескивания можно избежать, выбрав материал, который не затвердевает в ЗТВ, или свариваемый металл с помощью конкретного применяемого процесса сварки. Вероятность упрочнения в ЗТВ контролируется скоростью охлаждения после сварки и способностью к упрочнению основной стали.Прокаливаемость стали зависит от ее состава. Полезный способ описания прокаливаемости — оценить суммарный вклад в нее всех элементов, присутствующих в стали. Эта оценка проводится по эмпирической формуле, которая определяет значение углеродного эквивалента (CEV) и учитывает важные элементы, влияющие на прокаливаемость. Типичная формула CEV (принятая в британских стандартах) показана ниже:

CEV =

Как правило, упрочнения в ЗТВ можно избежать, используя сталь с CEV менее 0,42, хотя следует отметить, что параметры процесса сварки влияют на это значение.

Увеличение скорости подводимого тепла в процессе сварки (где это возможно) полезно, так как это приводит к более медленной скорости охлаждения после сварки и, следовательно, к меньшей вероятности затвердевания в ЗТВ. По той же причине меньше риск водородного растрескивания при сварке тонких пластин и профилей, поскольку скорость охлаждения в ЗТВ меньше, чем в толстых.

Ограничение присутствия водорода за счет предотвращения сырости, ржавчины и жира с помощью контролируемых водородных электродов (правильно высушенные электроды с основным покрытием) и процессов сварки с низким содержанием водорода (MIG или сварка под флюсом) — еще один шаг к предотвращению растрескивания.

Если этих мер предосторожности недостаточно, необходим предварительный нагрев. Предварительный нагрев и поддержание минимальной температуры между проходами во время многопроходной сварки имеет два эффекта. Во-первых, это приводит к размягчению ЗТВ из-за снижения скорости охлаждения. Во-вторых, он ускоряет диффузию водорода из зоны сварного шва, так что после его охлаждения остается меньше. Минимальная температура предварительного нагрева, необходимая для предотвращения водородного растрескивания, зависит от химического состава стали, скорости подводимого тепла и толщины стыка.

Минимальную температуру предварительного нагрева можно рассчитать, увязав эти факты в диаграмме процедуры сварки [3]. Пример одной из этих диаграмм для углеродисто-марганцевых сталей показан на рисунке 9. Эта диаграмма используется следующим образом:

1. Выберите соответствующее тепловложение (энергию дуги) по горизонтальной шкале.
2. Переместите вертикально, чтобы пересечь соответствующую линию комбинированной толщины для рассматриваемой конструкции соединения.
3. Двигайтесь горизонтально от точки пересечения, чтобы считать температуру предварительного нагрева для CEV свариваемой стали.

2,4 Пластинчатый разрыв

Эта проблема может возникнуть, если остаточные напряжения от сварки приложены по толщине хотя бы одной из соединяемых пластин [3]. Растрескивание возникает, если пластичность листа очень низкая. Схематическое изображение этого режима растрескивания показано на рисунке 10.

Обычно растрескивание происходит в основном металле вблизи внешней границы ЗТВ.Трещины имеют характерный ступенчатый вид с «резьба» ступеней параллельна направлению прокатки стального листа. В отличие от водородного растрескивания ламеллярные разрывы не обязательно ограничиваются ЗТВ. В некоторых случаях растрескивание может происходить на середине толщины пластины, если она ограничена сварным швом с обеих сторон.

Пластинчатый разрыв возникает из-за снижения пластичности пластины по толщине из-за наличия плоских включений, лежащих параллельно поверхности пластины.Все обычные конструкционные стали содержат большое количество включений, состоящих из неметаллических веществ, образующихся в процессе выплавки стали, например сульфаты и силикаты. Эти включения образуются в виде сфер, зернограничных пленок или небольших угловатых частиц в стальном слитке, когда он остывает после литья. Когда слиток прокатывают в стальную пластину, включения деформируются в диски, параллельные поверхности пластины. Различные типы включений по-разному деформируются и разрушаются при прокатке.Форма, распределение и плотность включений в прокатанном листе определяют пластичность по толщине. Лишь небольшая часть стальных листов имеет достаточно низкую пластичность по толщине, чтобы они были подвержены пластинчатому разрыву.

Пластинчатого разрыва можно избежать четырьмя основными способами:

а. Улучшенная конструкция шарнира

Конструкцию изготовления можно изменить, чтобы избежать остаточных напряжений в направлении толщины листа. Примеры показаны на рисунке 11.

г. Применение кованых изделий

Пластинчатое распределение включений в пластине является результатом пластической деформации, возникающей при прокатке. Распределение включений в кованых изделиях не так вредно.

г. Тарелка подбора

Использование стальных листов с относительно небольшим количеством плоских включений и, следовательно, соответствующей пластичностью по всей толщине.

г. Использование слоя наплавленного металла низкой прочности

Это снижает деформацию, передаваемую через толщину сварных стальных листов, поскольку мягкий металл сварного шва может пластически деформироваться.Этот метод, известный как «смазывание маслом» относительно дорого, но может использоваться, когда невозможно избежать уязвимых суставов.

2,5 Растрескивание при повторном нагреве

Снятие или уменьшение остаточных напряжений после сварки путем снятия термического напряжения рекомендуется для многих производств. В этом процессе соединение достигает температурного диапазона, в котором может происходить быстрая ползучесть (от трети до половины точки плавления). В результате при сварке остаточные напряжения снимаются за счет пластической деформации.В ходе этого процесса может возникнуть трещина, если пластичность сварного шва или ЗТВ недостаточна для компенсации деформации, сопровождающей снятие остаточного напряжения [3]. Схематический вид крекинга с повторным нагревом показан на рисунке 12.

Остаточное растягивающее напряжение, которое действует как движущая сила процесса растрескивания, может быть дополнено переходными термическими напряжениями в зоне сварного шва. Эти напряжения возникают из-за быстрого неравномерного нагрева до температуры снятия напряжения.Наличие геометрических концентраторов напряжений, например концы угловых швов и уже существующие трещины, например ликвация и водородные трещины усугубляют проблему.

Проблема растрескивания наиболее распространена во время операций по снятию напряжения, но может также возникать при обслуживании. В таких случаях ожидается, что начало растрескивания займет намного больше времени, поскольку рабочая температура обычно значительно ниже температуры снятия напряжения.

На практике растрескивание при повторном нагреве в основном ограничивается легированными сталями, содержащими значительные количества сильных карбидообразующих элементов, например.г. Cr, Mo и V. Присутствие карбидов в сплавах препятствует зернограничному скольжению и, таким образом, снижает пластичность при высоких температурах. Обычно растрескивания можно избежать с помощью профилирования сварного шва, например шлифование любых геометрических концентраторов напряжений, таких как выступы угловых швов, перед термообработкой и путем регулирования скорости нагрева во избежание высоких переходных термических напряжений.

• Конструкционная сталь может считаться пригодной для сваривания только в том случае, если соединения стали удовлетворительно ведут себя при эксплуатации.
• Для достижения надлежащего уровня рабочих характеристик в конструкционных конструкциях целостность сварного соединения должна быть хорошей. Высокий уровень целостности может быть достигнут только в том случае, если микроструктура сварного соединения обладает достаточной пластичностью, чтобы противостоять остаточным напряжениям, возникающим в результате термического цикла сварки, без образования трещин.
• Химический состав металла шва и основного металла (значение углеродного эквивалента), а также параметры процесса сварки (подвод тепла и скорость охлаждения) влияют на определение пластичности соединения.
• Уровень примесных элементов, таких как сера, фосфор и водород, является особенно важным фактором при определении того, произойдет ли образование трещин во время сварки.

[1] Хикс, Дж. Г., «Дизайн сварных соединений», BSP Professional Books, 1979.

[2] Пратт, Дж. Л., «Введение в сварку стальных конструкций», Институт стальных конструкций, 3-е изд. изд. 1989.

[3] Бейкер Р. Г., «Сварка сталей, работающих под давлением», Институт сварки, 1973.

Предыдущая | Далее | Содержание

.

Деформация сварного шва

Начало сварщиков и даже те, которые более испытывали общ борьбу с проблемой сварного шва (искажения, коробления плиты основания, вызванного тепла из сварочной дуги). Деформация доставляет проблемы по ряду причин, но одна из наиболее важных — это возможное создание сварного шва, который не является структурно прочным. Эта статья поможет определить, что такое деформация сварного шва, а затем даст практическое представление о причинах деформации, эффектах усадки в различных типах сварных сборок и о том, как ее контролировать, и, наконец, познакомится с методами борьбы с деформацией.

Что такое сварная деформация?
Деформация сварного шва возникает в результате расширения и сжатия металла шва и прилегающего основного металла во время цикла нагрева и охлаждения процесса сварки. Выполнение всей сварки на одной стороне детали вызовет гораздо большую деформацию, чем при чередовании сварных швов с одной стороны на другую. Во время этого цикла нагрева и охлаждения многие факторы влияют на усадку металла и приводят к деформации, например, физические и механические свойства, которые изменяются при воздействии тепла.Например, по мере увеличения температуры области сварного шва предел текучести, эластичность и теплопроводность стального листа уменьшаются, а тепловое расширение и удельная теплоемкость увеличиваются (рис. 3-1). Эти изменения, в свою очередь, влияют на тепловой поток и равномерность распределения тепла.

Рис. 3-1. Изменения свойств стали с повышением температуры усложняют анализ того, что происходит во время цикла сварки, и, таким образом, понимание факторов, способствующих деформации сварного шва.

Причины деформации
Чтобы понять, как и почему возникает деформация при нагреве и охлаждении металла, рассмотрим стальной стержень, показанный на рис. 3-2. Поскольку стержень нагревается равномерно, он расширяется во всех направлениях, как показано на рис. 3-2 (a). Когда металл остывает до комнатной температуры, он равномерно сжимается до своих первоначальных размеров.

Рис. 3-2 Если стальной пруток нагревается равномерно, когда он не закреплен, как в (a), он будет расширяться во всех направлениях и вернется к своим исходным размерам при охлаждении.Если при нагревании удерживать, как в (б), он может расширяться только в вертикальном направлении — становиться толще. При охлаждении деформированный стержень сжимается равномерно, как показано на (c), и, таким образом, деформируется постоянно. Это упрощенное объяснение основной причины деформации сварочных узлов.

Но если стальной стержень удерживается — как в тисках — во время нагрева, как показано на рис. 3-2 (b), боковое расширение не может произойти. Но поскольку во время нагрева должно происходить объемное расширение, стержень расширяется в вертикальном направлении (по толщине) и становится толще.Когда деформированный стержень возвращается к комнатной температуре, он все равно будет сжиматься равномерно во всех направлениях, как показано на рис. 3-2 (c). Планка стала короче, но толще. Он был постоянно деформирован или искажен. (Для упрощения на рисунках это искажение показано только по толщине. Но на самом деле длина тоже изменяется.)

В сварном соединении эти же силы расширения и сжатия действуют на металл шва и основной металл. По мере того, как металл шва затвердевает и плавится с основным металлом, он максимально расширяется.При охлаждении он пытается сжаться до объема, который обычно занимал бы при более низкой температуре, но этому препятствует соседний основной металл. Из-за этого внутри сварного шва и прилегающего основного металла возникают напряжения. В этот момент сварной шов растягивается (или податливается) и утончается, таким образом подстраиваясь под требования к объему при более низкой температуре. Но только те напряжения, которые превышают предел текучести металла шва, снимаются этим деформированием. К тому времени, когда сварной шов достигнет комнатной температуры (при условии полного удержания основного металла, так что он не может двигаться), сварной шов будет содержать заблокированные растягивающие напряжения, примерно равные пределу текучести металла.Если ограничители (зажимы, удерживающие заготовку, или противодействующая сила усадки) снимаются, остаточные напряжения частично снимаются, поскольку они заставляют основной металл перемещаться, таким образом искажая сварную деталь.

Контроль усадки — что можно сделать для минимизации деформации
Чтобы предотвратить или минимизировать деформацию сварного шва, как при проектировании, так и во время сварки должны использоваться методы, позволяющие преодолеть влияние цикла нагрева и охлаждения. Усадку нельзя предотвратить, но можно контролировать.Для минимизации деформации, вызванной усадкой, можно использовать несколько способов:

1. Не допускать переваривания
Чем больше металла помещено в соединение, тем больше силы усадки. Правильно подобранный размер сварного шва в соответствии с требованиями соединения не только сводит к минимуму деформацию, но также экономит металл и время сварного шва. Количество сварочного металла в угловом шве может быть минимизировано за счет использования плоского или слегка выпуклого валика, а в стыковом шве за счет надлежащей подготовки кромок и подгонки. Избыток металла шва в сильно выпуклом валике не увеличивает допустимую прочность при работе с кодом, но увеличивает силы усадки.

При сварке толстого листа (толщиной более 1 дюйма) снятие фаски или даже двойное снятие фаски может сэкономить значительное количество металла шва, что автоматически приводит к гораздо меньшим искажениям.

В общем, если деформация не проблема, выберите наиболее экономичный стык. Если деформация является проблемой, выберите либо соединение, в котором сварочные напряжения уравновешивают друг друга, либо соединение, требующее наименьшего количества сварочного металла.

2. Используйте прерывистую сварку
Другой способ минимизировать количество металла сварного шва — использовать прерывистые, а не непрерывные сварные швы там, где это возможно, как показано на рис.3-7 (в). Например, для прикрепления ребер жесткости к пластине прерывистые сварные швы могут уменьшить наплавленный металл на 75 процентов, но при этом обеспечить необходимую прочность.

Рис. 3-7 Искажения можно предотвратить или минимизировать с помощью методов, которые устраняют — или конструктивно используют — эффекты цикла нагрева и охлаждения.

3. Используйте как можно меньше сварочных проходов
Меньше проходов с большими электродами, рис.3-7 (d), предпочтительнее большего количества проходов с маленькими электродами, когда поперечное искажение может быть проблемой. Усадка, вызванная каждым проходом, имеет тенденцию к накоплению, тем самым увеличивая общую усадку при использовании большого количества проходов.

4. Поместите сварные швы рядом с нейтральной осью.
Деформация сведена к минимуму за счет меньшего воздействия усилий усадки, вынуждающих пластины смещаться. Рисунок 3-7 (e) иллюстрирует это. Как конструкция сварного изделия, так и последовательность сварки могут эффективно использоваться для предотвращения деформации.

Рис. 3-7 Искажения можно предотвратить или минимизировать с помощью методов, которые устраняют — или конструктивно используют — эффекты цикла нагрева и охлаждения.

5. Уравновешивайте сварные швы вокруг нейтральной оси
Этот метод, показанный на рис. 3-7 (f), компенсирует одну силу усадки с другой, чтобы эффективно минимизировать деформацию сварного соединения. Здесь также важны конструкция сборки и правильная последовательность сварки.

6. Используйте обратную сварку
При обратной сварке общая последовательность сварки может быть, скажем, слева направо, но каждый сегмент валика наносится справа налево, как на рис. 3-7 (g). При размещении каждого сегмента борта нагретые края расширяются, что временно разделяет пластины в точке B. Но по мере того, как тепло перемещается через пластину к точке C, расширение вдоль внешних кромок CD снова сближает пластины. Это разделение наиболее заметно при укладке первой бусинки.С последовательными валиками пластины расширяются все меньше и меньше из-за ограничений предыдущих сварных швов. Обратный шаг может быть эффективным не во всех случаях, и его нельзя экономично использовать при автоматической сварке.

Рис. 3-7 Искажения можно предотвратить или минимизировать с помощью методов, которые устраняют — или конструктивно используют — эффекты цикла нагрева и охлаждения.

7. Предвидеть силы усадки
Предварительная настройка деталей (на первый взгляд я подумал, что это относится к положениям при сварке над головой или в вертикальном положении, что не так) до того, как сварка может заставить усадку выполнять конструктивную работу .Несколько предварительно настроенных таким образом узлов показаны на рис. 3-7 (h). Требуемая величина предварительной усадки для выравнивания пластин может быть определена с помощью нескольких пробных сварных швов.

Предварительный изгиб, предварительная установка или предварительное сжатие свариваемых деталей, рис. 3-7 (i), является простым примером использования противодействующих механических сил для противодействия деформации из-за сварки. Верхняя часть сварной канавки, которая будет содержать основную массу сварочного металла, удлиняется при предварительной установке пластин. Таким образом, готовый сварной шов немного длиннее, чем если бы он был выполнен на плоской пластине.Когда зажимы освобождаются после сварки, пластины возвращаются к плоской форме, позволяя сварному шву снимать свои продольные усадочные напряжения за счет укорачивания до прямой линии. Эти два действия совпадают, и сварные пластины принимают желаемую плоскостность.

Другой распространенной практикой для уравновешивания сил усадки является расположение идентичных сварных деталей вплотную друг к другу (рис. 3-7 (j)), плотно зажимая их вместе. Сварные швы на обоих узлах завершены, и им дают остыть, прежде чем зажимы будут отпущены.Предварительную гибку можно комбинировать с этим методом, вставляя клинья в подходящие места между деталями перед зажимом.

В тяжелых сварных конструкциях, в частности, жесткость элементов и их расположение относительно друг друга могут обеспечивать необходимые уравновешивающие силы. Если эти естественные уравновешивающие силы отсутствуют, необходимо использовать другие средства для противодействия силам усадки в металле сварного шва. Это может быть достигнуто путем уравновешивания одной силы усадки с другой или путем создания противодействующей силы посредством крепления.Противодействующими силами могут быть: другие силы усадки; сдерживающие силы, создаваемые зажимами, зажимными приспособлениями или приспособлениями; сдерживающие силы, возникающие из-за расположения элементов в сборке; или сила прогиба элемента под действием силы тяжести.

8. Планируйте последовательность сварки
Хорошо спланированная последовательность сварки включает размещение сварочного металла в разных точках сборки так, чтобы при усадке конструкции в одном месте она противодействовала силам усадки уже сделанных сварных швов.Примером этого является сварка поочередно с обеих сторон от нейтральной оси при выполнении полного шва с проплавлением и канавкой в ​​стыковом соединении, как показано на рис. 3-7 (k). Другой пример, угловой сварной шов, состоит из прерывистых сварных швов в соответствии с последовательностями, показанными на рис. 3-7 (l). В этих примерах усадка в сварном шве № 1 уравновешивается усадкой в ​​сварном шве № 2.

Рис. 3-7 Искажения можно предотвратить или минимизировать с помощью методов, которые устраняют — или конструктивно используют — эффекты цикла нагрева и охлаждения.

Зажимы, приспособления и приспособления, которые фиксируют детали в желаемом положении и удерживают их до завершения сварки, вероятно, являются наиболее широко используемыми средствами контроля деформации в небольших сборках или компонентах. Ранее в этом разделе упоминалось, что сдерживающая сила, создаваемая зажимами, увеличивает внутренние напряжения в сварной детали до тех пор, пока не будет достигнут предел текучести металла сварного шва. Для типичных сварных швов на низкоуглеродистой пластине этот уровень напряжения будет приблизительно 45 000 фунтов на квадратный дюйм.Можно ожидать, что это напряжение вызовет значительное движение или деформацию после снятия сварной детали с зажимного приспособления или зажимов. Однако этого не происходит, поскольку деформация (сжатие единицы) от этого напряжения очень мала по сравнению с величиной движения, которое могло бы произойти, если бы во время сварки не использовалось ограничение.

9. Устранение усилий усадки после сварки
Упрочнение — это один из способов противодействовать силам усадки сварного шва при его охлаждении. По сути, наклепание валика растягивает его и делает его тоньше, тем самым снимая (за счет пластической деформации) напряжения, вызванные сжатием при охлаждении металла.Но пользоваться этим методом нужно осторожно. Например, корневой валик никогда не следует задирать из-за опасности скрыть трещину или вызвать ее. Как правило, упрочнение не разрешается на последнем проходе из-за возможности перекрытия трещины и затруднения контроля, а также из-за нежелательного эффекта наклепа. Таким образом, полезность этого метода ограничена, даже несмотря на то, что были случаи, когда межпроходное упрочнение оказывалось единственным решением проблемы деформации или растрескивания.Перед использованием упрочнения в работе необходимо получить инженерное разрешение.

Другой метод устранения сил усадки — снятие термического напряжения — контролируемый нагрев сварного соединения до повышенной температуры с последующим контролируемым охлаждением. Иногда два идентичных сварных изделия зажимают вплотную друг к другу, сваривают, а затем снимают напряжение, удерживая их в этом прямом состоянии. Таким образом сводятся к минимуму остаточные напряжения, которые могут деформировать сварные детали.

10.Минимизация времени сварки
Поскольку во время сварки происходят сложные циклы нагрева и охлаждения, а также время, необходимое для передачи тепла, фактор времени влияет на искажение. В общем, желательно закончить сварку быстро, прежде чем большой объем окружающего металла нагреется и расширится. Таким образом, используемый процесс сварки, тип и размер электрода, сварочный ток и скорость перемещения влияют на степень усадки и деформации сварного изделия. Использование механизированного сварочного оборудования сокращает время сварки и количество металла, подверженного нагреву и, как следствие, деформации.Например, для нанесения сварного шва заданного размера на толстую пластину с помощью процесса, работающего при 175 А, 25 В и 3 дюйм / мин, требуется 87 500 джоулей энергии на погонный дюйм сварного шва (также известное как подвод тепла). Для сварного шва примерно такого же размера, полученного с помощью процесса, работающего при 310 А, 35 В и 8 дюйм / мин, требуется 81400 джоулей на линейный дюйм. Сварной шов, выполненный с более высоким тепловложением, обычно приводит к большей деформации. (примечание: я не хочу использовать слова «чрезмерно» и «больше, чем необходимо», потому что размер сварного шва, по сути, зависит от подводимого тепла.Как правило, размер углового сварного шва (в дюймах) равен квадратному корню из количества подводимого тепла (кДж / дюйм), деленному на 500. Таким образом, эти два сварных шва, скорее всего, имеют разные размеры.

Другие методы контроля искажений

Приспособление с водяным охлаждением
Были разработаны различные методы контроля деформации на определенных сварных деталях. Например, при сварке листового металла приспособление с водяным охлаждением (рис. 3-33) полезно для отвода тепла от свариваемых компонентов.Медные трубки припаиваются или припаиваются к медным удерживающим зажимам, и вода циркулирует по трубам во время сварки. Сдерживание зажимов также помогает минимизировать искажения.

Рис. 3-33 Приспособление с водяным охлаждением для быстрого отвода тепла при сварке металлических листов.

Strongback
«Strongback» — еще один полезный метод контроля деформации при стыковой сварке листов, как показано на рис.3-34 (а). Зажимы привариваются к краю одной пластины, а под зажимы вбиваются клинья, чтобы выравнивать края и удерживать их во время сварки.

Рис. 3-34 Различные приспособления для защиты от деформации при стыковой сварке.

Термическое снятие напряжений
За исключением особых случаев, снятие напряжения путем нагрева не используется для исправления деформации. Однако бывают случаи, когда снятие напряжений необходимо, чтобы предотвратить дальнейшую деформацию до завершения сварки.

Резюме: Контрольный список для минимизации искажений
Следуйте этому контрольному списку, чтобы минимизировать искажения при проектировании и изготовлении сварных соединений:

Не допускайте чрезмерной сварки
Control fitup
Используйте прерывистые сварные швы там, где это возможно и в соответствии с требованиями проекта.
Используйте минимально допустимый размер полки при угловой сварке.
Для сварных швов с разделкой кромок используйте соединения, которые минимизируют объем металла шва. Используйте двусторонние соединения вместо односторонних.
По возможности сваривайте поочередно с обеих сторон соединения, используя многопроходные сварные швы.
Используйте минимальное количество сварочных проходов.
Используйте процедуры с низким тепловложением.Обычно это означает высокую производительность наплавки и более высокую скорость перемещения.
Используйте сварочные позиционеры для достижения максимального количества сварки в плоском положении. Плоское положение позволяет использовать электроды большого диаметра и процедуры сварки с высокой скоростью наплавки

Уравновешивать сварные швы вокруг нейтральной оси элемента
Распределять сварочное тепло как можно более равномерно посредством запланированной последовательности сварки и позиционирования сварного шва
свободная часть элемента
Используйте зажимы, приспособления и прочные опоры для подгонки и выравнивания
Предварительно согните элементы или предварительно настройте соединения, чтобы усадка подтянула их обратно к выравниванию
Последовательность подсборок и конечных сборок так, чтобы выполняемые сварные швы постоянно уравновешивали каждый другие вокруг нейтральной оси секции

Следование этим методам поможет минимизировать эффекты деформации и остаточных напряжений.

.

Деформация сварного шва

Начало сварщиков и даже те, которые более испытывали общ борьбу с проблемой сварного шва (искажения, коробления плиты основания, вызванного тепла из сварочной дуги). Деформация доставляет проблемы по ряду причин, но одна из наиболее важных — это возможное создание сварного шва, который не является структурно прочным. Эта статья поможет определить, что такое деформация сварного шва, а затем даст практическое представление о причинах деформации, эффектах усадки в различных типах сварных сборок и о том, как ее контролировать, и, наконец, познакомится с методами борьбы с деформацией.

Что такое сварная деформация?
Деформация сварного шва возникает в результате расширения и сжатия металла шва и прилегающего основного металла во время цикла нагрева и охлаждения процесса сварки. Выполнение всей сварки на одной стороне детали вызовет гораздо большую деформацию, чем при чередовании сварных швов с одной стороны на другую. Во время этого цикла нагрева и охлаждения многие факторы влияют на усадку металла и приводят к деформации, например, физические и механические свойства, которые изменяются при воздействии тепла.Например, по мере увеличения температуры области сварного шва предел текучести, эластичность и теплопроводность стального листа уменьшаются, а тепловое расширение и удельная теплоемкость увеличиваются (рис. 3-1). Эти изменения, в свою очередь, влияют на тепловой поток и равномерность распределения тепла.

Рис. 3-1. Изменения свойств стали с повышением температуры усложняют анализ того, что происходит во время цикла сварки, и, таким образом, понимание факторов, способствующих деформации сварного шва.

Причины деформации
Чтобы понять, как и почему возникает деформация при нагреве и охлаждении металла, рассмотрим стальной стержень, показанный на рис. 3-2. Поскольку стержень нагревается равномерно, он расширяется во всех направлениях, как показано на рис. 3-2 (a). Когда металл остывает до комнатной температуры, он равномерно сжимается до своих первоначальных размеров.

Рис. 3-2 Если стальной пруток нагревается равномерно, когда он не закреплен, как в (a), он будет расширяться во всех направлениях и вернется к своим исходным размерам при охлаждении.Если при нагревании удерживать, как в (б), он может расширяться только в вертикальном направлении — становиться толще. При охлаждении деформированный стержень сжимается равномерно, как показано на (c), и, таким образом, деформируется постоянно. Это упрощенное объяснение основной причины деформации сварочных узлов.

Но если стальной стержень удерживается — как в тисках — во время нагрева, как показано на рис. 3-2 (b), боковое расширение не может произойти. Но поскольку во время нагрева должно происходить объемное расширение, стержень расширяется в вертикальном направлении (по толщине) и становится толще.Когда деформированный стержень возвращается к комнатной температуре, он все равно будет сжиматься равномерно во всех направлениях, как показано на рис. 3-2 (c). Планка стала короче, но толще. Он был постоянно деформирован или искажен. (Для упрощения на рисунках это искажение показано только по толщине. Но на самом деле длина тоже изменяется.)

В сварном соединении эти же силы расширения и сжатия действуют на металл шва и основной металл. По мере того, как металл шва затвердевает и плавится с основным металлом, он максимально расширяется.При охлаждении он пытается сжаться до объема, который обычно занимал бы при более низкой температуре, но этому препятствует соседний основной металл. Из-за этого внутри сварного шва и прилегающего основного металла возникают напряжения. В этот момент сварной шов растягивается (или податливается) и утончается, таким образом подстраиваясь под требования к объему при более низкой температуре. Но только те напряжения, которые превышают предел текучести металла шва, снимаются этим деформированием. К тому времени, когда сварной шов достигнет комнатной температуры (при условии полного удержания основного металла, так что он не может двигаться), сварной шов будет содержать заблокированные растягивающие напряжения, примерно равные пределу текучести металла.Если ограничители (зажимы, удерживающие заготовку, или противодействующая сила усадки) снимаются, остаточные напряжения частично снимаются, поскольку они заставляют основной металл перемещаться, таким образом искажая сварную деталь.

Контроль усадки — что можно сделать для минимизации деформации
Чтобы предотвратить или минимизировать деформацию сварного шва, как при проектировании, так и во время сварки должны использоваться методы, позволяющие преодолеть влияние цикла нагрева и охлаждения. Усадку нельзя предотвратить, но можно контролировать.Для минимизации деформации, вызванной усадкой, можно использовать несколько способов:

1. Не допускать переваривания
Чем больше металла помещено в соединение, тем больше силы усадки. Правильно подобранный размер сварного шва в соответствии с требованиями соединения не только сводит к минимуму деформацию, но также экономит металл и время сварного шва. Количество сварочного металла в угловом шве может быть минимизировано за счет использования плоского или слегка выпуклого валика, а в стыковом шве за счет надлежащей подготовки кромок и подгонки. Избыток металла шва в сильно выпуклом валике не увеличивает допустимую прочность при работе с кодом, но увеличивает силы усадки.

При сварке толстого листа (толщиной более 1 дюйма) снятие фаски или даже двойное снятие фаски может сэкономить значительное количество металла шва, что автоматически приводит к гораздо меньшим искажениям.

В общем, если деформация не проблема, выберите наиболее экономичный стык. Если деформация является проблемой, выберите либо соединение, в котором сварочные напряжения уравновешивают друг друга, либо соединение, требующее наименьшего количества сварочного металла.

2. Используйте прерывистую сварку
Другой способ минимизировать количество металла сварного шва — использовать прерывистые, а не непрерывные сварные швы там, где это возможно, как показано на рис.3-7 (в). Например, для прикрепления ребер жесткости к пластине прерывистые сварные швы могут уменьшить наплавленный металл на 75 процентов, но при этом обеспечить необходимую прочность.

Рис. 3-7 Искажения можно предотвратить или минимизировать с помощью методов, которые устраняют — или конструктивно используют — эффекты цикла нагрева и охлаждения.

3. Используйте как можно меньше сварочных проходов
Меньше проходов с большими электродами, рис.3-7 (d), предпочтительнее большего количества проходов с маленькими электродами, когда поперечное искажение может быть проблемой. Усадка, вызванная каждым проходом, имеет тенденцию к накоплению, тем самым увеличивая общую усадку при использовании большого количества проходов.

4. Поместите сварные швы рядом с нейтральной осью.
Деформация сведена к минимуму за счет меньшего воздействия усилий усадки, вынуждающих пластины смещаться. Рисунок 3-7 (e) иллюстрирует это. Как конструкция сварного изделия, так и последовательность сварки могут эффективно использоваться для предотвращения деформации.

Рис. 3-7 Искажения можно предотвратить или минимизировать с помощью методов, которые устраняют — или конструктивно используют — эффекты цикла нагрева и охлаждения.

5. Сбалансируйте сварные швы вокруг нейтральной оси
Этот метод, показанный на рис. 3-7 (f), компенсирует одну силу усадки на другую, чтобы эффективно минимизировать деформацию сварного шва. Здесь также важны конструкция сборки и правильная последовательность сварки.

6. Используйте обратную сварку
При обратной сварке общая последовательность сварки может быть, скажем, слева направо, но каждый сегмент валика наносится справа налево, как на рис. 3-7 (g). При размещении каждого сегмента борта нагретые края расширяются, что временно разделяет пластины в точке B. Но по мере того, как тепло перемещается через пластину к точке C, расширение вдоль внешних кромок CD снова сближает пластины. Это разделение наиболее заметно при укладке первой бусинки.С последовательными валиками пластины расширяются все меньше и меньше из-за ограничений предыдущих сварных швов. Обратный шаг может быть эффективным не во всех случаях, и его нельзя экономично использовать при автоматической сварке.

Рис. 3-7 Искажения можно предотвратить или минимизировать с помощью методов, которые устраняют — или конструктивно используют — эффекты цикла нагрева и охлаждения.

7. Предвидеть силы усадки
Предварительная настройка деталей (на первый взгляд я подумал, что это относится к потолочному или вертикальному положению сварки, что не так) до того, как сварка заставит усадку выполнять конструктивную работу.Несколько предварительно настроенных таким образом узлов показаны на рис. 3-7 (h). Требуемая величина предварительной усадки для выравнивания пластин может быть определена с помощью нескольких пробных сварных швов.

Предварительный изгиб, предварительная установка или предварительное сжатие свариваемых деталей, рис. 3-7 (i), является простым примером использования противодействующих механических сил для противодействия деформации из-за сварки. Верхняя часть сварной канавки, которая будет содержать основную массу сварочного металла, удлиняется при предварительной установке пластин. Таким образом, готовый сварной шов немного длиннее, чем если бы он был выполнен на плоской пластине.Когда зажимы освобождаются после сварки, пластины возвращаются к плоской форме, позволяя сварному шву снимать свои продольные усадочные напряжения за счет укорачивания до прямой линии. Эти два действия совпадают, и сварные пластины принимают желаемую плоскостность.

Другой распространенной практикой для уравновешивания сил усадки является расположение идентичных сварных деталей вплотную друг к другу (рис. 3-7 (j)), плотно зажимая их вместе. Сварные швы на обоих узлах завершены, и им дают остыть, прежде чем зажимы будут отпущены.Предварительную гибку можно комбинировать с этим методом, вставляя клинья в подходящие места между деталями перед зажимом.

В тяжелых сварных конструкциях, в частности, жесткость элементов и их расположение относительно друг друга могут обеспечивать необходимые уравновешивающие силы. Если эти естественные уравновешивающие силы отсутствуют, необходимо использовать другие средства для противодействия силам усадки в металле сварного шва. Это может быть достигнуто путем уравновешивания одной силы усадки с другой или путем создания противодействующей силы посредством крепления.Противодействующими силами могут быть: другие силы усадки; сдерживающие силы, создаваемые зажимами, зажимными приспособлениями или приспособлениями; сдерживающие силы, возникающие из-за расположения элементов в сборке; или сила прогиба элемента под действием силы тяжести.

8. Планируйте последовательность сварки
Хорошо спланированная последовательность сварки включает размещение сварочного металла в разных точках сборки так, чтобы при усадке конструкции в одном месте она противодействовала силам усадки уже сделанных сварных швов.Примером этого является сварка поочередно с обеих сторон от нейтральной оси при выполнении полного шва с проплавлением и канавкой в ​​стыковом соединении, как показано на рис. 3-7 (k). Другой пример, угловой сварной шов, состоит из прерывистых сварных швов в соответствии с последовательностями, показанными на рис. 3-7 (l). В этих примерах усадка в сварном шве № 1 уравновешивается усадкой в ​​сварном шве № 2.

Рис. 3-7 Искажения можно предотвратить или минимизировать с помощью методов, которые устраняют — или конструктивно используют — эффекты цикла нагрева и охлаждения.

Зажимы, приспособления и приспособления, которые фиксируют детали в желаемом положении и удерживают их до завершения сварки, вероятно, являются наиболее широко используемыми средствами для контроля деформации в небольших сборках или компонентах. Ранее в этом разделе упоминалось, что сдерживающая сила, создаваемая зажимами, увеличивает внутренние напряжения в сварной детали до тех пор, пока не будет достигнут предел текучести металла сварного шва. Для типичных сварных швов на низкоуглеродистой пластине этот уровень напряжения будет приблизительно 45 000 фунтов на квадратный дюйм.Можно ожидать, что это напряжение вызовет значительное движение или деформацию после снятия сварной детали с зажимного приспособления или зажимов. Однако этого не происходит, поскольку деформация (сжатие единицы) от этого напряжения очень мала по сравнению с величиной движения, которое могло бы произойти, если бы во время сварки не использовалось ограничение.

9. Устранение усилий усадки после сварки
Упрочнение — это один из способов противодействовать силам усадки сварного шва при его охлаждении. По сути, наклепание валика растягивает его и делает его тоньше, тем самым снимая (за счет пластической деформации) напряжения, вызванные сжатием при охлаждении металла.Но пользоваться этим методом нужно осторожно. Например, корневой валик никогда не следует задирать из-за опасности скрыть трещину или вызвать ее. Как правило, упрочнение не разрешается на последнем проходе из-за возможности перекрытия трещины и затруднения контроля, а также из-за нежелательного эффекта наклепа. Таким образом, полезность этого метода ограничена, даже несмотря на то, что были случаи, когда межпроходное упрочнение оказывалось единственным решением проблемы деформации или растрескивания.Перед использованием упрочнения в работе необходимо получить инженерное разрешение.

Другой метод устранения сил усадки — снятие термического напряжения — контролируемый нагрев сварного соединения до повышенной температуры с последующим контролируемым охлаждением. Иногда два идентичных сварных изделия зажимают вплотную друг к другу, сваривают, а затем снимают напряжение, удерживая их в этом прямом состоянии. Таким образом сводятся к минимуму остаточные напряжения, которые могут деформировать сварные детали.

10.Минимизация времени сварки
Поскольку во время сварки происходят сложные циклы нагрева и охлаждения, а также время, необходимое для передачи тепла, фактор времени влияет на искажение. В общем, желательно закончить сварку быстро, прежде чем большой объем окружающего металла нагреется и расширится. Таким образом, используемый процесс сварки, тип и размер электрода, сварочный ток и скорость перемещения влияют на степень усадки и деформации сварного изделия. Использование механизированного сварочного оборудования сокращает время сварки и количество металла, подверженного нагреву и, как следствие, деформации.Например, для нанесения сварного шва заданного размера на толстую пластину с помощью процесса, работающего при 175 А, 25 В и 3 дюйм / мин, требуется 87 500 джоулей энергии на погонный дюйм сварного шва (также известное как подвод тепла). Для сварного шва примерно такого же размера, полученного с помощью процесса, работающего при 310 А, 35 В и 8 дюйм / мин, требуется 81400 джоулей на линейный дюйм. Сварной шов, выполненный с более высоким тепловложением, обычно приводит к большей деформации. (примечание: я не хочу использовать слова «чрезмерно» и «больше, чем необходимо», потому что размер сварного шва, по сути, зависит от подводимого тепла.Как правило, размер углового сварного шва (в дюймах) равен квадратному корню из количества подводимого тепла (кДж / дюйм), деленному на 500. Таким образом, эти два сварных шва, скорее всего, имеют разные размеры.

Другие методы контроля искажений

Приспособление с водяным охлаждением
Были разработаны различные методы контроля деформации на определенных сварных деталях. Например, при сварке листового металла приспособление с водяным охлаждением (рис. 3-33) полезно для отвода тепла от свариваемых компонентов.Медные трубки припаиваются или припаиваются к медным удерживающим зажимам, и вода циркулирует по трубам во время сварки. Сдерживание зажимов также помогает минимизировать искажения.

Рис. 3-33 Приспособление с водяным охлаждением для быстрого отвода тепла при сварке металлических листов.

Strongback
«Strongback» — еще один полезный метод контроля деформации при стыковой сварке пластин, как показано на рис.3-34 (а). Зажимы привариваются к краю одной пластины, а под зажимы вбиваются клинья, чтобы выравнивать края и удерживать их во время сварки.

Рис. 3-34 Различные приспособления для защиты от деформации при стыковой сварке.

Термическое снятие напряжения
За исключением особых случаев, снятие напряжения путем нагрева не используется для исправления деформации. Однако бывают случаи, когда снятие напряжений необходимо, чтобы предотвратить дальнейшую деформацию до завершения сварки.

Резюме: Контрольный список для минимизации искажений
Следуйте этому контрольному списку, чтобы минимизировать искажения при проектировании и изготовлении сварных соединений:

Не допускайте чрезмерной сварки
Control fitup
Используйте прерывистые сварные швы там, где это возможно и в соответствии с требованиями проекта.
Используйте минимально допустимый размер полки при угловой сварке.
Для сварных швов с разделкой кромок используйте соединения, которые минимизируют объем металла шва. Используйте двусторонние соединения вместо односторонних.
По возможности сваривайте поочередно с обеих сторон соединения, используя многопроходные сварные швы.
Используйте минимальное количество сварочных проходов.
Используйте процедуры с низким тепловложением.Обычно это означает высокую производительность наплавки и более высокую скорость перемещения.
Используйте сварочные позиционеры для достижения максимального количества сварки в плоском положении. Плоское положение позволяет использовать электроды большого диаметра и процедуры сварки с высокой скоростью наплавки

Уравновешивать сварные швы вокруг нейтральной оси элемента
Распределять сварочное тепло как можно более равномерно посредством запланированной последовательности сварки и позиционирования сварного шва
свободная часть элемента
Используйте зажимы, приспособления и прочные опоры для подгонки и выравнивания
Предварительно согните элементы или предварительно настройте соединения, чтобы усадка подтянула их обратно к выравниванию
Последовательность подсборок и конечных сборок так, чтобы выполняемые сварные швы постоянно уравновешивали каждый другие вокруг нейтральной оси секции

Следование этим методам поможет минимизировать эффекты деформации и остаточных напряжений.

.

Влияние типов электродов на склонность к растрескиванию при затвердевании металла сварного шва из аустенитной нержавеющей стали

Изучалось влияние типов электродов на склонность к растрескиванию при затвердевании металла сварного шва из аустенитной нержавеющей стали. Для изготовления стыков использовался метод ручной дуговой сварки металлом, в качестве контроля использовалась сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа. Проведены металлографические и химические анализы зон сплавления соединений. Результаты показывают, что сварные детали, полученные из электродов E 308-16 (с рутиловым покрытием), E 308-16 (с покрытием из извести-диоксида титана) и сварных соединений TIG, относятся к диапазону и затвердевают в дуплексном режиме, и было обнаружено, что они устойчивы к затвердеванию. растрескивание.Наплавленный металл E 308-16 имел наибольшее сопротивление растрескиванию при затвердевании. Соединения, изготовленные из E 310-16, имели коэффициент <1,5 и затвердевали по аустенитному типу. Было обнаружено, что он подвержен растрескиванию при затвердевании. Э 312-16 производил соединения с соотношением> 1,9, отвержденные ферритовой модой. Он имел низкое сопротивление растрескиванию при затвердевании.

1. Введение

Нержавеющая сталь — это обычное название для стальных сплавов, которые состоят из 10,5 или более массовых процентов хрома (Cr) и более 50 массовых процентов железа (Fe).Нержавеющие стали можно разделить по их кристаллической структуре на три основных типа: аустенитная, ферритная и мартенситная нержавеющая сталь. Аустенитная нержавеющая сталь (АСС) содержит максимум 0,15 процента углерода, минимум 16 процентов хрома и достаточное количество никеля и / или марганца для сохранения аустенитной структуры при всех температурах от криогенной температуры до точки плавления сплава.

Аустенитные нержавеющие стали стали наиболее широко используемыми нержавеющими сталями и составляют около 70 процентов всей нержавеющей стали, производимой во всем мире, благодаря своим механическим и металлургическим свойствам и хорошей свариваемости [1].Превосходные свойства ASS, включая высокую прочность на растяжение, хорошую ударопрочность, отличную пластичность, устойчивость к коррозии и износу, нашли различное применение как в быту, так и во многих машиностроительных отраслях, в том числе кухонная утварь, оборудование для пищевой химическая промышленность, грузовые прицепы, кухонные мойки, внешняя архитектура, котлы и сосуды под давлением, электростанция, работающая на ископаемом топливе, оборудование для десульфуризации топливного газа, трубы испарителя, пароперегреватели и трубы повторного нагрева, паровые коллекторы и трубы, среди прочего [2].

В последнее время был достигнут прогресс в таких процессах соединения, как клеи, механические соединения, пайка и пайка. Однако сварка остается наиболее важным процессом соединения металлов, даже несмотря на то, что дуговая сварка является наиболее широко используемым процессом сварки плавлением. При изготовлении деталей из аустенитной нержавеющей стали сварка является одним из наиболее часто используемых методов [3, 4]. Несмотря на хорошую свариваемость, которую демонстрирует ASS, горячие трещины являются основной металлургической проблемой, с которой сталкиваются при сварке компонентов из аустенитной нержавеющей стали.Это вызвано образованием легкоплавких эвтектик на границах зерен во время сварки, которые вызывают разрушение под действием усадочных напряжений, связанных с затвердеванием. Растрескивание при затвердевании — это тип горячего растрескивания, который зависит от механического ограничения и металлургической восприимчивости [5]. Он состоит из трещин на междендритных и / или межкристаллитных границах металла сварного шва в процессе затвердевания, во время которого жидкая фаза мягкого расплава обогащается примесями, в основном серой (S) и фосфором (P).Это явление снижает механическую прочность на границах зерен и дендритов, что в конечном итоге делает их подверженными растрескиванию и разрушению [6]. Одним из таких отказов является коррозионное растрескивание трубы из нержавеющей стали марки 304, неправильно сваренной швом и предназначенной для транспортировки раствора глюкозы в Иллинойс, США [7].

В связи с проблемой растрескивания при затвердевании в сварной конструкции АБС было проведено множество работ для объяснения явления растрескивания при затвердевании и способов его предотвращения.Еще в 1941 году Scherer et al. обнаружили, что трещиностойкость металла сварного шва ASS может быть улучшена путем корректировки состава до 5–35 процентов феррита в готовом шве. Халл [8] подтвердил это, заявив, что когда содержание феррита в готовом сварном шве превышает 35 весовых процентов, металл сварного шва становится восприимчивым к растрескиванию при затвердевании, но механизм, с помощью которого трещиностойкость достигается за счет эффекта остаточного феррита в сварном шве металл до сих пор полностью не изучен.

Однако были предприняты хорошие попытки объяснить этот эффект. Borland и Younger [9] предположили, что более высокая растворимость примесных элементов в дельта-феррите приводит к меньшей междендритной сегрегации и снижает склонность к растрескиванию. Thier et al. [10] обнаружили, что объемное сжатие, связанное с превращением феррит-аустенит, снижает растягивающие напряжения вблизи вершины трещины, что снижает склонность к растрескиванию. Помимо влияния остаточного дельта-феррита на контроль растрескивания при затвердевании в сварной конструкции ASS, Baldev et al.[5] и Borland [11] предположили, что растрескивание при затвердевании в металле сварного шва ASS может быть сведено к минимуму с помощью различных методов, которые уменьшают механическое ограничение в готовом металле шва. Как можно увидеть в некоторых из упомянутых выше исследовательских работ, растрескивание при затвердевании в сварных деталях из аустенитной нержавеющей стали частично является функцией состава металла сварного шва. Например, хорошо спроектированный продукт может выйти из строя из-за растрескивания, если выбранный сварочный стержень приведет к тому, что зона сварки будет иметь более низкое содержание сплава, чем в основном металле.Следовательно, необходимо определить, как тип электрода влияет на склонность к растрескиванию при затвердевании сварных деталей АСС. Таким образом, основной целью данной работы является исследование влияния типов электродов на микроструктурную предрасположенность сварного шва из аустенитной нержавеющей стали к образованию трещин при затвердевании.

2. Материалы и методы

Основным металлом испытательных образцов, использованных для этого исследования, была аустенитная нержавеющая сталь марки 304H, номинальный химический состав материала показан в таблице 1.

Элемент мас.% C 0,0570 Cr 18.5500 Ni 8.7200 Si 0,4400 Mn 1,7200 S 0,0075 P 0,0230 Mo 1.7200 Al 0,0057 Cu 0.2010 Co 0,1110 Nb 0,0270 V 0,0750 B 0,0022 0,0022 Sn 0,0086 As 0,0870 Ca 0,0004 Fe 69,8000

Были приняты два метода сварки, а именно дуговой сваркой в ​​защищенном металлическом корпусе (SMAW) и сваркой вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG).Сварочные операции проводились в постоянных условиях, как показано в таблице 2.

Параметры сварки Сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа Ручная дуговая сварка металлом Сварка ток 110 A 110 A Скорость сварки 60 мм / мин. 60 мм / мин. Напряжение 40 В 40 В Полярность Отрицательный электрод постоянного тока Отрицательный электрод постоянного тока Источник тепла Arc Arc Защитный экран сварочной ванны Аргон газ Флюс электрода Присадочный стержень Проволока из нержавеющей стали 304 H Сварочный электрод Давление газа аргона 10 бар —

С Процесс сварки производился вручную, скорость сварки приблизительная и представляет собой средние значения.

Переменным параметром в этом исследовании были сварочные электроды, в то время как сварные соединения, полученные с помощью автогенной сварки TIG, служили контролем или эталоном для сравнения. Химический состав электродов в соответствии с классификацией электродов Американского сварочного общества (AWS) показан в таблице 3. Полученные соединения были подвергнуты металлографическим испытаниям и химическому анализу.

Элементы (мас.%) E 308-16 (с рутиловым покрытием) Электроды (10 и 12) E 308-16 (извести-диоксид титана) Электрод E 310-16 Электрод E 312-16 Электрод C 0,08 0,08 0,08–0,12 0,15 Mn 0,7–2,0 0,5–2,5 1,0–2,5 0,7–2,0 Si 0,3–0,85 0,9 0.3–0,7 0,3–0,9 Cr 18–21 18–21 25–28 28–32 Ni 9–11 9–11 20–22 8–10,5 S 0,03 — 0,03 0,03 P 0,03 — 0,03 0,03 Mo 0,5 — 0.5 0,75 Cu 0,75 — 0,75 0,75

3. Результаты и обсуждение

3.1. Металлографический анализ сварных деталей

Были проанализированы результаты металлографических испытаний, проведенных в зоне сплавления каждой сварной детали.

3.1.1. Анализ E 312-16 / 10 Микрофотография

Микрофотография испытательного образца зоны плавления E 312-16 / 10, показанная на Фигуре 1, выявила первичную ферритную (темную) матрицу, содержащую вторичный аустенит (белый) и выделения карбида на границах зерен.Ферритные дендриты, затвердевшие первыми, имели пластинчатую морфологию и частично превращались в аустенит после затвердевания по механизму, контролируемому диффузией.

3.1.2. Анализ микрофотографии E 310-16 / 10.

. Микрофотография зоны плавления E 310-16 / 10 показана на рис. 2. Как видно из микрофотографии, первичный аустенит (белый) образовался непосредственно из жидкости в качестве первичной дендритной фазы. а также вторичная фаза вокруг феррита. Междендритный феррит (темный) имел вермикулярную морфологию, охваченную аустенитной матрицей, с выделением карбида по границам зерен.

3.1.3. Анализ E 308-16 / 12 (известь-титан). Микрофотография

Fu et al. [12] отметили, что дуплексный режим затвердевания феррит-аустенит (FA) характеризуется образованием первичного феррита плюс трехфазные реакции (феррит, аустенит и жидкость) на конечной стадии затвердевания. Микрофотография зоны плавления соединения E 308-16 / 12 (известь-диоксид титана), показанная на рисунке 3, выявила множество мелких колоний решетчатого феррита (темного цвета), внедренного в аустенитную (белую) матрицу.В результате получилась дуплексная микроструктура, состоящая из тонкого пластинчатого феррита и аустенита.

3.1.4. Анализ микрофотографии TIG

Микрофотография зоны плавления образца соединения TIG, показанная на рисунке 4, выявила первичный равноосный дендрит и решетчатый феррит (темный), заключенные в аустенитную (белую) матрицу, с выделением карбидов по границам зерен.

3.1.5. Анализ E 308-16 / 12 (рутил) Микрофотография

Микрофотография сварного шва E 308-16 / 12 (рутил) показана на Рисунке 5.На рисунке видна дуплексная структура феррита и аустенита. Первичные ферритные (темные) дендриты, имеющие комбинацию морфологии решетчатого и вермикулярного феррита, содержащиеся в аустенитной (белой) матрице, и выделение карбида по границам зерен. Было обнаружено, что количество остаточного феррита в металле сварного шва E 308-16 / 12 (рутил) меньше, чем в металлах сварного шва TIG и E 308-16 / 12 (известково-диоксид титана), соответственно, но больше, чем наблюдаемое в E 308- Наплавленный металл 16/10 (рутил).

3.1.6. Анализ E 308-16 / 10 (рутил). Микрофотография

. Микрофотография зоны плавления соединения E 308-16 / 10 (рутил), показанная на фиг. 6, выявила дуплексную структуру, состоящую из феррита (темный) и аустенита (белый). Первичный феррит имел морфологию тонкой пластинки, охваченной аустенитом, который увеличивался эпитаксиально и заполнял междендритную область первичного феррита. Выделение карбидов также наблюдалось по границам зерен.

3.2. Влияние типов электродов на режим затвердевания металла шва из аустенитной нержавеющей стали

Результаты, представленные в таблице 4, показали, что тип электрода, выбранный при сварке компонента из нержавеющей стали 304H, влияет на микроструктуру затвердевания металла шва.Было обнаружено, что автогенный шов TIG (Рисунок 4) имел почти такую ​​же микроструктуру затвердевания (FA), что и основной материал (Рисунок 7), что было ожидаемым результатом, поскольку в готовом шве не было разбавления присадки, как у вольфрамового электрода. был нерасходуемым. Сварные детали, изготовленные из электродов E 308-16 / 12 (рутил), E 308-16 / 10 (рутил) и E 308-16 / 12 (известково-диоксид титана), имели дуплексную структуру феррит-аустенит (FA) с более или меньшее количество остаточного феррита. Считается, что присадочный пруток или разбавление электрода ответственны за эволюционировавшую микроструктуру и режим затвердевания, как показано на результатах микрофотографий зон плавления E 308-16 / 12 (известь-диоксид титана), E 308-16 / 12 (рутил). , и соединения E 308-16 / 10 (рутил), показанные на рисунках 3, 5 и 6 соответственно.Соединения, изготовленные из электрода E 310-16 / 10 (рис. 2), имели режим затвердевания аустенита, тогда как соединения, изготовленные из электрода E 312-16 / 10 (рис. 1), затвердели в режиме затвердевания первичного феррита. Было обнаружено, что компромисс между составом основного материала и присадочным стержнем или разбавлением электрода является основным фактором, определяющим конечную микроструктуру металла шва и режим затвердевания. Результаты этого исследования согласуются с результатами многих исследователей [5, 6, 12–15].

.