37
Классификация сварных соединений и швов Термины и определения основных понятий в области сварки устанавливает ГОСТ 2601-84 (в ред. 1992 г.). Термины, установленные стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, научно-технической, учебной и справочной литературе. Сварное соединение - неразъемное соединение, выполненное сваркой. Сварное соединение (рис. 1.1) включает три образующиеся в результате сварки характерные зоны металла в изделии: зону сварного шва 1, зону сплавления 2, зону термического влияния 3, а также часть основного металла 4, прилегающую к зоне термического влияния. Рис. 1.1. Сварное соединение Сварной шов - участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла. Металл шва - сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлами или только переплавленным основным металлом. Основной металл - металл подвергающихся сварке соединяемых частей. Зона сплавления - зона, где находятся частично оплавленные зерна металла на границе основного металла и металла шва. Эта зона нагрева ниже температуры плавления. Нерасплавленные зерна в этой зоне разъединяются жидкими прослойками, связанными с жидким металлом сварочной ванны и в эти прослойки имеют возможность проникать элементы, введенные в ванну с дополнительным металлом или сварочными материалами. Поэтому химический состав этой зоны отличен от химического состава основного металла. Зона термического влияния - участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке, наплавке или резке. Тип сварного соединения определяет взаимное расположение свариваемых элементов. Различают: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные и торцовые сварные соединения. Стыковое соединение - сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями и расположенных в одной плоскости или на одной поверхности (рис. 1.2). Поверхности элементов могут быть несколько смещены при соединении листов разной толщины (см. рис. 1.2, б). Рис. 1.2. Стыковые соединения Угловое соединение - сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев (рис. 1.3). Рис. 1.3. Угловые соединения Тавровое соединение - сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента (рис. 1.4).

Классификация сварных соединений и швов

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Классификация сварных соединений и швов

Классификация сварных соединений и швовТермины и определения основных понятий в области сварки устанавливает ГОСТ 2601-84 (в ред. 1992 г.). Термины, установленные стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, научно-технической, учебной и справочной литературе.Сварное соединение - неразъемное соединение, выполненное сваркой. Сварное соединение (рис. 1.1) включает три образующиеся в результате сварки характерные зоны металла в изделии: зону сварного шва 1, зону сплавления 2, зону термического влияния 3, а также часть основного металла 4, прилегающую к зоне термического влияния.

Рис. 1.1. Сварное соединениеСварной шов - участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла.Металл шва - сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлами или только переплавленным основным металлом.Основной металл - металл подвергающихся сварке соединяемых частей.Зона сплавления - зона, где находятся частично оплавленные зерна металла на границе основного металла и металла шва. Эта зона нагрева ниже температуры плавления. Нерасплавленные зерна в этой зоне разъединяются жидкими прослойками, связанными с жидким металлом сварочной ванны и в эти прослойки имеют возможность проникать элементы, введенные в ванну с дополнительным металлом или сварочными материалами. Поэтому химический состав этой зоны отличен от химического состава основного металла.Зона термического влияния - участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке, наплавке или резке.Тип сварного соединения определяет взаимное расположение свариваемых элементов. Различают: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные и торцовые сварные соединения.Стыковое соединение - сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями и расположенных в одной плоскости или на одной поверхности (рис. 1.2). Поверхности элементов могут быть несколько смещены при соединении листов разной толщины (см. рис. 1.2, б).

Рис. 1.2. Стыковые соединенияУгловое соединение - сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Угловые соединенияТавровое соединение - сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента (рис. 1.4).

Page 2: Классификация сварных соединений и швов

Рис. 1.4. Тавровые соединенияНахлесточное соединение - сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга (рис. 1.5, а, б). Отсутствие опасности прожогов при сварке облегчает применение высокопроизводительных режимов сварки. Применение нахлесточных соединений облегчает сборку и сварку швов, выполняемых при монтаже конструкций (монтажных швов).Торцовое соединение - сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу (рис. 1.5, е).

Рис. 1.5. Нахлесточные (а, б) и торцовое соединения (в)Сварные швы подразделяют по разным признакам: по типу шва, по протяженности, по способу выполнения, по пространственному положению и по форме разделки кромок.По типу сварные швы делят на стыковые, угловые и прорезные.Стыковой шов - сварной шов стыкового соединения. Угловой шов - сварной шов углового, нахлестанного или таврового соединений. Прорезной шов (рис. 1.6) получается в результате полного проплавления верхнего, а иногда и последующих листов, и частичного проплавления нижнего листа (детали). Частным случаем прорезного шва является точечный или пробочный шов (электрозаклепка - при дуговой сварке) (рис. 1.6, г). Прорезные швы при приварке толстого листа (рис. 1.6, д) могут выполняться по заранее выполненным отверстиям в верхнем листе (при точечном шве) или прорези (при непрерывном шве).Различают следующие характеристики сварного шва: ширину, выпуклость, вогнутость и корень шва.

Рис. 1.6. Прорезные швыШирина шва е - расстояние между видимыми линиями сплавления сварного шва (см. рис. 1.2, а). Выпуклость шва g определяется расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы сварного шва с основным металлом и поверхностью сварного шва, измеренным в месте наибольшей выпуклости (см. рис. 1.2, а; 1.4, а). Вогнутость шва T определяется расстоянием между плоскостью, проходящей через видимые линии границы шва с основным металлом и поверхностью шва, измеренным в месте наибольшей вогнутости (см. рис. 1.2, в; 1.3, в). Вогнутость корня стыкового шва является дефектом обратной стороны одностороннего шва. Корень шва - часть сварного шва, наиболее удаленная от его лицевой поверхности (см. рис. 1.2, б; 1.4, а). По существу это обратная сторона шва, в которой различают ширину е1 и высоту g1 обратного валика (см. рис. 1.2, а).Угловой шов имеет следующие размерные характеристики: катет, толщину, расчетную высоту. Катет углового шва к определяется кратчайшим расстоянием от поверхности одной из свариваемых частей до границы углового шва на поверхности второй свариваемой части (см. рис. 1.3, в; 1.4, а). Катет задается в качестве параметра режима, который нужно выдерживать при сварке. Толщина углового шва а - наибольшее расстояние от поверхности углового шва до точки максимального проплавления основного металла (см. рис. 1.4, а). Для оценки прочности сварного соединения используют расчетную высоту углового шва - р (см. рис. 1.4, а). Для угловых швов более благоприятна вогнутая форма поверхности шва с плавным переходом к основному металлу (см. рис. 1.3, в).

Page 3: Классификация сварных соединений и швов

По протяженности сварные швы подразделяют на непрерывные и прерывистые. Стыковые сварные швы, как правило, выполняют непрерывными. Угловые швы могут быть непрерывными (рис. 1.7, а) и прерывистыми (рис. 1.7, б), с шахматным (рис. 1.7, в) и цепным (рис. 1.7, г) расположением отрезков шва. Угловые швы могут быть выполнены и точечными швами (рис. 1.7, б, д).

Рис. 1.7. Угловые швы тавровых соединенийПо способу выполнения различают сварку: одностороннюю и двустороннюю, однослойную и многослойную. Одностороннюю сварку стыкового сварного соединения выполняют со сквозным проплавлением кромок на подкладке или без подкладки (на весу). Двустороннюю сварку выполняют с зачисткой (удалением) корня шва (механической обработкой) перед сваркой обратной стороны сварного соединения или без зачистки корня шва. При двусторонней сварке зачастую приходится кантовать изделие или вести сварку в трудном потолочном положении.Многослойный шов применяют при сварке металла большой толщины, а также для уменьшения зоны термического влияния. Подслоем сварного шва (I—IV на рис. 1.8) понимают часть металла сварного шва, которая состоит из одного или нескольких валиков (1-5 на рис. 1.8), располагающихся на одном уровне поперечного сечения шва. Валик - металл сварного шва, наплавленный за один проход. Под проходом при сварке подразумевается однократное перемещение в одном направлении источника тепла при сварке или наплавке.

Рис. 1.8. Многослойный шовПо пространственному положению с учетом требований международных стандартов различают следующие сварные швы: горизонтальные (на вертикальной плоскости), вертикальные, потолочные и швы, сваренные в нижнем положении (рис. 1.9, 1.10). На рисунках даны русские и в скобках международные обозначения. Схемы сварки, стыков труб с горизонтальной, вертикальной или наклоненной осью показаны на рис. 1.10.

Page 4: Классификация сварных соединений и швов

Рис. 1.9. Положение шва при сварке стыковых (а) и тавровых (б) соединений листов: HI - нижнее; Н2 - нижнее тавровых соединений; B1 - вертикальное (сварка низу вверх); B2  - вертикальное (сварка сверху вниз); Г - горизонтальное; П1 - потолочное; П2 - потолочное тавровых соединений

Рис. 1.10. Положение шва при сварке стыковых (а) и угловых (б) соединений труб: HI - нижнее при горизонтальном расположении осей труб (трубы), свариваемых (привариваемой) с поворотом; Н2 - нижнее при вертикальном расположении оси трубы, привариваемой без поворота или с поворотом; В1 - переменное при горизонтальном расположении осей труб (трубы), свариваемых (привариваемой) без поворота "на подъем"; В2 - переменное при горизонтальном расположении осей труб (трубы), свариваемых (привариваемой) без поворота "на спуск"; Г - горизонтальное при вертикальном расположении осей труб, свариваемых без поворота или с поворотом; Н45 - переменное при наклонном расположении осей труб (трубы), свариваемых (привариваемой) без поворота; П2 - потолочное при вертикальном расположении оси трубы, привариваемой без поворота или с поворотом

Page 5: Классификация сварных соединений и швов

Источник: Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: Учебник для вузов. А.И.Акулов, В.П. Алехин, С.И.Ермаков и др. М.: Машиностроение, 2003

ГЛАВА IIСВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ  И ШВЫ

 § 5. КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ

 Неразъемное соединение, выполненное сваркой, называется сварным соединением.Сварные соединения и швы классифицируются по следующим основным признакам:виду соединения — стыковые, угловые, тавровые и нахлесточные (рис. 3);положению, в котором выполняется сварка — нижнее «в лодочку», нижнее угловое, нижнее

стыковое, горизонтальное, вертикальное, полупотолочное и потолочное (рис. 4, ГОСТ 11969-79);конфигурации — прямолинейные, кольцевые, вертикальные, горизонтальные;протяженности — сплошные и прерывистые;применяемому виду сварки;способу удержания расправленного металла шва;количеству наложения слоев;применяемому для сварки металлу;расположению свариваемых деталей относительно друг друга;действующему на шов усилию;объему наплавленного металла;форме свариваемой конструкции;форме подготовленных кромок под сварку.По виду сварки швы сварных соединений разделяют на:швы дуговой сварки (ГОСТ 5264—80);швы автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом (ГОСТ 8713-79);швы дуговой сварки в защитных газах (ГОСТ 14771—76);швы электрошлаковой сварки (ГОСТ 15164 — 78);швы электрозаклепочные (ГОСТ 14776 — 79);швы контактной электросварки (ГОСТ 15878 — 79);швы газовой сварки;швы паяных соединений.По способу удержания расплавленного металла швы сварных соединений делятся на швы,

выполненные без подкладок и подушек; на съемных и остающихся стальных подкладках; на медных, флюсо-медных, керамических и асбестовых подкладках, а также флюсовых и газовых подушках. В зависимости от того, с какой стороны накладывается шов, с одной или двух сторон, различаются односторонние и двусторонние швы.

 

Page 6: Классификация сварных соединений и швов
Page 7: Классификация сварных соединений и швов

По применяемому для сварки материалу швы сварных соединений подразделяются на швы соединения углеродистых и легированных сталей (ГОСТ 5264-80; 14771-76; 15164-78; 8713 — 79 и др.); швы соединения цветных металлов (ГОСТ 16038 — 70; 14806 — 69); швы соединения биметалла (ГОСТ 16098 — 70); швы соединения винипласта и полиэтилена (ГОСТ 16310-70).

По расположению свариваемых деталей относительно друг друга швы сварных соединений могут быть под острым или тупым углом (ГОСТ 11534 — 75; 11533 — 75), под прямым углом, а также располагаться в одной плоскости (ГОСТ 5264 — 80; 8713-79; 14771-76; 15164-78).

По объему наплавленного металла различают нормальные, ослабленные и усиленные швы.По форме свариваемой конструкции швы сварных соединений выполняются на плоских и

сферических конструкциях, а по расположению на изделии швы бывают продольными и поперечными.

Элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку. Элементами геометрической формы подготовки кромок

под сварку (рис. 5,а) являются: угол разделки кромок α; зазор между стыкуемыми кромками а; притупление кромок S; длина скоса листа L при наличии разности толщин металла; смещение кромок относительно друг друга δ.

  

Page 8: Классификация сварных соединений и швов

Угол разделки кромок выполняют при толщине металла более 3 мм, отсутствие разделки может привести к непровару по сечению сварного соединения, а также к перегреву и пережогу металла; при отсутствии разделки кромок для обеспечения провара электросварщик всегда старается увеличить сварочный ток.

Разделка кромок позволяет вести сварку отдельными слоями небольшого сечения, что улучшает структуру сварного соединения и уменьшает сварочные напряжения и деформации.

Зазор, правильно установленный перед сваркой, позволяет обеспечить полный провар по сечению соединения при наложении первого (корневого) слоя шва, если подобран соответствующий режим сварки.

Длиной скоса листа регулируют плавный переход от толстой свариваемой детали к более тонкой, устраняют концентраторы напряжений в сварных конструкциях.

Притупление кромок выполняют для обеспечения устойчивого ведения процесса сварки при выполнении корневого слоя шва. Отсутствие притупления способствует образованию прожогов при сварке.

Смещение кромок ухудшает прочностные свойства сварного соединения и способствует образованию непровара и концентраций напряжений, ГОСТ 5264-80 допускает смещение свари-ваемых кромок относительно друг друга до 10% толщины металла, но не более 3 мм.

Page 9: Классификация сварных соединений и швов

Геометрия и классификация сварных швов. Элементами геометрической формы сварного шва являются: при стыковых соединениях - ширина шва b, высота шва h, при тавровых, угловых и нахлесточных соединениях - ширина шва b, высота шва h и катет шва К (рис. 5,6).

Сварные швы классифицируют по расположению и количеству наплавленных валиков: однослойные, многослойные, многопроходные, односторонние и двусторонние (рис.6, а), по отношению к действующим усилиям на швы — фланговые, лобовые (торцовые, рис. 6,6); по направлению — прямолинейные, круговые, вертикальные и горизонтальные (рис. 6, в), а также по форме - ослабленные, нормальные и усиленные (рис. 6, г).

Стыковые сварные соединения. Эти соединения в сварных конструкциях являются наиболее распространенными. Свариваемые элементы располагают в одной плоскости или на одной поверхности. Форма и необходимость подготовки кромок под сварку зависят от толщины свариваемых кромок; положения, в котором выполняется сварка; марки свариваемого металла; применяемых видов сварки; требований, предъявляемых к той или иной конструкции.

При подготовке стальных конструкций под ручную дуговую сварку разделку кромок начинают выполнять при толщине листов 7 мм, а иногда и при толщине листов 4 мм. Разделку кромок под ручную дуговую сварку выполняют согласно требований ГОСТ 5264 — 80 и 11534 — 75 или особых требований, оговоренных в чертежах. Стыковые сварные соединения, как правило, бывают равнопрочными с основным металлом.

По форме подготовки кромок свариваемых деталей под ручную дуговую сварку по ГОСТ 5264 — 80 и 11534 — 75 стыковые соединения бывают с отбортовкой кромок, без скоса кромок, с односторонним скосом одной кромки, «в замок», с криволинейным скосом одной кромки, ломаным скосом одной кромки, двумя симметричными скосами одной кромки, двумя симметричными криволинейными скосами одной кромки, двумя несимметричными скосами одной кромки, со скосом двух кромок, криволинейным скосом двух кромок, ломаным скосом двух кромок, двумя симметричными скосами двух кромок, двумя симметричными криволинейными и ломаными

Page 10: Классификация сварных соединений и швов

скосами двух кромок. По выполнению стыковые соединения бывают односторонними и двусторонними, а по применению подкладок — без подкладок и с подкладками.

Угловые сварные соединения. Свариваемые элементы располагают под прямым углом и сваривают в месте примыкания их краев.

Эти соединения применяют в сварных конструкциях, имеющих резкие переходы от одной плоскости к другой, например различного рода баки, имеющие прямоугольное сечение; соединение патрубков с фланцами; соединения профильного проката с листовым.

При подготовке конструкций под ручную дуговую сварку разделку кромок начинают выполнять при толщине листов от 4 мм. Разделку кромок под ручную дуговую сварку выполняют по ГОСТ 5264 — 80 и 11534 — 75 или в соответствии с требованиями чертежей.

Форма подготовленных кромок — без скоса, со скосом одной или двух кромок, двумя скосами одной кромки, двумя несимметричными скосами одной кромки, двумя скосами одной кромки и одним скосом второй кромки, отбортовкой однойкромки.                                               

По выполнению угловые соединения бывают односторонние и двусторонние, а также односторонние и двусторонние впритык, а по применению подкладок — без подкладок и с под-кладками.

Тавровые сварные соединения. Это соединения, в которых к боковой поверхности одного элемента примыкает под углом и приварен торцом другой элемент.

Эти соединения применяют весьма часто в строительных металлических конструкциях — колонны, балки, фермы и т. д. Разделку кромок под ручную дуговую сварку при изготовлении конструкций выполняют по ГОСТ 5264 — 80 и 11534 — 75 или в соответствии с требованиями чертежей.

Форма подготовленных кромок — без скоса, с одним скосом одной кромки, криволинейным скосом одной кромки, двумя симметричными скосами одной кромки, двумя симметричными криволинейными скосами одной кромки.

По выполнению тавровые соединения могут быть односторонние и двусторонние, а по протяженности — сплошные и прерывистые.

Нахлесточные сварные соединения. По форме подготовки кромок свариваемых деталей нахлесточные соединения бывают без скоса кромок, с круглым и удлиненным отверстием.

По характеру выполнения шва нахлесточные соединения могут быть односторонними и двусторонними, а также односторонними прерывистыми и односторонними со сплошным швом.

Нахлесточные сварные соединения в основном применяют в строительстве резервуаров, судостроении и в ряде других конструкций.

Шов сварного соединения, независимо от способа сварки, условно изображают:видимый - сплошной основной линией (рис. 1а, в);невидимый - штриховой линией (рис. 1г);Видимую одиночную сварную точку, не зависимо от способа сварки, условно

изображают знаком "+" (рис.1б), который выполняют сплошными сплошными линиями (рис. 2).

Невидимые одиночные точки не изображают.От изображения шва или одиночной точки проводят линию-выноску,

заканчивающуюся односторонней стрелкой (см. рис.  1 ). Линию-выноску предпочтительно проводить от видимого шва.

Page 11: Классификация сварных соединений и швов

а) б) в) г)Рисунок 1. Условное изображение сварного соединения

Рисунок  2. Условное изображение одиночной сварной точки

На изображение сечения многопроходного шва допускается наносить контуры отдельных проходов, при этом их необходимо обозначить прописными буквами русского алфавита (рис. 3).

Шов, размеры конструктивных элементов которого стандартами не установлены (нестандартный шов), изображаются с указанием размеров конструктивных элементов, необходимых для выполнения шва по данному чертежу (рис. 4).

Границы шва изображают сплошными основными линиями, а конструктивные элементы кромок в границах шва - сплошными тонкими линиями.

Рисунок  3. Изображение сечения многопроходного шва Рисунок  4. Изображение нестандартного шва

Условное обозначение сварных соединений

Вспомогательные знаки для обозначения сварных швов приведены в таблице 1.В условном обозначении шва вспомогательные знаки выполняют сплошными

тонкими линиями.Вспомогательные знаки должны быть одинаковой высоты с цифрами, входящими в

обозначение шва.Таблица 1. Вспомогательные знаки для обозначения сварных швов.

Page 12: Классификация сварных соединений и швов

Вспомогательный знак

Значение вспомогательного знака

Расположение вспомогательного знака относительно полки линии-выноски,

проведенной от изображения шва

с лицевой стороны с оборотной стороны

Усиление шва снять

Наплывы и неровности обработать с плавным

переходом к основному металлу

Шов выполнить при монтаже изделия, т.е. при установке его по

монтажному чертежу на месте применения

 

Шов прерывистый или точечный с цепным

расположением.Угол наклона линии

~60о

Шов прерывистый или точечный с шахматным

расположением

Шов по замкнутой линии

Диаметр знака - 3...5 мм.

Шов по незамкнутой линии. Знак применяют, если расположение шва

ясно из чертежа

Примечание:1. За лицевую сторону одностороннего шва сварного соединения принимают

сторону, с которой производят сварку.2. За лицевую сторону двустороннего шва сварного соединения с несимметрично

подготовленными кромками принимают сторону, с которой производят сварку основного шва.

3. За лицевую сторону двустороннего шва сварного соединения с симметрично подготовленными кромками может быть принята любая сторона.

Структура условного обозначения стандартного шва или одиночной сварной точки приведена на схеме (рис.5).

Page 13: Классификация сварных соединений и швов

Знак   выполняют сплошными тонкими линиями. Высота знака должна быть одинаковой с высотой цифр, входящих в обозначение шва.

Рисунок 5. Структура условного обозначения стандартного шваСтруктура  условного обозначения нестандартного шва или одиночной сварной точки

приведена на схеме (рис. 6)

Рисунок  6. Структура условного обозначения нестандартного шва или одиночной сварной точки

Page 14: Классификация сварных соединений и швов

В технических требованиях чертежа или таблицы швов указывают способ сварки, которым должен быть выполнен нестандартный шов.

Условное обозначение шва наносят:а) на полке линии-выноски, проведенной от изображения шва с лицевой стороны

(рис. 7а);б) под полкой линии-выноски, проведенной от изображения шва с оборотной

стороны (рис. 7б).

а) с лицевой стороны б) с оборотной стороныРисунок  7, Условное обозначение сварного шва

а) с лицевой стороны б) с оборотной стороныРисунок  8. Обозначение шероховатости механически обработанной поверхности шва

Рисунок  9. Обозначение контрольного комплекса или категории контроля шва

Обозначение шероховатости механически обработанной поверхности шва наносят на полке  или под полкой линии-выноски после условного обозначения шва (рис.8), или указывают в таблице швов, или приводят в технических требованиях чертежа, например: "Параметр шероховатости поверхности сварных швов ..."

Примечание. Содержание и размеры граф таблицы швов настоящим стандартом не регламентируется.

Если для шва сварного соединения установлен контрольный комплекс или категория контроля шва, то их обозначение допускается помещать под линией-выноской (рис.  9 )

В технических требованиях или в таблице швов на чертеже приводят ссылку на соответствующий нормативно-технический документ.

Сварочные материалы указывают на чертеже в технических требованиях или таблице швов.

Допускается сварочные материалы не указывать.

Page 15: Классификация сварных соединений и швов

При наличие на чертеже одинаковых швов обозначение наносится у одного из изображений, от изображений остальных одинаковых швов проводят линии-выноски с полками. Всем одинаковым швам присваивают одинаковый номер, который наносят:

а) на линии-выноске, имеющей полку с нанесенным обозначением шва (рис. 10а);б) на полке линии-выноски, проведенной от изображения шва, не имеющего

обозначения, с лицевой стороны (рис. 10б);в) на полке линии-выноски, проведенной от изображения шва, не имеющего

обозначения, с оборотной стороны (рис. 10в);Количество одинаковых швов допускается указывать на линии-выноске, имеющей

полку с нанесенным обозначением шва (см. рис. 10а).

а) б) в)Рисунок  10. Обозначение одинаковых швов

Примечание. Швы считаются одинаковыми, если: одинаковы их типы и размеры конструктивных элементов в поперечном сечении; к ним предъявляются одни и те же требования.

Упрощенное обозначение швов сварных соединений

При наличии на чертеже швов, выполненных по одному и тому же стандарту, обозначение стандарта указывают в технических требованиях чертежа (запись по типу: "Сварные швы ... по ...") или таблице.

Допускается не присваивать порядковый номер одинаковым швам, если все швы на чертеже одинаковы и изображены с одной стороны (лицевой или обратной). При этом швы, не имеющие обозначения, отмечают линиями-выносками без полок (рис. 11).

Рисунок  11. Обозначение швов с помощью линий-выносокНа чертеже симметричного изделия, при наличии на изображении оси симметрии,

допускается отмечать линиями-выносками и изображать швы только на одной из симметричных частей изображения изделия.

На чертеже изделия, в котором имеются одинаковые составные части, привариваемые одинаковыми швами, эти швы допускается отмечать линиями-выносками и обозначать только у одного из изображений одинаковых частей (предпочтительно у изображения, от которого приведена линия-выноска с номером позиции)

Допускается не отмечать на чертеже швы линиями-выносками, а приводить указания о сварке записью в технических требованиях чертежа, если эта запись однозначно

Page 16: Классификация сварных соединений и швов

определяет места сварки, способы сварки, типы швов сварных соединений и размеры их конструктивных элементов в поперечном сечении и расположение швов.

Одинаковые требования ко всем швам или группе швов, приводят один раз - в технических требованиях или таблице швов.

Примеры условных обозначений швов сварных соединений

Характеристика шва

Форма поперечного сечения шва

Условное обозначение шва, изображенного на чертеже

с лицевой стороны с оборотной стороны

Шов стыкового соединения с криволинейным скосом одной кромки, двусторонний, выполняемый дуговой ручной сваркой при монтаже изделия.

Усиление снято с обеих сторон.

Параметр шероховатости шва:

- с лицевой стороны - Rz 20 мкм;

- с оборотной стороны Rz 80 мкм

Шов углового соединения без скоса кромок, двусторонний, выполняемый автоматической сваркой под флюсом по замкнутой линии

Page 17: Классификация сварных соединений и швов

Шов углового соединения со скосом кромок, выполненный электрошлаковой сваркой проволочным электродом. Катет шва 22 мм

Шов точечный соединения внахлестку, выполненный дуговой сваркой в инертном газе плавящимся электродом. Расчетный диаметр точки 9 мм.Шаг 100 мм.Расположение точек шахматное.Усиление должно быть снято.Параметр шероховатости обработанной поверхности Rz 40 мкм

 Шов стыкового соединения без скоса кромок, односторонний, на остающейся подкладке, выполненный сваркой нагретым газом с присадкой

Page 18: Классификация сварных соединений и швов

Одиночные сварные точки соединения внахлестку, выполненные дуговой сваркой под флюсом.

Диаметр электрозаклепки-11мм.

Усиление должно быть снято.

Параметр шероховатости обработанной поверхности Rz 80 мкм.

___________________

Шов таврового соединения без скоса кромок, двусторонний, прерывистый с шахматным расположением, выполняемый дуговой ручной сваркой в защитных газах неплавящимся металлический электродом по замкнутой линии.

Катет шва 6 мм.

Длина провариваемого участка 50 мм.

Шаг 100 мм.

Page 19: Классификация сварных соединений и швов

Одиночные сварные точки соединения внахлестку, выполняемые контактной точечной сваркой. Расчетный диаметр точки 5 мм.

 

Шов соединения внахлестку прерывистый, выполняемый контактной шовной сваркой.

Ширина шва 6 мм.

Длина провариваемого участка 50 мм.

Шаг 100 мм.

 

Шов соединения внахлестку без скоса кромок, односторонний, выполняемый дуговой полуавтоматической сваркой в защитных газах плавящимся электродом.

Шов по незамкнутой линии.

Катет шва 5 мм.

 

ПРИМЕР УСЛОВНОГО ОБОЗНАЧЕНИЯ НЕСТАНДАРТНОГО ШВА СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Характеристика шваУсловное изображение и обозначение шва

на чертеже

Page 20: Классификация сварных соединений и швов

Шов соединения без скоса кромок, односторонний, выполненный ручной дуговой сваркой при монтаже изделия

Основные виды сварных соединений и швовПриветствую вас, уважаемые читатели. В сегодняшней статье я расскажу вам об основных видах сварных соединений и швов. Многие специалисты сварочного производства называют данные соединения сварными, некоторые – сварочными, хотя от этого смысл не меняется.

В этой статье они так же будут упоминаться по разному, в зависимости от оборота речи, но помните: сварной и сварочный по отношению к соединениям и швам – это одно и то же.

Сварные соединения и швы классифицируются по нескольким признакам

Существует ряд типов сварных швов в зависимости от вида соединения: - шов стыкового соединения - шов таврового соединения - шов нахлесточного соединения - шов углового соединения

Стыковое соединение

Стыковое соединение представляет собой соединение двух листов или труб их торцевыми поверхностями. Данное соединение является самым распространенным, благодаря меньшему расходу металла и времени на сварку.

Стыковое соединение может быть, в зависимости от расположения шва:

- Односторонним - Двусторонним

По подготовке соединения под сварку, в зависимости от толщины свариваемых изделий:

- Без скоса кромок - Со скосом кромок

Page 21: Классификация сварных соединений и швов

Одностороннее соединение без скоса кромок предполагает сварку листов толщиной до 4 мм (исключение - процесс Laser Hybrid Weld). Двусторонне соединение бес скоса кромок рекомендуется выполнять при сварке толщин до 8 мм. В обоих случаях для обеспечения качественного провара, необходимо делать небольшой зазор при соединении листов под сварку, оклоло 1- 2 мм.Скос кромок при одностороннем сварном соединении рекомендуется делать при толщинах от 4 до 25 мм. Наиболее популярным является соединение со скосом кромок V-образного типа. Менее популярными, но также применяются односторонние скосы кромок и скосы U-образного типа. Для предотвращения возможностей прожогов во всех случаях делается небольшое притупление кромок.

При толщинах от 12 мм и более при двусторонней сварке рекомендуется делать X-образную разделку, которая имеет ряд преимуществ перед V-образной разделкой. Эти преимущества заключаются в уменьшении объема требуемого металла для заполнения разделки (почти в 2 раза), и соответственно увеличении скорости сварки и экономии сварочных материалов.

Тавровое соединение

Тавровое соединение представляет собой два листа, когда между ними образуется соединение в виде буквы «Т». Как и в случае со стыковыми соединениями, в зависимости от толщины металла выполняется сварка с одной или с обеих сторон, с разделкой или без. Основные типы таврового сварного соединения представлены на рисунке.

Некоторые советы по сварке таврового соединения: 1. При сварке таврового соединения тонкого металла с более толстым, необходимо, чтобы угол наклона электрода

или сварочной горелки был около 60° к более толстому металлу. Как это показано ниже:

Page 22: Классификация сварных соединений и швов

2. Сварку таврового соединения (и углового в такой же степени) можно значительно упростить, расположив его для сварки «в лодочку». Это позволяет проводить сварку преимущественно в нижнем положении, увеличивая скорость сварки и уменьшая вероятность появления подрезов, которые являются очень частым дефектом таврового сварного соединения, наряду с непроваром. В некоторых случаях одного прохода будет недостаточно, поэтому для заполняющих швов требуется осуществлять колебания горелки.

Сварка "в лодочку" используется также при автоматической и роботизированной сварке, где изделие кантуется при помощи специального кантователя в нужное для сварки положение.

3. В настоящее время существуют специальные сварочные процессы для увеличенного проплавления. Применяя их, можно добиться односторонней сварки достаточно толстого металла с гарантированным проваром и формированием обратного валика с другой стороны. Подробнее о сварочном процессе Rapid Weld можно ознакомиться здесь.Соединение внахлестку

Данный тип соединения рекомендуется применять при сварке листов толщиной до 10 мм, причем сваривать листы требуется с обеих сторон. Делается это из-за того, чтобы не было возможности попадания влаги между ними. Так как сварочных швов при этом соединении два, то соответственно увеличивается и время на сварку и расходуемые сварочные материалы.

Угловое соединение

Угловым сварочным соединением называют тип соединения двух металлических листов, расположенных друг к другу под прямым или другим углом. Данные соединения также могут быть со скосом кромок или без, в зависимости от толщин. Иногда угловое соединение проваривается и изнутри.

Классификация по другим признакам

Сварные соединения и швы также классифицируют по другим признакам.

Типы соединений по степени выпуклости:

- нормальные - выпуклые - вогнутые

Page 23: Классификация сварных соединений и швов

Выпуклость шва зависит как от применяемых сварочных материалов, так и режимов сварки. Например, при длинной дуге шов получается пологим и широким, и, наоборот, при сварке на короткой дуге шов получается более узким и выпуклым. Так же на степень выпуклости влияет скорость сварки и ширина разделки кромок.

Типы соединений по положению в пространстве:

- нижнее - горизонтальное - вертикальное - потолочное

Наиболее оптимальным для сварки является нижнее положение шва. Поэтому при проектировании изделия и составлении технологии сварочного процесса следует это учитывать. Сварка в нижнем положении способствует высокой производительности, является наиболее простым процессом с получением качественного сварного шва.

Горизонтальное и вертикальное положение сварного соединения требует от сварщика повышенной квалификации, а потолочное является наиболее трудоемким и не безопасным.

Типы сварных соединений по степени протяженности:

- сплошные (непрерывные) - прерывистые

Прерывистые сварные швы применяются в соединениях, где не требуется герметичности.

Надеюсь, данная информация по типам сварных швов и соединений будет полезна вам и поможет увеличить качество и производительность ваших сварных конструкций при проектировании. А так же поможет сделать сам сварочный процесс безопасным и наиболее оптимальным. Спасибо за внимание, читайте также другие статьи.

Alotropia metalov

Способы изменения структуры и свойств металлов в твердом со-стоянии Изменение структуры и свойств металлов производят и без его расплавления. Для этого используют три характерных для металлических веществ явления: аллотропию, пластическую деформацию и рекристаллизацию. Аллотропия  (полиморфизм) — способность металлов в твердом состоянии иметь различное кристаллическое строение (вид решетки). Процесс перехода одного вида решетки в другой называется аллотропическим, или полиморфным, превращением. Определенный тип решетки, характерный для металла в твердом состоянии и существующий в определенном интервале температур и давления, называется модификацией (аллотропической формой). Модификации металлов обозначают начальными буквами греческого алфавита; α, β, γ и др. Рис. 8 Кривая охлаждения железа. Известны модификации железа, кобальта, титана, олова, марганца, лития и др. Для железа характерны два аллотропических превращения: Feα↔Feγ. При температуре менее 910°C и в интервале от 1392 до 1539°C железо имеет объемно центрированную решетку (Feα), а в интервале температур от 911 до 1392°C — гранецентрированную решетку (Feγ). На рис. 8 переход железа из одной модификации в другую отмечен соответствующими горизонтальными площадками. При температуре 768°C аллотропических изменений не происходит. Ниже этой температуры железо магнитно, выше — немагнитно. Температуры 768°C, 911°C, 1392°C и 1539°C называются критическими. При нагревании железа и переходе Feα в Feγ происходят зарождение и рост новых зерен другой формы и размера. Как правило, при этом получаются более мелкие, равноосные зерна, которые при охлаждении, т. е. превращении Feγ в Feα, сохраняют свою форму и размеры. Металл получается с более мелкими и равномерными по размеру зернами. Следовательно, при постоянном давлении стоит только нагреть металл до такой температуры, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, а затем охладить его, как атомы, перестроившись из одной решетки в другую, придадут новую форму и размеры зернам. Процессы, связанные с аллотропическими превращениями железа, широко используются при

Page 24: Классификация сварных соединений и швов

термической обработке стали и чугуна. В некоторых случаях аллотропические превращения могут приводить и к разрушению металла. Например, олово при охлаждении ниже температуры —18°C превращается в порошок, известный под названием «оловянная чума». Аллотропические превращения можно искусственно затормозить или вовсе не допустить путем быстрого охлаждения металла или добавки в него других элементов. Пластическая деформация — это изменение размеров и формы металлов под действием приложенных сил и сохранение их после прекращения воздействия (в противоположность упругой деформации, устраняющейся после прекращения действия внешних сил). В результате пластической деформации металл становится более прочным, твердым и менее пластичным. Происходит это вследствие нарушения строения кристаллической решетки, что затрудняет дальнейшую пластическую деформацию. Явление упрочения металла при пластическом деформировании называется наклепом. Пластическая деформация сопровождается также изменением и более крупной структуры — формы и размеров зерен. При деформировании в одном направлении (например, при прокатке) зерна получаются вытянутыми. Такую структуру называют волокнистой. Это явление в ряде случаев нежелательно, так как делает тело анизотропным, т. е. свойства его вдоль волокон отличаются от свойств поперек их. Волокнистость устраняется нагревом (для устранения наклепа до температуры 300—400°C). При этом образуются новые, отличительные от исходных, равновесные зерна металла. Такой процесс называется рекристаллизацией, а температура его протекания — температурой рекристаллизации. Оригинал: http://perwerts.ru/baza-znanij/osnovy-

metallovedeniya-i-termoobrabotki-metallov-i/sposoby-izmeneniya-struktury-i-svojstv-metallov-v.html

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ СПЛАВОВ 2.1. Построение кривых охлаждения 

 

 Для определения температуры кристаллизации металла применяют термиследующем: в тигель 1 (рис. 11) с расплавленным металлом погружают термопару 2; термопара представляет собой две проволоки из различных металлов (или сплавов), сваренные с одноприсоединены к гальванометру 3; при нагреве сваренных концовщая сила, что приводит к отклонению стрелки гальванометра; чем выше температура спаяпроволок, тем больше отклонение стрелки гальванометра; для измерения температуры на гальвашкала  4.  

Если  температуру,   измеряемую  таким методом, регистриротеоретически для чистого металла, охлаждающегося очень медленно, кривая охлаждения в координатах «температура – время» имеет вид, показанный на рис. 12,кривой охлаждения. 

 Сначала, когда металл находится в жидком состоянии, температура понижается равномерно до точки А. Затем понижение температуры прекращается, и на кривой охлаждения получается горизонтальный участок. Хотя тигель с металлом и охлаждается окружающим воздухом, но отвод тепла компенсируется выделением скрытой теплоты кристаллизации (затвердевания) металла.

 

Page 25: Классификация сварных соединений и швов

 Рис. 12. Кривые охлаждения при кристаллизации металла и аморфного тела

 

 

     По времени кристаллизация продолжается от точки Акристаллизация заканчивается, весь металл переходит из жидкого состояния в твердое, и после этого темвновь понижается равномерно. Температура Ts – теоретическая температура кристаллизации. В реальных условиях затвердевание не может происходить при этой температуре, так как свободная энергия жидкого состояния равнасвободной энергии твердого состояния (рис. 13). Металл, охланекоторое время   жидким.     В это время металл переохлаждается до температурыпроцесс кристаллизации. Разность температур Ts – Тn называетсяохлаждения, тем больше и степень переохлаждения у данного металла (см. рис. 12,    В отличие от кривой охлаждения кристаллического тела (металла) кривая охлаждения аморфного тела (см. рис. 12,всем протяжении идет плавно, что указывает на постепенное его отверчастиц. По своей структуре кажущееся твердым аморфное тело является переохлаж

  2.2. Аллотропия (полиморфизм) металлов Аллотропией, или полиморфизмом, называется способность металлов в

твердом состоянии иметь различное кристаллическое строение, а следовательно, и свойства при различных температурах.

Процесс перехода из одной кристаллической формы в другую называется аллотропическим (полиморфным) превращением. Аллотропические формы обозначают начальными буквами греческого алфавита: альфа α, бета β, гамма γ, дельта δ и т. д., начиная с той формы, которая существует при более низкой температуре.

В процессе аллотропического превращения выделяется скрытая теплота кристаллизации (если превращение идет при охлаждении); на кривой охлаждения аллотропическое превращение отмечается горизонтальным участком. Аллотропические превращения имеют многие металлы, например, железо, марганец, олово, титан и др.

Page 26: Классификация сварных соединений и швов

 

На рис. 14 приведена кривая охлаждения железа, характериЖелезо имеет объемно центрированную кубическую решетку до температуры 911 °С и в интервале 1392–1539 °С (Feα), а от температуры 911 до 1392 °С имеет гранецентрированную кубитемпературная α-модификация (от 1392 до 1539 °С) иногда обозначается Fe768 °С происходит изменение магнитных свойств: ниже 768 °С железо магнитно, выше 768 °С железо немагнитно.

Характерным примером является аллотропия олова. При температуре ниже 18 °С устойчива модификация α-олова (Snα), называемая серым оловом, а выше 18 °С – мо

Решетка белого олова более компактна, чем серого олова, и превращение Snувеличением объема. Поэтому при образовании на белом олове бугорка серого олова последнее, вследствие больших объемных изменений, рассыпается в порошок. Это явление получило название «оловянной чумы», превращение необратимо.

Максимального значения скорость аллотропического превращения Snβ 

Snα достигает при переохлаждении примерно до температуры – 30 °С. Поэтому опасность «оловянной чумы» особенно велика при хранении олова в зимнее время в холодном помещении.

 2.3. Основные сведения о сплавах

 Должны знать, что металлическим сплавом называется вещество,

состоящее из двух или более элементов (металлов или металлов с металлоидами), обладающее металлическими свойствами. Обычным способом приготовления сплавов является сплавление, но иногда применяют спекание, электролиз или возгонку.

В большинстве случаев входящие в сплав элементы в жидком состоянии полностью растворимы друг в друге, т. е. представляют собой жидкий раствор, в котором атомы различных элементов более или менее равномерно перемешаны друг с другом (рис. 15, а). В твердом виде сплавы способны образовывать твердые растворы, химические соединения и механические смеси (рис. 15, б, в, г).

 аЖидкое состояние

бТвердый раствор

в   Химическоесоединение

г   Механическаясмесь

Page 27: Классификация сварных соединений и швов

Рис. 15. Структура и строение элементарной ячейки пространственной кристал-лической решетки различных сплавов из двух металлов А к В:   – атомы металлаA;    – атомы металла В

 

Твердый раствор. Во многих сплавах при переходе в твердое состояние (при кристаллизации) сохраняется однородность распределения атомов различных элементов и, следовательно, сохраняется и растворимость. Образовавшийся в этом случае кристалл (зерно) называется твердым раствором.

Микроструктура твердого раствора в условиях равновесия представляет собой совершенно однородные и одинаковые по составу зерна и похожа на структуру чистого металла (рис. 15, б). Твердый раствор, как и чистый металл, имеет одну кристаллическую решетку. Различие состоит только в том, что в кристаллической решетке чистого металла все узлы заняты атомами одного элемента, а в твердом растворе — атомами различных элементов, образующих этот твердый раствор.

Растворимость в твердом состоянии может быть неограниченной и ограниченной. Растворимость твердого раствора, полученного при любом количественном соотношении элементов, называется неограниченной. Растворимость твердого раствора, полученного при определенном количественном  соотношении  элементов, называется ограниченной.

По расположению атомов в кристаллической решетке различают твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения.

В твердом растворе замещения атомы растворенного элемента занимают узлы атомов элемента растворителя, т. е. расположены в узлах общей кристаллической решетки (рис. 16, а). 

Page 28: Классификация сварных соединений и швов

 

     В твердом растворе внедрения атомы растворенного элемента располагаются внутри кристаллической решетки элемента растворителя между атомами металла-растворителя (рис. 16,

При образовании твердых растворов свойства сплавов изменяются плавно и отличаются от свойств элементов, из которых они состоят.

Химическое соединение. Особый характер металлической связи в сплаособого вида химических соединений. В отличиесоединения имеют переменный состав, который может изменяться в широких пределах. Характерной особенностью металлического химического соединения является обрарис. 13, б), отличной от решеток образующих элементов, и существенное изменение всех свойств.

Иногда в металлических сплавах образуются также хинапример, оксиды, сульфиды, а также соединеатомов (Mg2Sn, Mg2Pb и др.).

 Механическая смесь. Если элементы, входящие в состав сплава, не

растворяются друг в друге в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения, то при этих условиях из атомов каждого элемента образуется отдельная кристаллическая решетка, и кристаллы (зерна) элементов, входящие в сплав, образуют механическую смесь (рис. 15,г). При образовании механической смеси, когда каждый элемент кристаллизуется самостоятельно, свойства сплава получаются средними между свойствами элементов, которые его образуют.

Механические смеси образуются также в случаях, когда элементы обладают ограниченной растворимостью, а также когда образуют химическое соединение. Если в сплаве количество элементов превышает их предельную растворимость, то возникает механическая смесь двух насыщенных твердых растворов. При наличии в сплаве химического соединения образуется механическая смесь из зерен твердого раствора и химического соединения и т. д.

При изучении процессов, происходящих в металлах и сплавах при их превращениях, и описании их строения в металловедении пользуются следующими понятиями: «фаза», «структура», «система», «компонент».

Фазой называются однородные составные части системы (металла или сплава), имеющие одинаковый состав, кристаллическое строение, свойства и одинаковое агрегатное состояние.

Например, жидкий металл является однофазной системой; смесь жидкого металла и твердых кристалликов – двухфазной системой, так как свойства жидкого металла значительно отличаются от свойств твердых кристалликов. Фазами могут быть отдельные металлы, их химические соединения, а также растворы на основе металлов.

Под структурой понимают форму, размеры и характер взаимного расположения соответствующих фаз в металлах и сплавах.

Структурными составляющими сплава называются обособленные части сплава, имеющие одинаковое строение с присущими им характерными осо-

Page 29: Классификация сварных соединений и швов

бенностями. Структурные составляющие могут состоять из одной, двух или более фаз. Одна из важнейших задач металловедения – определение взаимосвязи между составом, структурой и свойствами.

Системой называется совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (температура, давление). Система, может быть, простой, если она состоит из одного элемента, и сложной, если она состоит из нескольких элементов.

Компонентами называют вещества, образующие систему. Компонентами могут быть элементы (металлы и неметаллы) или устойчивые химические соединения.

 

2.4. Метод построения диаграмм состояния двойных сплавов Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение

фазового состояния сплавов данной системы в функции температуры и концентрации (рис. 17).

 

Рис. 17. Метод построения диаграмм состояния 

Левая крайняя точка на оси концентраций соответствует 100 % содержанию компонента А. Процентное содержание второго компонента откладывается по этой оси слева направо. Правая крайняя точка соответствует 100 % содержанию второго компонента В.

Наличие в сплавах промежуточных фаз, образующихся в сплавах в интервале концентраций между чистыми элементами или твердыми растворами на их основе, позволяет рассматривать части диаграммы, между такой фазой и любым из элементов, независимо друг от друга.

Диаграммы состояний строят экспериментально. Для построения диаграммы состояний сплавов, образованных компонентами А и В, необходимо изготовить серию сплавов, содержащих различные количества компонентов А и В. Для каждого такого сплава экспериментально строят кривые охлаждения и определяют по ним критические точки,  т. е. температуры фазовых превращений. Полученные значения критических точек изучаемых сплавов откладывают на вертикальных линиях, соответствующих химическому составу

Page 30: Классификация сварных соединений и швов

этих сплавов. Затем соединяют критические точки, соответствующие определенным фазовым превращениям, и получают линии диаграммы состояний. Линия MKN геометрическое место всех верхних точек, которые определяют температуры начала кристаллизации сплавов. Ее называют линией ликвидус (ликва  по латыни означает жидкий). ЛинияMP'N – геометрическое место всех нижних критических точек, которые определяют температуры конца кристаллизации сплавов. Ее называют линией солидус (солид  твердый). Эти линии разделяют диаграмму состояний на области определенного фазового состава. Экспериментально построенные кривые охлаждения и диаграммы состояний проверяют по правилу фаз.

Правило фаз устанавливает температурные условия процесса кристаллизации при заданном давлении, а также определяет, сколько фаз должно быть в чистом компоненте или в сплаве определенного состава, если они находятся в равновесном состоянии при данной температуре (или давлении).

Равновесное фазовое состояние сплава определяется составом фаз, температурой и давлением. Число факторов, которые можно менять, не изменяя фазового состава сплава, называют степенью свободы.

Степень свободы C определяется числом компонентов К и числом фаз Ф, имеющихся в сплаве при данной температуре и давлении:

C = К + 2 – Ф

Обычно диаграммы состояний строят для постоянного (атмосферного) давления. В этом случае формула принимает вид:

C = К + 1 – Ф.

Для чистых компонентов степень свободы может принимать значения 0 или 1. В первом случае фазовый состав сохраняется неизменным только при постоянной температуре. Во втором – при изменении температуры. Например, в процессе кристаллизации чистого элемента одновременно существуют две фазы (жидкая и твердая). По правилу фаз можно определить число степеней свободы: С = К + 1 – Ф = 1 + 1 – 2 = 0. Это значит, что процесс кристаллизации чистого элемента пока существуют две фазы, протекает изотермически (рис. 17). Исчезновение одной из фаз (при полном затвердевании или расплавле-нии) изменяет число степеней свободы С = 1 + 1 – 1 = 1, т. е. на участках кривой охлаждения выше или ниже температуры кристаллизации превращений не будет.

Для двойных сплавов, состоящих из двух компонентов, степень свободы может принимать значения 0; 1 и 2. В процессе кристаллизации такого сплава (см. рис. 17) степень свободы будет равна С = К + 1 – Ф = 2 + 1 – 2 = 1. Это свидетельствует о наличии функциональной зависимости между температурой и концентрацией фаз. Процесс кристаллизации сплава, несмотря на выделение теплоты кристаллизации, протекает при понижающейся температуре, хотя и с меньшей скоростью. Каждой температуре в период кристаллизации соответствует определенная концентрация и количество фаз (правило концентрации и правило отрезков).

Page 31: Классификация сварных соединений и швов

При кристаллизации некоторых двойных сплавов (эвтектических, перетектических и др.) количество фаз может быть равным трем. В таком случае С = 2 + 1 – 3 = 0, т. е. процесс протекает изотермически и при постоянной концентрации всех трех фаз.

Правило концентрации устанавливает концентрацию фаз сплава при заданной температуре в период кристаллизации. Концентрация жидкой фазы при данной температуре t1 (см. рис. 17) определяется точкой, лежащей при этой температуре на линии ликвидус, т. е. Жс. Концентрация твердой фазы при этой же температуре определяется точкой, лежащей на линии солидус, т. е. αа.

Таким образом в процессе кристаллизации сплава 1 компонент В в жидкой и твердой фазе распределился неодинаково. Будучи более легкоплавким компонентом, чем компонент А, он в большем количестве сохранился в жидкой фазе и в меньшем количестве вошел во вновь образующиеся твердые кристаллы α. Более тугоплавкий, компонент А в большем количестве сосредоточился в кристаллах α.

Неравномерность распределения компонентов в жидкой и твердой фазе оценивают коэффициентом распределения К = Жс / αа. Это явление легло в основу кристаллофизических методов получения сверхчистых полупроводниковых элементов.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что химический состав выделяющихся кристаллов по мере снижения температуры изменяется по линии солидус от точки К' до Р'. В это же время состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус от точки К до точки Р, т. е. обогащается более легкоплавким  компонентом В.

Тем не менее, при очень медленном (равновесном) охлаждении (а все диаграммы строятся именно для этого случая) химический состав твердых кристаллов вследствие процесса диффузии выравнивается и к концу кристаллизации определяется точкой Р', соответствуя химическому составу сплава.

В реальных условиях охлаждения такого выравнивания может и не произойти. В этом случае химический состав одного кристалла в разных его точках может различаться. Такую химическую неоднородность называют микроликвацией.

Правило отрезков устанавливает количественное соотношение фаз в  период  кристаллизации.  Так,  например,  при  температуре t1 (см. рис. 15) количество жидкой и твердой фазы в сплаве определится соотношением

где Жс + αа – общее количество сплава. 

Таким образом, количество жидкой фазы Жс пропорционально отрезку аб, прилегающему к линии солидус, а количество твердой фазы αа –

Page 32: Классификация сварных соединений и швов

отрезку бс, прилегающему к линии ликвидус. По мере развития процесса кристаллизации отрезок аб, определяющий количество жидкой фазы, уменьшается, а отрезок бс, наоборот, растет.