Механизмы образования горячих трещин при сварке

При кристаллизации металл сварочной ванны проходит через несколько состояний от жидкого до твёрдого. Полностью кристаллизация происходит в некотором интервале температур. Одной из границ которого является температура возникновения в жидкости скелета (остова) твёрдой фазы, а другой – температура солидуса. Этот интервал называется эффективным интервалом кристаллизации.

h - вязкость; 1/h - текучесть;e - деформация;d - пластичность;Т₁ – температура начала образования скелета кристаллита и начала деформации кристаллизующегося металла;Т_э – эквикохезивная температура; Т_с, Т_л – температура солидуса и ликвидуса;Т₂ – верхняя температурная граница температурного интервала хрупкости (ТИХ);a₂ > a₁ – коэффициент линейного расширения. На участке между Т_л и Т_с пластичность металла будет определяться либо вязкостью, либо текучестью жидкой прослойки между зёрнами металла. Т.е. при уменьшении температуры текучесть уменьшается, а вязкость увеличивается. После Т_с межзёренные прослойки затвердевают и их пластичность d начинает увеличиваться до максимального значения для этого сплава. Прочность прослойки также увеличивается. Чем больше d, тем лучше материал способен выдерживать напряжения. Происходит деформация межзёренных прослоек и сварочные напряжения снимаются (релаксируются). Во время кристаллизации может наступить такой момент, когда текучесть жидкой прослойки, заключённой внутри скелета твёрдых кристаллитов уже мала, а прочность кристаллитов ещё недостаточна. В этом случая прослойка разрушается, появляются трещины. Т.о. область температур в которой способность кристаллитов металла деформироваться минимальна называется температурным интервалом хрупкости (ТИХ). При температурах меньше ТИХ прочность и пластичность возрастают. Напряжение в металле возникает вследствие деформации усадки, вызванной изменением объёма металла при охлаждении. Усадка начинается при некоторой температуре Т₂. Если кристаллизуется сплав с небольшим a, то максимальная деформация может быть меньше деформационной способности. Трещины не образуются. Если a велик, величина деформации усадки больше деформационной способности то металл разрушается, образуются трещины. Может случиться, что трещина образуется в тот момент, когда между кристаллитами имеются участки жидкой эвтектики (жидкой фазы с большим содержанием легирующих элементов). Тогда эта жидкость зальётся в трещину, происходит ”залечивание” трещины. В отличии от кристаллизационных, полигонизационные трещины не залечиваются (т.к. нет жидкости). Внешние признаки горячих трещи: горячие трещины почти всегда располагаются в металле шва. В околошовной зоне они могут быть тогда, когда в ней сильно оплавлены границы зёрен основного металла (сварка разных толщин;Поверхность металла внутри трещины окислена (цвета побежалости); разрушение идёт всегда по границам зёрен (трещина извилистая и даже разветвлённая).

2. Сварочная проволока. Стальную сварочную прово­локу сплошного сечения выпускают по ГОСТ 2246-70 и специ­альным техническим условиям. Проволоку, предназначенную для механизированной сварки, иногда выпускают в мотках, не требующих перемотки в кассеты полуавтоматов и автоматов. Буквы А и АА в конце обозначений марок проволоки указывают на по­вышенную чистоту металла по сере и фосфору. Э - для производства электродов; О - омедненная, Ш, ВД, ВИ - полученные соответственно электрошлаковым, вакуумно-дуговым или вакуумно-индукцион­ным переплавом. Марки сварочных проволок разделены на три группы: низкоуглеродистые, легированные и высоколегированные. Наряду со сварочной имеется и наплавочная стальная про­волока как сплошного сечения, так и с порошковым сердечником. Для сварки и особенно наплавки часто используют стальные ленты, пластины, прутки и порошки. Их изготовляют как по техническим условиям, так и по ГОСТ достаточно широкой но­менклатуры. Сварочная проволока из алюминия и алюминиевых сплавов. Промышленность выпускает тянутую и прессо­ванную сварочную проволоку сплошного сечения. Размерный ряд диаметров проволок укладывается в пределах 0,8-12,5 мм. Пять групп: из алюминия; 2) из сплавов системы Аl - Мn; 3) из сплавов системы Аl - Mg; 4) из сплавов системы Аl - Si; 5) из сплавов системы Аl - Cu. Проволока для сварки титана и его сплавов. Проволока нестандартизована. Электроды. 1. Электроды с кислым покрытием (вид А, СМ-5). Основу шлака кислого покрытия со­ставляют руды железа и марганца, а также алюмосиликаты. Газовая защита обеспечивается за счет использования органических составляю­щих. Для раскисления шлака и металла сварочной ванны в покры­тия вводят ферромарганец.2. Электроды с основным покрытием (вид Б, УОНИ-13/55). Шлаки основных покрытий формируются на базе карбонатов и плавикового шпата. Газовая защита создается в результате диссоциаuии карбонатов Газовая фаза содержит некоторое количество паров воды. Преимущество электродов с основным покрытием­ пониженная чувствительность к образованию дефектов из за серы. Это обусловлено высокой основностью шлаков и наличием в их составе оксида кальция Электроды с основным покрытием применяют при сварке низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей. 3. Электроды с рутиловым покрытием. Основу шлаков с рутиловым покрытием составляют рутиловый концентрат, алюмосиликаты, карбонаты. Газовая за­щита создается за счет разложения карбонатов, органических добавок и выделения кристаллизационной влаги Раскисление шлака и металла сварочной ванны достигается в основном благодаря введению ферромарганца. Необходимо отметить, что отсутствие в составе рутило­вых покрытий руд позволяет снизить содержание в покрытии раскислителя - ферромарганца. Благодаря этому использо­вание электродов с рутиловым покрытием улучшает санитарно-­гигиенические условия сварки, так как они при расплавлении выделяют меньше пыли и токсичных оксидов марганца. 4. При сварке электродами с целлюлозным покрытием защита металла сварочной ванны в основном обеспечивается газами в ре­зультате разложения органических составляющих. Для создания хорошей газовой защиты в состав покрытия вводят значительное количество органических составляющих (целлюлозу). Образующиеся в результате разложения органических соста­вляющих газы содержат значительное количество водорода. Для уменьшения растворения водорода в жидком металле и предупреждения образования пор в состав покрытия вводят титановый концентрат, марганцевую руду.Малый коэффициент массы покрытия (15-25 %) позволяет использовать электроды с целлюлозным покрытием для сварки тонкого металла; при наличии зазоров в соединении; для сварки первого слоя шва без подкладки

3. Трансформаторы для контактной сварки. Все сварочные трансформаторы контактных машин – двухобмоточные. Основные конструктивные элементы – магнитопровод, первичная и вторичная обмотки. Вспомогательные элементы конструкции - крепежные, стяжные и установочные детали, контактные плиты вторичного витка, выводы и отводы от катушек первичной обмотки Пример: Трансформатор состоит из магнитопровода броневого типа. Вторичная одновитковая обмотка разбита на отдельные секции, вырезанные из толстолистовой электротехнической меди марки М1 толщиной 10мм. Секции соединены между собой параллельно путем приваривания к контактным плитам. Вторичный виток охлаждается водой, проходящей по трубкам, припаянным по наружному периметру каждой секции. Катушки первичной обмотки – дисковые, изготовлены из изолированного обмоточного провода прямоугольного сечения. Между собой катушки соединяются медными перемычками. Катушки охлаждаются путем теплоотдачи секциям вторичного витка. Соединение катушек с переключателем ступеней производится с помощью отводовиз гибкого медного провода с прорезиновой изоляцией с напаянными на оба конца наконечниками. Магнитопровод трансформатора набран из пластин электротехнической холоднокатаной стали. Катушки первичной обмотки вместе с секциями вторичного витка залиты в единый моноблок эпоксидным компаундом.