Механизм образование газовой пористости

       Механизм образования газовой пористости за счет О₂ – кислород взаимодействует с углеродом с образованием пузырьков газа СО (2С + О₂ = 2 СО; FeO + С = Fe + СО) с последующим захлопыванием газовых пузырей кристаллизирующимся металлом сварочной ванны.

      Механизм образования газовой пористости за счет Н₂ и N₂ – изменение растворимости газов при охлаждении в расплавленном металле и выделение их в виде пузырьков: часть всплывает и уходит в атмосферу, а часть захлопывается кристаллизирующимся металлом сварного шва. 

Источники газов:

1. Ржавчина на поверхности свариваемых элементов.

       Ржавчина – FeO*H₂O Fe₂O₃*H₂O

          Нагрев         образование окалины (FeO, Fe₂O₃) + пары воды (H₂O      Н₂ + О)

          При нагреве: Fe₃O₄ + Fe = 4FeO Fe₂O₃ + Fe = 3FeO

FeO – частично растворяется в расплавленном металле, частично - в шлаке. FeO + С = СО

1. Наличие влаги в сварочных материалах (на поверхности сварочной проволоки, в покрытии электродов, в защитном газе, во флюсе) и на поверхности свариваемых материалов.

Fe_ж + Н₂О = Н₂ + FeO

1. Загрязнение свариваемых поверхностей органическими веществами (смазкой)

                                                          C_n(H₂O)_n-1          (n-1)CO + (n-1)H₂ + C.

1. Плохая защита расплавленного металла от атмосферы.

                                    к ислород            азот                водород

                                                       

МЕТАЛЛ

Методы по уменьшению вероятности образования газовой пористости:

1. Удаление ржавчины, влаги, органических веществ с поверхности свариваемых кромок.

1. Выбор оптимальных режимов сварки – форма ванны: широкая и неглубокая, пониженные скорости охлаждения.

Технологическая прочность сплавов.

      Основоположником науки о технологической прочности являлся русский ученый, профессор МВТУ им. Н.Э. Баумана Николай Никифорович Прохоров.

     Технологическая прочность материала характеризует его способность воспринимать без разрушения деформации и напряжения, возникающие в процессе его обработке.   

Технологическая прочность сплавов характеризует склонность сплавов к образованию горячих и холодных трещин.

Горячие трещины.

     Горячие трещины (кристаллизационные и подсолидусные) – хрупкое межкристаллическое разрушение металла шва и околошовной зоны, возникающее в твердо-жидком состоянии в процессе кристаллизации, а также при температуре ниже равновесного солидуса на 100-200°С..

                                       

Разновидности горячих трещин (топография)

1 и 2 - продольные в шве и околошовной зоне. 3 и 4 – поперечные в шве и околошовной зоне. 5 – поперечные по толщине свариваемого металла.

 

 

Методы определения склонности сплавов к образованию горячих трещин.

1. Лабораторные технологические пробы.

         Влияние ширины пробы на темп деформации - α

2. Машинные методы испытания – образцы во время сварки растягивают с различной скоростью. Строят диаграммы, критерий минимальная скорость растяжения, при которой образуются трещины – Vкр.

 

 

                                                                                                                            Диаграммы

 

3. Отраслевые технологические пробы – имитируют реальный сварной узел

   Проба «вварыш»                                 Проба ЦНИИТС

                   

δ = до 20 мм, 20-30мм, свыше 30

Критерий – наличие или отсутствие трещин.

Нет трещин – технология (материалы, режимы, последовательность проходов и др.) рекомендуется для производства.

Технологические мероприятия по уменьшению вероятности образования горячих трещин.

1. Повышение пластичности металла.

- выбор оптимального химического состава основного и сварочного материала.

- выбор оптимальных режимов сварки – получение объемной схемы кристаллизации, получение оптимальной геометрической формы шва – коэффициент формы шва должен находиться в диапазоне 1,3 – 3,0. (пси - Ψ =b/h)

                                                              b

                                                                                                  0,8       2,0

                                                                           h

                                                                                                                          Г.Т.

 

- применение специальных технологических мероприятий, позволяющих получить благоприятную структуру: электромагнитное перемешивание, импульсная сварка, сварка с дополнительным присадочным материалом, подаваемым в хвостовую часть сварочной ванны.

1. Снижение темпа деформации.

- оптимальная конструкция – увеличение жесткости конструкции (исключение изгиба заготовок);

- применение подогрева;

- небольшие скорости сварки.

Холодные трещины

Холодные трещины – замедленное локальное межкристаллическое разрушение металла сварного соединения, возникающее практически после полного его охлаждения (ниже 200ºС).

  

 

1 – продольные в шве.

2 – продольные в зоне термического влияния (откол).

3 – поперечные в шве.

4 – продольные в зоне сплавления (отрыв или отслаивание);

5 – поперечные в зоне термического влияния (частокол).

Холодные трещины чаще образуются в околошовной зоне (ОШЗ), чем в металле шва.

Методы оценки склонности материала к образованию холодных трещин.

I. Косвенный метод – по эквиваленту углерода Сэкв.

Если Сэкв< 0,45, то сплавы не склонны к образованию холодных трещин, если больше – имеется потенциальная возможность образования трещин.

При твердости меньше HV350 трещин нет (установлено практикой).

При Сэкв< 0,45 при всех скоростях охлаждения твердость ниже!

Сэкв = С + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni + Cu)/15 *

*Формула Международного института сварки

II. Испытания лабораторных технологических проб

                                              Крестовая проба

Пробу сваривают «в лодочку», при этом соблюдают одинаковую начальную температуру пробы перед сваркой: -40ºС ÷ 250ºС

Максимальная склонность в ОШЗ швов 3-4-2-1 (наиболее интенсивно трещины возникают в ОШЗ 3-го шва)       

Критерий – наличие трещин (при определенной температуре, в ошз определенного шва).

III. Испытания в условиях постоянно действующей нагрузки.

                                                      30ХН2МФА

             1-нагрузка после сварки; 2 – нагрузка через трое суток после сварки

 

IV. Испытания отраслевых технологических проб.