Влияние физико-химических реакций на качество металла шва

В процессе кристаллизации сварочной ванны растворимость азота, водорода и кислорода снижается скачкообразно, и возникают предпосылки для обратного их выделения. Это может явиться одним из факторов, способствующих или обусловливающих появление и развитие пор в металле шва.

Вместе с тем повышение концентрации перечисленных газов в металле швов может способствовать снижению механических свойств сварных соединений, образованию трещин и т. д.

Кислород. Как уже отмечалось, окисление металла приводит преимущественно к тому, что продукты раскисления реакций остаются в закристаллизовавшемся металле в виде мелкодисперсных оксидных включений, повышая общую концентрацию в нем кислорода. Повышение общей концентрации кислорода в металле швов способствует снижению пластичности и ударной вязкости металла.

В дополнение к этому насыщение металла кислородом может явиться одной из причин старения металла шва. Оксиды по границам зерен снижают ударную вязкость и усталостную прочность.

Азот. Увеличение концентрации азота в низкоуглеродистых и низколегированных сталях оказывает существенное влияние на их прочностные и пластические свойства. Азот может явиться одной из причин старения металла шва, сопровождающегося повышением его твердости и снижением пластичности и вязкости.

Водород. Может самостоятельно или в сочетании с другими факторами приводить к различным дефектам. В зоне термического влияния или в наплавленном металле при сварке высокопрочных сталей с повышенным содержанием водорода возможны замедленные хрупкие разрушения. В наплавленном металле, содержащем водород, при быстром охлаждении могут образоваться микротрещины снижающие усталостную прочность.

Деформации, перемещения и напряжения при сварке

Виды деформаций

В точках детали при сварке возникают температурные деформации ε_α, а также деформации ε_с, вызванные силовым взаимодействием неравномерно расширяющихся частей детали. При отсутствии внешних нагрузок, приложенных к детали, деформации ε_с могут быть названы собственными, иногда их называют также внутренними:

ε_с = ε - ε_α, (5.1)

где ε - наблюдаемые деформации, характеризующие изменения размеров детали.

Деформации, изменяющиеся в процессе сварки, называются временными, а остающиеся после остывания детали - остаточными. Собственные деформации состоят из упругих ε_упр, пластических ε_пл и начальных ε₀ деформаций.

ε_с = ε_упр + ε_пл + ε₀ (5.2)

Начальными называются собственные деформации, имевшиеся в детали до сварки. При протекании в металле структурных и фазовых превращений вызванные ими деформации входят в ε_α.