- •Государственный технический
- •1. Классификация способов
- •1.1. Точечная сварка
- •1.2. Роликовая сварка
- •1.3. Рельефная сварка
- •1.4. Стыковая сварка
- •2. Образование соединений
- •2.1. Формирование соединений при точечной,
- •2.2. Формирование соединений при стыковой сварке
- •3. Основные процессы
- •3.1. Нагрев, расплавление и кристаллизация металла
- •3.1.1. Источники теплоты при сварке
- •3.1.2. Контактные сопротивления
- •3.1.3. Собственное сопротивление деталей
- •3.1.4. Общее сопротивление деталей
- •3.1.5. Температурные и электрические поля
- •3.1.6. Шунтирование тока
- •3.2. Пластическая деформация металла
- •3.3. Удаление поверхностных пленок
- •4. Сопутствующие процессы
- •4.1. Тепловое расширение металла при сварке
- •4.2. Процессы массопереноса в контакте электрод-деталь
- •4.3. Воздействие термодеформационных процессов
- •4.4. Образование остаточных напряжений
- •5. Основные дефекты, природа
- •6. Программирование процесса
- •Список рекомендуемой литературы
- •Стандарты
- •Патенты (1994 – 2008 г.)
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •Учебное издание
- •Контактная сварка
- •3 94026 Воронеж, Московский просп., 14
4.3. Воздействие термодеформационных процессов
на свойства металла зоны сварки
Металл, в процессе сварки, подвергается термодеформационному воздействию, оказывающему влияние на структуру и свойства металла ядра и околошовной зоны.
При больших скоростях охлаждения, характерных для контактной сварки, увеличивается вероятность переохлаждения жидкого металла, усиливаются процессы ликвации.
Литой металл ядра отличается низкой пластичностью, особенно при соединении металлов, чувствительных к термическому циклу. Зоны, в которых отмечается развитие ликвационных процессов, также характеризуются повышенной хрупкостью.
Неравномерность состава шва с трудом выравнивается даже при последующей термообработке.
В околошовной зоне наблюдаются изменения исходной структуры и свойств металла вследствие закалки, оплавления легкоплавких эвтектик по границам зерен, отпуска, частичного отжига, снятия нагартовки, рекристаллизации и т. п. Таким образом, в результате неравномерного нагрева в околошовной зоне отмечается широкая гамма структур при относительно малой ширине зоны термического влияния.
4.4. Образование остаточных напряжений
В стадии охлаждения в зоне сварки (этап III) возникает сложнонапряженное состояние металла из-за несвободной усадки и действия усилия сжатия.
Характер распределения внутренних напряжений изменяется во времени, так как зависит не только от усадки и внешнего давления, но и от сопротивления пластической деформации металла. В начале охлаждения или при относительно малом значении σд усадка вдоль оси z в значительной мере компенсируется деформацией металла от Fсв, и при точечной сварке в этом направлении растягивающие напряжения невелики, а в приэлектродной области часто обнаруживаются остаточные сжимающие напряжения.
Усадка в продольном направлении (вдоль оси r) практически не остается некомпенсированной, так как за счет охлаждения вокруг литого ядра образуется своеобразный жесткий каркас, препятствующий деформации от внешнего усилия в этом направлении. Поэтому в центральной части зоны сварки получают развитие процессы образования остаточных радиальных σr и окружных σθ напряжений (рис. 39).
Рис. 39. Остаточные напряжения после точечной сварки
Механизм образования этих напряжений можно пояснить следующей схемой. При охлаждении внутренние слои, например, в виде кольца стремятся укоротиться, однако соседние наружные более холодные слои препятствуют этому, и в них образуются остаточные растягивающие напряжения σr и σθ. При удалении от ядра температура и величина усадки снижаются, растягивающие напряжения уменьшаются до нуля. На значительном расстоянии σθ меняют свой знак и превращаются в сжимающие. Следует иметь в виду, что при охлаждении остаточные растягивающие напряжения могут превышать предел текучести σт. После полного охлаждения уровень напряжений меньше σт.
Если по мере охлаждения зоны сварки за счет увеличения внешнего давления вызвать дополнительную пластическую деформацию металла и тем самым обеспечить компенсацию усадочных процессов, можно снизить и даже преобразовать растягивающие напряжения σr и σθ в сжимающие. Это практически реализуется путем плавного или ступенчатого (желательно) повышения усилия сжатия до Fков (рис. 40).
Р ис. 40. Схема напряженного состояния металла на стадии охлаждения; р1, р2, р3,и σ1, σ2, σ3, - средние давления и остаточные напряжения соответственно при отсутствии ковочного усилия Fсв), ступенчатом его изменении (Fков’) и плавном увеличении (Fков’’)
При использовании постоянного усилия Fсв растягивающие напряжения σ1 на пояске (точка А) образуются при температуре пластического состояния металла (например, для углеродистой стали 600 0С) и развиваются до полного охлаждения околошовной зоны. Однако, если через определенный промежуток времени tк (точка Б) повысить усилие Fсв до Fков или давление с р1 до р2, то остаточные напряжения σ2 - в зоне сварки будут преимущественно сжимающими. Наилучшим, но трудно выполнимым в сварочных машинах вариантом является плавное изменение усилия Fков’’ при котором можно получить постоянное давление на охлаждающийся металл (р3) и сжимающие остаточные напряжения σ3.
Уменьшить количество усадочных дефектов можно также снижением σд путем замедленного охлаждения при использовании подогрева током, что дает возможность снизить Fков.
Так как образование остаточных напряжений за счет усадки продолжается до полного охлаждения, то становится значимым время проковки. При сварке малых толщин (до 1 мм) обеспечить необходимую для снижения остаточных растягивающих напряжений деформацию можно без приложения Fков.