Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 13. Микроструктура металла зоны термического влияния

Большая часть выделяемого при сварке тепла удаляется в свариваемый металл через околошовные участки. Характер распространения тепла практически одинаков при всех методах сварки.

Сначала происходит быстрое нарастание температур, затем, обычно с меньшей скоростью, наступает охлаждение металла. При удалении от шва максимальные температуры нагрева основного металла падают, вначале резко, а затем более плавно. Снижается также скорость нагрева и охлаждения металла. Температуры нагрева и скорость охлаждения изменяются в широких пределах и определяют характер тепловой обработки основного металла около шва.

Нагрев и охлаждение металла в околошовных участках отличаются от обычной термообработки металлов и сплавов кратковременностью теплового воздействия и нагревом металла до высоких температур вплоть до температуры плавления. Такая своеобразная термическая обработка при сварке вызывает различные структурные изменения металлов и сплавов, оказывая серьезное влияние на свойства металла в околошовных участках.

Распределение температуры по поверхности сварного соединения
Часть металла около шва, которая подвергалась нагреву, в результате чего произошло изменение структуры и свойств (или только свойств) основного металла, называют зоной термического влияния. На рис. 12 показано сварное соединение, а над ним — границы участков зоны термического влияния сварного шва.

Свойства сварного соединения определяются как свойствами металла шва, так и изменившимися свойствами основного металла, расположенного в зоне термического влияния. Изменение структуры и свойств происходит в зависимости от степени нагрева, выдержки при этих температурах и от скорости охлаждения, При сварке низкоуглеродистых сталей различают определенные структурные участки в зоне термического влияния (см. рис. 12).

Участок неполного расплавления является переходным от наплавленного металла к основному. Участок представляет собой узкую полоску основного металла, нагреваемую при сварке до температур начала и конца плавления. Значение этого участка для качества сварного соединения очень велико, так как в нем происходит сваривание основного и наплавленного металла. Свойства этого участка во многих случаях определяют качество сварного соединения.

Участок перегрева включает часть металла, нагретого до температуры, близкой к температуре плавления. В связи с этим здесь развивается крупное зерно и возможно появление структуры перегрева, которая снижает вязкость металла, хотя на прочности отражается мало. Нагрев до указанных температур тем опаснее, чем больше способность стали к закалке. Чем выше содержание в свариваемой стали углерода, тем больше ухудшаются механические свойства стали и тем труднее восстановить их последующей термической обработкой.

Участок нормализации охватывает часть металла, нагреваемого в процессе Сварки несколько выше 900° С. Благодаря перекристаллизации при нагреве и охлаждении происходит значительное измельчение зерен металла, что способствует получению высоких механических свойств.

Участок неполной перекристаллизации включает часть металла, нагретого при сварке примерно от 725 до 900° Металл подвергается в процессе нагрева и охлаждения только частичной перекристаллизации. Структура стали, прошедшей частичную перекристаллизацию, весьма своеобразна.

В ней наряду со старыми, более крупными зернами феррита, не подвергавшимися перекристаллизации, появляются новые, более мелкие зерна феррита и перлита, прошедшие перекристаллизацию.

Механические свойства такой смешанной структуры невысоки.

Участок неполной перекристаллизации можно также назвать участком неполной нормализации.

Участок рекристаллизации представляет собой температурный интервал (450—725° С), в котором происходит рекристаллизация зерен феррита. Сущность явления рекристаллизации заключается в росте зерен феррита (повторная кристаллизация) из их обломков, образовавшихся в результате предварительной пластической деформации. Структура такого участка состоит из равноосных зерен феррита и перлита, в то время как основной металл имеет структуру в виде вытянутых неравноосных кристаллических обломков.

Участок синеломкости по структуре совершенно не отличается от основного металла, полностью сливаясь с последним. Участок основного металла, подогретый до температуры 200—500° С, обладает пониженной пластичностью и несколько повышенной прочностью.

При температуре 500—550° С заметно снижается ударная вязкость.

Название участка синеломкости условное.

Следовательно, изменение структуры в участках зоны термического влияния приводит в большинстве случаев к ухудшению механических свойств металла. Поэтому возможные изменения структуры в околошовной зоне следует учитывать при проведении сварочного процесса и принимать меры для получения более благоприятных структур или смягчения данной структуры. Для каждого сварного изделия разрабатывают наиболее рациональную технологию сварки, иногда довольно сложную — с применением подогрева, термической обработки и других операций.

вверх страницы