Предприятие Сельскохозяйственного Машиностроения "Daewoo-Market"

Влияние температурного градиента на дополнительное развитие растягивающих деформаций

2014-07-16T16:15:11Z

В зависимости от термического цикла сварки трещины на участке полурасплавленного металла могут возникать как при охлаждении, так и при повышении температуры в нем в условиях затвердевания. К факторам, определяющим склонность к образованию кристаллизационных трещин в зоне термического влияния, относятся: 1 химический состав, структура свариваемого сплава и характер формирования зерен в участке частичного расплавления; 2 химический состав металла шва, способ и кинетика его затвердевания; 3 температурное поле и его изменение в шве и в зоне термического влияния, определяемые способом сварки. Различные сплавы по-разному склонны к образованию кристаллизационных трещин в шве и рядом со швом. Нашими исследованиями было обнаружено, что в эвтектических системах сплавов в частности, в алюминиевых сплавах наибольшей склонностью к образованию кристаллизационных трещин в околошовной зоне обладают относительно высоколегированные сплавы, имеющие резко выраженную строчечную структуру в деформированном состоянии.

Эти сплавы, как правило, мало склонны или почти не склонны к образованию кристаллизационных трещин в шве. Учитывая, что в малолегированных сплавах эвтектической системы кристаллизационные трещины в шве образуются в интервале жидко-твердого состояния, а в среднелегированных сплавах — в интервале твердо-жидкого состояния, изменение склонности к образованию кристаллизационных трещин в зависимости от состава можно представить схематически в виде рис, 100, Кривая изображает изменение зависимости состав-склонность к образованию кристаллизационных трещин в шве в интервале жидко-твердого состояния, — в шве в интервале твердо-жидкого состояния, — рядом со швом, изображает экспериментально определяемую склонность к образованию кристаллизационных трещин без расчленения на возможные виды ее проявления.

Тепловой подпор

2014-07-15T15:56:54Z

Влияние температурного градиента на дополнительное развитие растягивающих деформаций в процессе кристаллизации особенно наглядно видно при отливке сплавов при постоянной температуре перегрева в жесткие формы, подогретые до различных температур. Результаты определения склонности к образованию кристаллизационных трещин сплавов А1-Си и Al-Si при отливке их в чугунный кокиль, нагретый до 20, 150, 350 и 500°. Перегрев сплавов был постоянным и равным 100°. Из этих данных видно, что с уменьшением температурного градиента и соответственно скорости охлаждения уменьшается и склонность к образованию кристаллизационных трещин. Максимальной склонностью к образованию кристаллизационных трещин обладают сплавы двойных систем А1-Си и Al-Si примерно постоянных составов, независимо от скорости кристаллизации. При большой скорости кристаллизации охлаждение в непо-догретую изложницу действие термических деформаций перекрывает действие других факторов усадки и термического сжатия и при этом максимум склонности к образованию кристаллизационных трещин размывается и распространяется на больший интервал составов данной системы.

Разная скорость охлаждения, создаваемая при этом, влияет и на структуру сплавов при кристаллизации, в частности, на перераспределение жидкой и твердой фаз в кристаллизующемся сплаве и на ширину температурного интервала твердо-жидкого состояния. Кристаллизационные трещины в зоне термического влияния сварки могут образоваться при затрудненной усадке сварного шва в следующих условиях: 1 когда сварной шов успевает затвердеть в то время, как участок полурасплавленного основного металла находится в жидко-твердом состоянии со сплошными прослойками жидкой фазы по границам зерен, не препятствующей практически термическому сокращению сварного шва и основного материала; 2 когда сварной шов находится в твердо-жидком состоянии, обладая определенной, хотя и малой прочностью, тогда как участок полурасплавленного металла не оказывает сопротивления усадочным деформациям шва и термическому сокращению основного металла в твердом состоянии.

Компенсация усадки затвердевания тепловым подпором

2014-07-09T06:57:39Z

Тепловой подпор создается, в частности, при подогреве основного металла в процессе сварки или при искусственном уменьшении теплоотвода от основного металла на небольшом расстоянии от выполняемого шва. Общеизвестно, что при сварке в условиях низкой температуры окружающего воздуха или под действием сквозняка в производственном помещении склонность сплавов к образованию кристаллизационных трещин больше, чем при сварке в нормальных условиях. Увеличение склонности к образованию кристаллизационных трещин связано при этом не только с усилением теплоотвода от поверхностей свариваемых деталей. Подогрев деталей перед сваркой уменьшает тепловой градиент в сварном соединении при кристаллизации и тем самым снижает склонность его к образованию трещин.

Подогрев деталей в процессе сварки, кроме того, может задержать во времени начало развития термического сокращения основного металла рядом со швом. Однако при использовании подогрева как способа, предотвращающего возникновение кристаллизационных трещин, необходимо учитывать возможное его влияние на развитие процессов частичного оплавления границ зерен рядом со швом.

Если подогрев увеличивает время пребывания сплава в твердо-жидком состоянии, но при этом не предотвращает развития растягивающих деформаций, это может увеличить вероятность разрушения в околошовном участке. На развитие теплового подпора и на момент начала термического сокращения околошовного участка оказывают большое влияние и конструктивные особенности сварного соединения.

Не всегда и не во всех случаях сварки существует прямая связь между скоростью нарастания деформации при кристаллизации и скоростью охлаждения сплава в процессе сварки. В практике сварки плавлением разработан ряд приемов быстрого местного охлаждения отдельных участков сварного соединения медные подкладки на обратной стороне сварного шва и т. д., способствующих уменьшению или устранению склонности к образованию кристаллизационных трещин.

Выделение газов

2014-07-03T00:28:24Z

Важное значение для развития или торможения деформаций растяжения в зоне шва и ближайшего к шву околошовного участка и, в связи с этим, для изменения условий, способствующих образованию кристаллизационных трещин при сварке, имеет тепловой режим, влияющий на объемные и линейные изменения основного металла рядом со швом. Тепловое расширение основного металла вне зоны шва при кристаллизации в условиях сварки тепловой подпор может частично или полностью компенсировать влияние усадки затвердевания, обусловливающей развитие деформаций растяжения в каркасе из сросшихся дендритов. Влияние теплового подпора на уменьшение или увеличение возможности образования кристаллизационных трещин при сварке отчетливо видно при испытании сплавов в зажимном приспособлении с изменением расстояния от места зажима образца до сварного шва: склонность к образованию кристаллизационных трещин при большом расстоянии от зажима до шва меньше, чем при уменьшении этого расстояния.

Тепловой подпор эффективно действует в том случае, когда расширение металла рядом со швом происходит одновременно с кристаллизацией металла в сварном шве. И, наоборот, в случае термического сокращения околошовного участка сразу после прохождения сварочным источником этого сечения могут быть вызваны добавочные деформации растяжения в кристаллизующемся металле, т. е. могут облегчаться условия возникновения кристаллизационных трещин. Результаты, полученные при изучении склонности сплавов А1-Си к образованию трещин при кислородно-ацетиленовой сварке в различных стальных зажимных приспособлениях. Большое приспособление имело вес 18 кг, малое — 3 кг. Расстояние от шва до места зажима было одинаковым и равным 25 мм. По-видимому, повышенная склонность к образованию трещин этих сплавов при сварке в большом зажимном приспособлении связана с более сильным отводом тепла от сварного соединения.

Предварительные исследования

2014-06-25T19:36:08Z

В ряде случаев весьма эффективным может быть залечивание путем уменьшения общей усадки затвердевания сплава в процессе его затвердевания. В связи с тем, что кристаллизационные трещины возникают, главным образом, под действием усадки затвердевания, все способы, противодействующие этой усадке, должны способствовать предотвращению образования таких трещин. Одним из способов уменьшения усадки затвердевания сплавов является увеличение содержания газов в период пребывания сплава в жидком состоянии.

Выделение растворенных в металле газов в условиях достаточно быстрой кристаллизации приводит к образованию в нем газовых пор и к уменьшению общей усадки затвердевания. Как показывают наши наблюдения, при отливке образцов кольцевой литейной пробы из сплавов, изготовленных на сильно загазованном алюминии, склонность их к образованию трещин резко снижается, но снова проявляется после повторного расплавления и удаления газа из металла при выстаивании в течение некоторого времени.

Выделение газов не по всему объему, а только по границам зерен не только не предотвращает растрескивания сплава, но способствует еще большему проявлению склонности его к образованию трещин, так как при этом разрушаются связи по границам зерен. Подобное явление было, в частности, обнаружено при сварке аустенитных сталей и при пайке латунью. Повышение газосодержания в сварных швах из алюминиевых сплавов с целью снижения склонности их к образованию трещин в настоящее время не находит применения в связи с тем, что сварные швы, содержащие значительное количество газовых пор, как правило, имеют пониженные прочность и пластичность.

Однако, как показывает опыт металлургов, для сплава В95 положительный эффект может быть достигнут уже при небольшом газосодержании, при котором еще не наблюдается снижения удлинения сплава в литом состоянии. Вероятно, и для случаев сварки введение в шов, например через присадочный материал, некоторого минимального количества водорода, может способствовать снижению растрескивания сварного соединения без ощутимого ухудшения его пластичности.