Файл: Елистратов, П. С. Сварка чугуна сталью.pdf

ш

ed

Е~ U

ои

зя

S

я

о

я

я

S

я

X

124.

Хим ический состав металла шва

Так как состав сварочного материала имеет большое значение для состава металла шва, то для определения роли его была произведена наплавка металла разным сварочным материалом на стальную малоуглеродистую пластину. Наплавка производилась многослойная. Из наплавленного металла брали стружку для химического анализа.

Как видно из полученных данных (табл. 7), наплав­ ленный металл при всех исследованных методах наплав­ ки содержит очень мало примесей, особенно углерода и кремния. Следовательно, применяемая окислительная среда оказывается достаточно эффективной с точки зре­ ния окисления углерода, кремния и других элементов.

Химический состав металла шва при наплавке на чугун зависит от сварочного материала, отношения hjhz и от числа слоев. При наплавке на серый чугун металла электродами СЧС-ТЗ при разном числе слоев получены

125

данные, приведенные в табл. 8. При однослойной наплав­ ке металл содержит много углерода п кремния — полу­ чается высокоуглеродистая сталь. Наплавка в два-три слоя заметно снижает содержание углерода и кремния, а при большем числе слоев металл шва оказывается малоуглеродистой сталью.

Рис. 28. Распределение элементов по слоям наплавленного металла двухслойная, электрод СЧС-М; 3—многослойная, электрод СЧС-ТЗ); газовых атмосферах (/ — аргона; 2 — углекислого газа; 3 — воздуха;

126

Выше отмечалось, что по высоте шва наблюдается неравномерное распределение примесей металла. В со­ ответствии с этим представляет интерес проследить рас­ пределение легирующих элементов по высоте металла шва. С этой целью на серый чугун была произведена наплавка металла в один-два слоя н больше, которые затем были подвергнуты отжигу (860 °С, 2 ч) для устра­ нения твердых структурных составляющих. Из наплавок выстругивались образцы для химического анализа, стружка у образцов снималась последовательно толщи­ ной 0,5 или 1 мм. Каждый снимаемый слой нумеровался, начиная от чугуна. Схема вырезки образцов для послой­ ного анализа приведена на рис. 27. На рис. 28, а приве­ дены графики распределения углерода по слоям при руч­ ной наплавке металла, а на рис. 28, б, в — соответствую­ щие графики распределения углерода и кремния при полуавтоматической наплавке в разных газовых средах.

Анализ полученных данных показывает, что во всех случаях наиболее резкое изменение химического состава металла происходит в пределах 1—2 мм от чугуна. Это собственно зона сплавления, граничащая с одной сторо-

N: а — ручная наплавка (/ — однослойная, электрод СЧС-М; 2 —

б, в — полуавтоматическая наплавка проволокой СВ-08ГСА в разных 4 — кислорода)

127

Глава III

СТРУКТУРА МЕТАЛЛА СВАРНОГО ШВА

7. СТРУКТУРА МЕТАЛЛА ШВА

Под металлом шва будем понимать ту часть сварно­ го соединения, которая в процессе сварки находилась в жидком состоянии. Следовательно, структура такого металла будет зависеть не только от химического состава его, но и от условий кристаллизации и скорости охлаж­ дения. При сварке сварной шов образуется из отдельных

деляет общую структуру металла шва. Поэтому за осно­ ву изучения структуры металла шва целесообразно при­ нимать стуктуру единичного валика, наплавляемого при заданных условиях. Значение многослойиости сварного шва для его структуры определяется соответствующим термическим влиянием, что необходимо учитывать при анализе структуры многослойного шва.

Скорость охлаждения металла шва

Многие исследователи изучали скорость охлаждения металла шва. Н. Н. Рыкалин предложил расчетные мето­ ды определения скорости охлаждения металла шва для разных режимов сварки. Применение расчетных мето­ дов к условиям сварки чугуна сталыо встречает ряд трудностей в связи с тем, что металл шва представляет собой железоуглеродистый сплав переменного состава. Вследствие этого отдельные участки сварного шва бу­ дут иметь разные значения теплофизических величин, усреднение которых, применяемое в обычных расчетах, приведет к искаженным результатам. Кроме того, нет до­ статочно точных данных по теплофизическим величинам и изменениям их с повышением температуры. Для полу-

чения фактических скоростей охлаждения металла шва экспериментально определяли скорость охлаждения, ру­ ководствуясь общими теоретическими положениями расчетного метода. Для экспериментов были взяты пла­ стины серого чугуна с содержанием (%): общего угле­ рода 3,34, кремния 2,05, марганца 0,78, серы 0,09 и фос­ фора 0,285. Пластины размером 250X200X15 мм после

структура чугуна была ферритоперлитная, с крупными пластинами графита.

Сверху в средней части пластины простругивалась канавка шириной 9 мм и глубиной 5 мм, предназначен­ ная для заварки, что имитировало сварку стыкового шва. Заварка выполнялась электродами марки СЧС-ТЗ про­ изводства Брянского машиностроительного завода диа­

ния скорости охлаждения пластин, кроме изменения ско­ рости сварки, применяли подогрев пластин до 100—200 и 500°С. Замер температуры металла ванны производи­ ли термопарой ПП-1, горячий конец которой погружали в затвердевающую сварочную ванну. Погружение термо­ пары производили в тот момент, когда сварочная ванна находилась на середине шва. Запись температуры про­ изводилась регистрирующим потенциометром при скоро­ сти перемещения ленты 6 мм/с. По полученным данным были рассчитаны скорости охлаждения металла ванны для семи различных интервалов температур, представ­ ляющих наибольший интерес для структуры металла:

в интервале 1200— 1100 °С может происходить обра­ зование первичного графита при затвердевании жидко­ го металла;

винтервале 1200—700 °С металл находится в моди­ фикации y-Fe и скорость охлаждения имеет значение для процессов, происходящих в аустените;

винтервале 900—700 °С происходят эвтектоидные превращения и скорость охлаждения определяет полу­ чающиеся структуры;

в интервале 1200—300 °С происходят практически все структурные превращения и скорость является средней;

130

винтервале 700—300 °С происходят послеперлитные превращения;

винтервале 700—500 °С происходят образование и формирование перлитных структур и верхнего бейнита;

в интервале 500—300 °С образуются нижний бейнит

иигольчатые троостомартенситные структуры. Применяемые режимы сварки и полученные скорости

охлаждения приведены в табл. 9. Из данных таблицы видно, что диапазон изменения скоростей довольно боль­ шой. Скорость сварки и температура пластин имеют су­ щественное значение для скорости охлаждения металла шва. При этом изменение скорости сварки оказывает более существенное влияние на скорость охлаждения, чем соответствующие изменения температуры подогрева пластины.

Скорость охлаждения металла шва зависит от ин­ тервала температур, в котором она замерялась. Причем эта зависимость обратно пропорциональная. Величина скорости зависит также от максимальной температуры, в данном интервале температур наблюдается пропор­ циональная зависимость. На скорость охлаждения вли­ яет и сила тока: чем меньше она, тем больше скорость охлаждения. С учетом изложенного функциональную за-

Т а б л и ц а 9

Р ежимы сварки и скоро сть охлаж д ения металла ш ва в интервалах тем ператур