Дослідження мікроструктури звареного шва

Мета роботи:

1. Ознайомитися з методикою мікродослідження зварених швів.

2. Дослідити мікроструктуру звареного шва.

Основні теоретичні положення

Одним з головних вимог до звареного шва є забезпечення його однакових властивостей з основним, зварюваним металом. Оскільки механічні властивості металу залежать від його структури, формування мікроструктури стає найважливішим еле­ме­н­том технології одержання звареного шва. У процесі зварювання метал у зоні звареного шва відчуває вплив температур у широкому діапазоні, в результаті чого змінюються його структура і механічні властивості. Ця зона називається зоною термічного впливу (ЗТВ). Максимальна температура буде в центрі звареного шва (вище температури плавлення металу). В міру віддалення від центра шва температура металу знижується до температури навколишнього середовища. Слід враховувати, що у всіх ділянках ЗТВ процеси структурних перетворень, склад, характеристики кінцевої структури, а отже, і механічні властивості зварених з'єднань значною мірою залежать від режимів зварювання і термообробки, хімічного складу і вихідного структурного стану металу.

Основним металом будівельних конструкцій, що підлягають зварюванню, є сталі. У процесі зварювання нагрів приводить до структурних змін у сталі відповідно до діаграми стану «залізо - вуглець». Після формування звареного шва утворюються наступні зони: литого металу (1), частково розплавленого металу (2), перегрітого металу (3), нормалізованої сталі (4), металу з неповним фазовим перетворенням (5) і сталі, що не одержала структурних перетворень (6).

Рис.1 - Структури в зоні термічного впливу: 1- повне розплавлення; 2 - неповне розплавлювання; 3 - зона перегріву; 4 - нормалізація; 5 - неповна перекристалізація; 6 - зона рекристалізації; 7 - зона синьокрихкості

Рис.2 - Структури в біляшовній зоні

Ділянка 1 являє собою грубозернисту структуру, в якій можливе розчинення газів і різних домішок.

Ділянка 2 утворює межу переходу від розплавленого металу до твердого і характеризується наявністю мікронеоднорідностей.

Ділянка 3 - ділянка великих аустенітних зерен, з яких при охолодженні утворюється структура зі зниженою ударною в'язкістю і підвищеною крихкістю. Поява такої структури залежить від вмісту вуглецю і швидкості охолодження.

Ділянка 4 - ділянка нормалізації. Для цієї ділянки характерна відносно дрібнозерниста структура аустеніту, що має після охолодження високі механічні властивості.

Ділянка 5 - ділянка неповної перекристалізації. Структура сталі після охолодження аустенитно-феритної структури має меншу міцність у порівнянні з нормалізацією.

Ділянка 6 - ділянка відпуску (t = 600°С), структура ферито-перлітна. Механічні властивості після охолодження цілком задовільні.

Ділянка 7 - при температурах близько 300 - 400°С спостерігається синьокрихкість, тобто знижена пластичність при негативних температурах. Деформування сталі при цих температурах може призвести до появи тріщин і руйнуванню.

Швидкість охолодження й умови зварювання також впливають на структуру шва. Якщо об’єм зварювальної ванни невеликий чи швидкість зварювання висока, стовпчасті кристали можуть рости до зустрічі в центральній частині шва. При великій ванні і повільному охолодженні в центральній частині шва утворюється зона рівноважних кристалів. При зварюванні на охолоджуваній металевій поверхні кристалізується тонкий шар розорієнтированих кристалів, що служать зародками для зростаючих від них стовпчастих кристалів. При багатошаровому зварюванні кристали кожного попереднього шару стають основою для кристалізації наступних шарів.

Крім впливу на механічні властивості сталі, структурна неоднорідність приводить до появи напружень у звареному шві, що викликають короблення і появу тріщин.

Неоднорідність структури в ЗТВ може бути частково чи повністю усунута при наступній термічній обробці, що полягає в нагріванні звареного шва, витримуванні в нагрітому стані й охолодженні. Термообробку призначають для відповідальних конструкцій. Вид термічної обробки вибирають, головним чином залежно від хімічного складу стали.

Порядок проведення роботи

Для дослідження структури звареного шва готують зразок, що являє собою розріз шва в поперечному перерізі. Підготовку досліджуваної поверхні виконують за методикою, викладеною в лабораторній роботі № 2, тобто виготовляють мікрошліф. Зразок розглядають на металографічному мікроскопі.

У процесі дослідження необхідно відзначити порівняльний розмір зерен, їхнє взаємне розташування і розташування щодо осі шва. Картину структури, що спостерігається, необхідно занести в журнал і дати їй опис відповідно до уявлень викладених в теоретичній частині роботи.

Зміст звіту

1. Графік зміни температури в поперечному перерізі звареного шва і схема структур у зоні термічного впливу з їхнім описом.

2. Зображення ділянки діаграми стану Fe-С для низьковуглецевих сталей.

3. Опис методики підготовки зразка звареного шва для мікроскопічного аналізу.

4. Результати дослідження у вигляді замальовки структури, що спостерігається, і її описом.

Запитання для самоперевірки

1. Що називається зоною термічного впливу (ЗТВ)?

2. Які структури утворяться в ЗТВ?

3. Чим пояснюється розходження в механічних властивостях основного металу і звареного шва?

4. Як можна змінити структуру в ЗТВ?

5. Чим обумовлена поява тріщин у звареному шві?

НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ

Методичні вказівки

до виконання лабораторних робіт

з дисципліни

“Метали і зварювання в будівництві”

(для студентів 3 курсу денної форми навчання спеціальності

6.060101 "Промислове і цивільне будівництво").

(Рос. мовою)

Укладачі: В.Ф.Сидоренко

Н.В.Гарбуз

ВЕРХУША Олександр Олексійович

В авторській редакції

Комп’ютерне верстання:

План 2010, поз.182 М

Підп. до друку 20. 12. 2010р. Формат 60 х 84/16

Друк на ризографі. Ум. друк. арк. 2,3

Зам. № Тираж 50 пр.

Видавець і виготовлювач:

Харківська національна академія міського господарства,

вул. Революції, 12, Харків, 61002

Електронна адреса: [email protected]

Свідоцтво суб’єкта видавничої справи:

ДК № 4064 від 12. 05. 2011р.