Анализ микроструктуры металла шва
Традиционно в литературе выделяют 6 основных зон сварного соединения: металл шва, участок неполного расплавления (зона сплавления), участок перегрева, участок нормализации, участок неполной перекристаллизации, основной металл.
2
4
6
Рис. 4.19. Микроструктура металла шва
По сравнению с основным металлом сварной шов имеет типичную структуру литого металла, быстро затвердевшего в условиях интенсивного отвода теплоты. Из-за особенностей первичной кристаллизации металл шва имеет более мелкозернистую структуру, обладает высокими механическими свойствами даже без дополнительной термической обработки.
2
4
6
Рис. 4.20. Микроструктура на участке неполного расплавления
На снимках микроструктур наблюдаем поля феррита с небольшим количеством перлита. При сварке первым способом наблюдаются дендритные структуры. Сварка вторым способом обеспечивает более мелкодисперсную структуру металла шва за счет динамического воздействия защитной газовой струи и более интенсивного перемешивания металла сварочной ванны, разбиения дендритов и образования множества новых центров кристаллизации. Кроме того, увеличивается скорость охлаждения и сокращается время пребывания металла шва в области высоких температур, и зерно не успевает вырасти.
Участок неполного расплавления представляет собой узкую полоску металла, в которой он в процессе сварки находится в твердожидком состоянии. На этом участке, представляющем собой тонкую переходную полоску от металла шва к основному металлу, и происходит собственно сварка, т.е. формирование кристаллов шва на частично оплавленных зернах основного металла.
Свойства этого участка и металла шва во многих случаях оказывают решающее влияние на работоспособность сварного соединения, т.к. при динамических нагрузках здесь чаще всего образуются трещины, ножевая коррозия, хрупкие разрушения и т.п..
Структура металла напоминает видманштеттову структуру. Иглообразное расположение феррита, перлит, сорбит. При сварке первым способом структурные составляющие более грубые и продолжительные. Сварка вторым способом обеспечивает мелкодисперсную структуру сварного соединения.
Участок перегрева (участок крупного зерна) включает металл, нагретый от температуры 1200°С до температуры плавления. Металл на этом участке претерпевает полиморфное превращение. При значительном перегреве происходит рост аустенитного зерна. Обычно металл на втором участке околошовной зоны обладает пониженной пластичностью и прочностью по сравнению с основным металлом.
2
4
6
Рис. 4.21. Микроструктура на участке перегрева
Участок нормализации обладает хорошими механическими свойствами. Происходящий здесь процесс перекристаллизации при нагреве и охлаждении приводит к значительному измельчению зерен металла. Структура металла становится более мелкозернистой по сравнению с исходной. Механические свойства металла этого участка обычно лучше, чем основного металла.
2
4
6
Рис. 4.22. Микроструктура на участке нормализации
На участке неполной перекристаллизации происходит частичная перекристаллизация, т.е. часть феррита остается в исходном состоянии, другая – образует аустенит. При последующем охлаждении и распаде аустенита образуется мелкозернистая структура, поэтому здесь, наряду с зернами основного металла, не изменившимися в процессе сварки, присутствуют зерна, образовавшиеся при перекристаллизации.
2
4
6
Рис. 4.23. Микроструктура участка неполной перекристаллизации
Так как режимы сварки при первом и втором способе одинаковые, то и количество тепла, введенное в сварные соединения, будет равным. Это подтверждает микроструктура участка нормализации и участка неполной перекристаллизации (рис. 4.22 и 4.23).
Рис. 4.19. Микроструктура основного металла
В результате эффекта отжига при наложении второго шва, в первом шве (Y=6 мм) достигается более равновесное структурное состояние (рис. 4.19–4.23), что подтверждается однородностью распределения твердости (рис. 4.18) и благоприятно сказывается на уровне механических свойств соединения в целом.
По результатам исследования установлено, что способ 2 обеспечивает надежное качество соединения и уменьшение структурной неоднородности, способствует измельчению структуры металла шва, формирует плавный переход от наплавленного металла к основному, что улучшает эксплуатационные свойства и равнопрочность сварных соединений
