Составители:
4 5
Лабораторная работа № 1
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МЕТАЛЛА СВАРНОГО ШВА
И ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ
Цель лабораторной работы – изучение структуры и механических
свойств сварных соединений, выполненных сваркой плавлением и дав-
лением.
При выполнении лабораторной работы необходимо:
1) изучить особенности образования структуры металла шва и око-
лошовной зоны в условиях сварки плавлением и давлением;
2) произвести сравнительный
анализ изменений структуры и свойств
сварных соединений, полученных сваркой плавлением и давлением, дать
оценку их качества.
Оснащение участка лабораторной работы:
оборудование – металлографические микроскопы МИМ-6, МИМ-7,
приборы для измерения твердости и микротвердости металла Роквелла
и ПМТ-3;
материалы – коллекция шлифов, приготовленных из образцов,
сваренных различными способами, реактивы;
плакаты – термокинетическая диаграмма распада аустенита
малоуглеродистой стали, микрофотографии структур строительных ста-
лей после различных условий охлаждения;
справочная литература – справочники, ГОСТы.
В сварном соединении, выполненном сваркой плавлением, обычно
выделяют 4 характерные зоны (рис. 1.1): металл шва, участок неполного
расплавления, зону термического влияния и основной металл, не под-
вергшийся термическому воздействию.
1
2 2
3 3
4 4
Рис. 1.1. Строение стыкового сварного соединения:
1 – металл шва; 2– зона сплавления; 3 – зона термического влияния;
4 – основной металл
Разделение сварного соединения на отдельные зоны вызвано тем, что
структура, а иногда и свойства металла шва и околошовной зоны после
сварки отличаются от свариваемого металла в исходном состоянии.
1. Особенности структурообразования металла шва
при сварке плавлением
При сварке плавлением под воздействием источника теплоты рас-
плавляются кромки основного (свариваемого) металла и электродный
металл, подаваемый в
сварочную ванну, а также покрытие или флюс.
Плавление происходит в зоне сварки – плавильном пространстве, кото-
рое перемещается вместе с источником теплоты. Плавильное простран-
ство, или сварочная ванна, условно может быть разделено на две части:
головную и хвостовую. В головной части происходит плавление, а в хво-
стовой – кристаллизация металла и формирование
шва.
В отличие от кристаллизации слитка для кристаллизации металла
сварочной ванны характерны следующие условия:
незначительный объем расплавленного металла;
быстрый локальный нагрев металла источником теплоты и быст-
рое его охлаждение;
наличие подвижного температурного поля, создаваемого источ-
ником теплоты, вследствие чего средняя скорость кристаллизации в пер-
вом приближении равна скорости сварки.
По сравнению с основным металлом сварной шов имеет типичную
структуру литого металла, быстро затвердевшего в условиях интенсив-
ного отвода теплоты. Литой металл, как правило, уступает прокатному
или кованому по своим пластическим
и вязким свойствам, так как имеет
более крупнозернистую структуру. Однако в отличие от слитков сварной
шов обычно содержит меньше N
2
, S, Р и С, имеет меньшие зональную
и внутрикристаллическую ликвации. Кроме того, из-за особенностей пер-
вичной кристаллизации металл шва имеет более мелкозернистую струк-
туру. В большинстве случаев сварные швы из малоуглеродистой и низко-
легированной сталей обладают высокими механическими свойствами
даже без дополнительной термической обработки. Микроструктура ме-
талла шва зависит, главным образом,
от условий первичной кристалли-
зации, которая во многом определяет его свойства.
Переход металла сварочной ванны из жидкого состояния в твердое
называется первичной кристаллизацией. Процесс затвердевания представ-
