Что такое зона термического влияния при сварке

Обновлено: 08.01.2025

Под влиянием тепла дуги, происходит не только плавление металла в месте образования шва, но и нагрев околошовной зоны или зоны термического влияния. В результате чего, меняется размер и форма зерен основного металла, по мере удаления от оси симметрии шва.

По этому признаку в зоне термовлияния (ЗТВ) различают следующие участки:

1. Участок НЕПОЛНОГО РАСПЛАВЛЕНИЯ (1539 – 1500 град) –

характеризуется частично оплавленными зернами основного металла. Этот участок или зона сплавления, определяет прочность сварного соединения. Если кристаллиты и зерна основного металла хорошо срослись или как бы проникли друг в друга, то соединения будет обладать высокой прочностью. Это характерно тогда, когда химический состав электродного или присадочного металлов совпадают.

Однако это не всегда бывает так, при разнице в химическом составе. Тогда на границе между основным металлом и металлом шва, образуется оксидная пленка, снижающая прочность. Ширина участка неполного расплавления небольшая и составляет от 0,1 до 0,4 мм. 0

2. Участок ПЕРЕГРЕВА (1500-1100 С )

характеризуется крупнозернистой структурой, с размерами зерен до 12 раз превышающими исходные зерна основного металла. Перегрев понижает механические свойства, главным образом пластичность и ударную вязкость. Разрушение сварного соединения, по основному металлу, обычно происходит по этому участку. Ширина участка, зависит от химического состава стали (например, у легированных сталей, имеющих меньшую теплопроводность, она большая) и от времени выдержки при температуре 1500 – 1100 град и в среднем составляет 3-4 мм.

3. Участок НОРМАЛИЗАЦИИ или ПОЛНОЙ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ (1100 – 900 град)

Эта температура несколько превышает критическую, при которой происходит преобразование кристаллической ячейки объемно-центрированного куба (альфа – железа или структуры феррита), в кристаллическую ячейку гранецентрированного куба (гамма-железа или структуры аустенита). В результате чего, зерно измельчается и при охлаждении сохраняется. Именно так проводится термообработка называемая нормализацией, от чего и произошло название этого участка. Благодаря мелкозернистому строению, механические свойства металла на этом участке выше, по сравнению с основным металлом. Ширина участка составляет 1-4 мм.

4. Участок НЕПОЛНОЙ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ (900 – 700 град) –

характеризуется смесью мелких зерен, в которых произошла перекристаллизация, и довольно крупных зерен основного металла. Неравномерное кристаллическое строение на этом участке, приводит к некоторому снижению механических свойств.

5. Участок РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ (700 – 500 град) –

здесь происходит восстановление формы зерен от деформированной, полученной в результате прокатки, штамповки и др., до глобулярной. Этот участок характерен только для катанных сталей, т.е. прошедших обработку давлением. У литых сталей, т.е. деталей изготовленных методом литья в формы, этот участок отсутствует.

6. Участок СИНЕЛОМКОСТИ (500 – 200 град) –

характерен тем, что на светлом металле появляются цвета побежалости (синего, фиолетового оттенка). На этом участке размер и форма зерен основного металла не меняются, но возможно выделение между границ зерен неметаллических включений, снижающих в этом месте пластичность.

При меньшей, чем 200 град. Температуре, каких-либо изменений с основным металлом не происходит.

Ширина зоны термического влияния зависит от количества тепла вводимого в металл при сварке за единицу времени и способа сварки. При сварке на больших токах ее ширина будет меньшая и наоборот. При ручной дуговой сварке покрытыми электродами ширина зоны термовлияния составляет 5 -7 мм, а при газовой сварке может достигать 20-25 мм в зависимости от толщины металла, что объясняется меньшей, чем у дуги, температурой пламени.

Чем меньше ширина зоны термического влияния, тем на меньшей ширине происходят структурные изменения, тем выше механические свойства сварного соединения.

Зона термического влияния

Зоной термического влияния (ЗТВ) называют участки в области шва. В процессе сварки металл в этом месте испытывает различную термонагрузку, она влияет на изменение структуры сплава. В околошовной области влияние нагрева проявляется внутренними напряжениями, трещинами. Прочность соединения снижается. Хотя металл в ЗТВ полностью не расплавляется, он нагревается до критических температур. Структура и физические свойства сплава в области нагрева изменяются. Это сказывается на прочности сварного соединения.

Свойства

На протяжении зоны термического влияния у металла свойства меняются. Они определяются термопластическим циклом, зависят от локальности нагрева. Под воздействием температуры образуется зернистость. Чем дольше сплав прогревается до температуры фазового перехода, тем крупнее зерна. Меняются показатели ударной вязкости, пластичности. Это основные физические свойства металлоизделий.

Как же изменяется ширина зоны термического влияния с увеличением скорости сварки?

Чем быстрее нагревается и остывает деталь, тем меньше ЗТВ. При снижении силы тока сокращается влияние температуры, уменьшается размер ЗТВ.

Структура и размеры зоны термического влияния

Исходя из понятия зоны термического влияния (это нагреваемая область), нетрудно предположить, что на разном удалении от шва деталь нагревается. Для наглядности представим участок околошовной зоны сварки низкоуглеродистой стали.

Схема структурных изменений в зоне термического влияния делится на несколько участков:

1 – неполного расплава. Он является переходным, металл находится в состоянии диффузии наплавки и основного сплава, соединяются две фазы – жидкая и твердая. Протяженность участка небольшая, от 100 до 500 микрон. При температуре 1500°С начинается образование крупных зерен.

2 – перегрева (длина 3–4 мм), в сплаве образуются крупные зерна, характерные для закалочного процесса, сс-железо переходит в у-железо. Ударная вязкость и пластичность стали снижаются. Температура постепенно падает с 1500 °С до 1100°С.

3 – нормализации или перекристаллизации (длина от 200 мкм до 1,5 мм, t – от 1100 до 900°С). Металл находится в температурном интервале. Образуются вторичные мелкие зерна (ферритовая фаза), физические свойства сплава близки к начальным.

4 – неполной перекристаллизации (длина от 500 мкм до 1,2 мм, t – от 900 до 725°С). Мелкие зерна чередуются с перлитными пластинками. Физические свойства хуже, чем на 3-м участке.

5 – рекристаллизации или старения (длина до 1,5 мм, t – от 725 до 450°С). Структура, характерная для нагартованного металла, разрушается. При нагреве до точки пластичности металл восстанавливается, формируются зерна стандартной величины.

6 – синеломкости, переход к основному металлу, температура понижается до 200°С. На сплаве видны синеватые пятна побежалости. Происходит насыщение поверхностного слоя азотом, водородом и углекислым газом с образованием нитридов, карбидов. Прочность стали повышается, пластичность снижается.

При сварке других сталей, в многопроходных швах структура ЗТВ меняется. Размеры зоны термовлияния зависят от нескольких факторов: толщины заготовок, химического состава стали, вида сварочного аппарата, они установливаются экспериментальным путем.

Термообработка сварных швов

При сварке структура металла шва и прилегающей зоны под действием высокой температуры изменяется. Это может привести к преждевременному разрушению деталей. Для устранения негативных последствий сильного нагрева после наложения швов выполняют термообработку сварных соединений.

Для чего нужна термообработка

При сварке в зоне нагрева происходят негативные изменения кристаллической решетки и свойств металла:

Из-за перегрева в месте горения дуги структура становится крупнозернистой, что приводит к снижению пластичности. Процесс сопровождается выгоранием марганца и кремния, что также способствует преобразованию структуры. После остывания шов становится жестким, склонным к образованию трещин при изменении нагрузки во время эксплуатации. Например, к сварным соединениям технологических трубопроводов прилагаются дополнительные воздействия, возникающие при температурном расширении/сжатии.
В зоне возле сварного соединения металл нагревается до температуры достаточной для закалки. Поэтому происходит снижение пластичности и стойкости к ударным нагрузкам.
На более удаленных участках с умеренным нагревом происходит разупрочнение металла, но пластичность остается на прежнем уровне.
Из-за неравномерности нагрева происходит образование внутренних напряжений, приводящих к деформации деталей с образованием трещин.

После проведения термообработки сварных швов и прилегающих участков восстанавливается структура и характеристики металла по прочности, пластичности, коррозионной стойкости. Термическую обработку сварных соединений для снятия напряжений в обязательном порядке выполняют при монтаже объемных конструкций из тонкостенного металла.

Термообработка защищает сварной шов от коррозии и улучшает механические свойства.

Особенности проведения

Термообработку выполняют поэтапно:

нагревают только шов или вместе с участками возле него;
поддерживают температуру в течение определенного времени;
планомерно охлаждают до температуры окружающей среды.

В зависимости от решаемых задач термообработку после сварки выполняют при температуре от 600 до 1100⁰C. Разработано несколько методов обработки с разными графиками нагревания, временем выдерживания, охлаждения. Способ и оборудование выбирают в зависимости от марки металла, толщины и конфигурации деталей.

Термообработке должны подвергаться сварные швы трубопроводов большой протяженности, соединения на грузоподъемных механизмах, сосуды и емкости, работающие под давлением. Процедуру нельзя откладывать на срок больше трех суток. Для повышения стойкости к коррозии термообработку проводят сразу после завершения сварки.

Из достоинств отмечают:

увеличение надежности и долговечности сварных соединений;
возможность улучшения нужных параметров.

К недостаткам термообработки относят:

Невозможность исправления брака при нарушении технологии термообработки. Соединение придется заново переваривать.
Большую цену и габариты оборудования.
Для выполнения термообработки нужен квалифицированный персонал.
Повышенный расход энергоресурсов.

Продолжительность процесса

Длительность термической обработки сварных соединений зависит от вида и толщины металла. Хромомолибденовые марки стали и ее сплавы с включением ванадия нагревают радиационным или индукционным способом. Длительность процесса определяют по таблице:

Толщина, см	Радиационный, минуты	Индукционный, минуты
До 2.0	40	25
2.1 — 2.5	70	40
2.6 — 3.0	100	40
3.1 — 3.5	120	60
3.6 — 4.5	140	70
4.6 — 6.0	160	90
6.1 — 8.0	160	110
8.1 — 10	1600	140

Перед нагревом сварной шов очищают от шлака. Индукционным способом процедура выполняется быстрее, но расход электроэнергии больше.

Важно!

Длительность термической обработки сварных соединений зависит от вида и толщины металла.

Применяемое оборудование

Для термической обработки сварных швов применяют следующие виды оборудования:

Индукционное. Принцип работы основан на нагреве металла вихревыми токами, создаваемыми индукционной катушкой (индуктором), подключенной к высокочастотному генератору. Нагреваемый участок предварительно накрывают асбестом. Поверх него гибким проводом наматывают витки катушки с шагом 2,5 см на расстоянии 25 см по обе стороны от стыка. В качестве индуктора также используют накладки с расположенными внутри проводами. Технология обеспечивает быстрый, равномерный нагрев участка соединения независимо от положения деталей.
Радиационное. Нагрев осуществляется теплом от проводов из нихрома, по которым проходит электроток. Гибкие нагревательные элементы удобны для обработки соединений сложной формы. Радиационное оборудование эффективней индукционного при работе с металлами с низкими электромагнитными характеристиками.
Газовое выгодно для применения, так как не нуждается в электроэнергии. Однако на нагрев уходит много времени. Поэтому оборудование используют на небольших конструкциях. Для обеспечения равномерного прогрева соединения работу выполняют двумя многопламенными ацетиленовыми горелками одновременно с обеих сторон.
Для работы с деталями небольшого размера применяют муфельные печи. Их также используют на трубопроводах малого диаметра.

Виды термической обработки

Способ термообработки сварного шва выбирают в зависимости от поставленной цели:

После термического отдыха уменьшается остаточное напряжение и количество водорода внутри шва. Процесс проводят при температуре до 300⁰C с выдержкой в течение 1,5 — 2 часов. Этим способом обрабатывают сварные соединения на толстостенных конструкциях, когда нет возможности применить другие виды.
Отпуском за счет разрушения закалочных структур добиваются уменьшения напряжения на 90%, увеличения пластичности и стойкости к ударным нагрузкам. Нагрев до 600 — 700⁰C, выдержка до 3 часов. Метод применяют на перлитных сталях.
Нормализацию выполняют при 800⁰C с выдержкой 20 — 40 минут на тонкостенных деталях. После завершения процесса структура становится мелкозернистой и однородной.
Аустенизацию проводят на высоколегированных видах стали для снятия напряжений и восстановления пластичности. Нагрев до 1100⁰C, двухчасовая выдержка с последующим естественным охлаждением.
Для отжига после сварки термообработку выполнят при 970⁰C с выдержкой в течение 3 часов и остыванием в естественных условиях. Используют при работе с высоколегированными сталями для улучшения стойкости к коррозии.

Температуру контролируют по изменению цвета меток, нанесенных на поверхность деталей термокарандашом или термокраской. Однако точность измерения этим способом невысока, поэтому чаще пользуются пирометрами и тепловизорами. Они могут быть ручными или встроенными в системы автоматического поддержания температуры на заданном уровне.

Если к качеству сварных соединений предъявляются высокие требования, выполнение термообработки обязательно. После ее проведения на швах не появятся трещины, разломы, коррозия. При использовании современного оборудования термообработка не займет много времени.

Зона термического влияния сварного шва

Известно, что сварка предназначена для надежного, прочного и плотного соединения заготовок в составную деталь или сложную конструкцию. Но эти условия, не всегда достигаются в полной мере, так как в сварном шве и околошовной зоне в процессе их сварки и охлаждения происходят изменения внутреннего строения (структуры) металла. Эти изменения сопровождаются ухудшением механических свойств шва и околошовной зоны в сравнении со свойствами металла заготовок, что иногда приводит к выходу конструкций из строя и даже авариям. Каковы же причины таких изменений и как их можно предупредить, или в какой мере учитывать?

При сварке плавлением к кромкам соединяемых заготовок подводят сварочное пламя электрической дуги или горящих газов, которое расплавляет эти кромки и присадочный материал с образованием сварочной ванночки жидкого металла. Этот процесс длится в течении 10. 25 с. После удаления источника тепла, металл ванночки охлаждается за 50. 80 с и образуется сварной шов. Обязательным условием успешной сварки плавлением является температура сварочного пламени 2700. 4000°С. При меньшей температуре источника тепла сварочная ванночка будет образовываться очень медленно и неэффективно вследствие высокой теплопроводности холодного металла и больших потерь тепла. Во время интенсивного нагрева и расплавления основной и присадочный металлы сильно перегреваются. В узкой зоне плавления заготовок кристаллизуются зерна, принадлежащие к основному и наплавленному металлу. Соседние участки основного металла по обе стороны шва в процессе сварки тоже нагреваются, причем, по мере удаления от шва температура их нагрева все меньше и меньше. Эта узкая зона нагретого металла называется зоной термического влияния. Размеры зоны термического влияния зависят от способа и технологии сварки, от теплопроводности и теплоемкости того или иного свариваемого металла. Так, при ручной электродуговой сварке электродами с покрытием ширина этой зоны 4. 10 мм, при газовой сварке – 20. 25 мм, при автоматической сварке под слоем флюса при большой скорости нагрева ширина зоны термического влияния невелика – 2. 2,5 мм. Чем уже околошовная зона термического влияния, тем выше механические свойства сварного соединения.

При сварке низкоуглеродистой стали (с содержание углерода менее 0,25 %) структурные изменения в зоне термического влияния в меньшей степени снижают ее механические свойства в сравнении с тем, как сильно изменяются эти свойства при сварке сталей с повышенным содержанием углерода и легированных сталей.

При сварке стали, в зависимости от удаления слоев металла от шва, эти слои нагреваются в зоне термического влияния до разных температур. А в зависимости от температуры нагрева в различных слоях стали происходят и различные структурные превращения.

В зоне термического влияния условно выделяют шесть участков, нагретых до разных температур и претерпевших различные структурные превращения.

В сварном шве наплавленный металл имеет столбчатое крупно-зернистое строение, характерное для литой стали, прочность и предел текучести которой несколько ниже, чем основного изделия. Некоторая компенсация прочностных характеристик шва достигается его несколько большим поперечным сечением и легированием.

Первый участок. Он примыкает непосредственно к металлу шва. Основной металл на этом участке в процессе сварки частично расплавляется и представляет собой смесь твердой и жидкой фаз. Температура на этом участке выше температуры плавления стали (более 1539°С); образуется крупнозернистая структура.

Затвердевший металл по механическим свойствам близок к металлу шва.

Второй участок. Здесь сталь нагревается до температур от 1500°С до 1100°С. в результате сильного перегрева после охлаждения на этом участке образуется крупнозернистая – грубоигольная структура. Металл этой зоны обладает НАИБОЛЬШЕЙхрупкостью и является САМЫМ СЛАБЫМ местом сварного соединения.

Третий участок. Температура стали в пределах от 900°С до 1100°С. Здесь после медленного охлаждения изделия образуется мелкозернистая структура нормализованной стали, механические свойства которой выше, чем в первых двух зонах, они приближаются к свойствам основного металла заготовок. При электродуговой сварке эта зона преобладающая, а при газовой сварке выражена слабо.

Четвертый участок. Нагрев – 900. 700°С, участок неполной перекристаллизации. В нем наряду с крупными зернами феррита образуются мелкие зерна феррита и перлита. Механические свойства стали ниже, чем на участке 3.

Пятый участок. Нагрев – 700. 500°С. Если сталь перед сваркой не подвергалась пластической деформации, в холодном состоянии (менее 300°С), то структурных изменений в ней на этом участке не происходит. Если же сталь упрочнялась холодной пластической деформацией, то на этом участке происходит рекристаллизация с потерей приобретенных свойств и падением ударной вязкости.

Шестой участок. Нагрев ниже 500°С. Если предварительно сталь пластически не упрочнялась, то она не претерпевает заметных структурных превращений, однако наблюдается резкое падение ударной вязкости – синеломкость. Если же сталь предварительно пластически упрочнялась, то в этой зоне происходит частичная рекристаллизация с некоторым (до 30. 40 %) снижением ее твердости и предела текучести.

Из рассмотренного видно, что зона термического влияния является зоной активной реакции металла на нагрев. Учитывать влияние этой зоны необходимо в следующих случаях:

– при сварке сталей, предварительно подвергнутых холодной пластической деформации происходит потеря приобретенных свойств; поэтому недопустимо сваривать и нагревать стальные грузовые тросы;

– при сварке сталей с повышенным содержанием углерода и легированных сталей образуются закалочные структуры, обладающие значительной хрупкостью, которая может привести к трещинообразованию в зоне термического влияния;

– изделия после сварки должны охлаждаться медленно во избежание образования в околошовной зоне закалочных структур;

– учитывать особенности зоны термического влияния необходимо и при выборе способа сварки изделий.

Таким образом, образование зоны термического влияния сварного шва сопряжено с ухудшением прочностных и пластических свойств свариваемого металла. Это наиболее слабое место в сварном соединении и это необходимо обязательно учитывать, как при проектировании сварных конструкций, так и при их эксплуатации.

Строение сварных соединений

В процессе дуговой сварки происходит расплавление основного и присадочного материала, образуется жидкая сварочная ванна, при затвердевании которой формируется сварное соединение. Рассмотрим более детально особенности процесса плавления и кристаллизации при сварке. В отличие от большой металлургии, размеры сварочной ванны небольшие, время нахождения металла в жидком состоянии мало, одновременно происходят процессы нагрева и кристаллизации металла, в результате неравномерности нагрева и охлаждения возникают значительные внутренние напряжения. Сварочную ванну условно можно разделить на две части (см. рисунок ниже): головная (АВ и САД), в которой происходит нагрев и плавление основного металла и хвостовая (ВК и СКД), в которой идут процессы охлаждения, кристаллизации и формирования сварного шва. Фронтом кристаллизации служат стенки сварочной ванны, форма которой происходит по нормали к поверхности фронта.

Скорость роста кристаллов на разных участках ванны - разная. В точках В, С и Д Vкр = 0, а в точке К Vкр = Vсв. Во всех других точках хвостовой части ванны она будет меняться от 0 до Vcв. При этом растущие столбчатые или дендритные кристаллы будут изгибаться в сторону движения дуги. Вследствие избирательности процесса кристаллизации перед фронтом будет накапливаться примесь и центральные части шва будут обогащены примесью. В зависимости от формы сварочной ванны (глубокая и узкая) кристаллы будут расти навстречу друг другу, образовывая транскристаллитную структуру, которая крайне не желательна, поскольку может вызвать образование трещин в середине шва. Для измельчения крупно дендритной литой структуры сварных швов применяют:

- модифицирование - введение в сварочную ванну готовых центров кристаллизации, в виде порошков тугоплавких металлов;

- применение в процессе сварки механических колебаний ванны, или электромагнитного перемешивания жидкого металла;

- применение, по возможности многопроходных швов. термическая или термомеханическая обработка сварного шва.

Кроме расплавления металла сварочный источник воздействует также на основной металл. Количество вносимого тепла определяется погонной энергией источника: отношение мощности к скорости сварки (q/v) Процесс распространения тепла описывается температурными полями. Температурным полем называют совокупность значений температуры в данный момент во всех точках пространства (тела). Температурное поле удобно характеризовать изотермами. Изотермические поверхности являются геометрическими местами точек тела, имеющими одинаковую температуру. Геометрические места точек пересечения изотермической поверхности с какой-либо поверхностью является изотермой. В частном случае нагрева металлического листа каким-либо неподвижным сосредоточенным сварочным источником тепла (дугой, газовым пламенем, электронным лучом) изотермы на наружной поверхности будут представляться окружностями. При этом каждая точка основного металла, находящаяся на некотором расстоянии от оси шва, будет вначале нагреваться, а затем охлаждаться. Кривая, описывающая изменения температуры точки во времени называется термическим циклом. Основными характеристиками термического цикла есть: максимальная температура, время нагрева, время охлаждения Особенно важными параметрами является максимальная температура, так как она определяет возможность протекания структурных превращений в металле и время охлаждения, которое связано со скоростью охлаждения - одним из основных факторов вероятности получения закалочных структур.

Металл однопроходного шва имеет структуру литой стали. При многослойном сваривании последний шов имеет крупнозернистую структуру литой стали, а предыдущие швы, вследствие термического действия - структуру с мелкими зернами феррита и перлита. После процесса кристаллизации и перитектического преобразова-ния шов имеет структуру аустенита, зерна которого образовываются на границах первичных столбчатых кристаллов. При снижении температуры структурных изменений не будет до температуры Аr3. Потом начнутся преобразования в твердой фазе - вторичная кристаллизация. Будет выделяться феррит, а аустенит будет обогащаться углеродом и при температуре 727°С произойдет эвтектоидное преобразование As → Фр + Цк. Высокие скорости охлаждения металла сварного шва влияют на характер преобразований, которые рассматривались для равновесных условий. Необходимо следующие особенности вторичных преобразований:

1. Феррит, что выделяется при переходе через температуру, что характеризуется линией GS не успевает весь выделиться и потому аустенит в момент эвтектоидного преобразования будет иметь меньше углерода чем 0,8%.

2. В результате эвтектоидного преобразования образовывается большее количество перлита с меньшим содержимым углерода, чем при равновесных превращениях (за счет смещения точки S вниз и влево).

3. Образовывается перлит, который имеет более тонкое строение. Скорость охлаждения металла шва изменяется в очень широких границах. В начальный момент она составляет 200 - 300 град/с, а затем быстро снижается.

Таким образом, зоны металла, которые имели большую скорость охлаждения, будут иметь мелкозернистую перлитную структуру, причем количество перлита будет больше чем при равновесных условиях. По химическом составу металл шва обычно отличается от основного металла, так как имеет литую структуру, которая имеет худшие механические свойства, чем основный металл, и для обеспечения условия равнопрочности металл шва легируют специальными элементами, которые повышают его механические свойства. Кроме этого, как правило, металл шва всегда имеет меньшее содержание углерода, чем основный металл, благодаря особым условиям, которые имеют место при сварке.

Зона основного металла, в которой за счет нагрева и охлаждения происходят изменения структуры и свойств, называется зоной термического влияния (ЗТВ). Ширина зоны заканчивается температурой около 100°С. и, при сварке может изменяться в зависимости от режима и способа сварки от десятых долей миллиметра до 40 - 50 мм.

При сварке низкоуглеродных сталей (0,1 - 0,25% С) ЗТВ в основном состоит из таких участков:

1. Участок неполного расплавления - это зона металла, который нагревался до температур, которые лежат между линиями солидус и ликвидус. При дуговых методах сварки участок небольшой и крайне трудно различим.

2. Участок перегрева - включает металл, который нагревался от 1100 – 1200°С до температуры солидус, характеризуется крупным зерном и низкими механическими свойствами. Часто в перлите наблюдаются пластинки феррита, которые выделились под углом 120° (такая структура носит название видмандштеттова). Участок сплавления и участок перегрева вместе называются еще околошовной зоной (ОШЗ). В ОШЗ структура и свойства резко отличаются от основного металла: снижается пластичность и ударная вязкость, образовываются горячие и холодные трещины.

3. Участок нормализации - включает металл, который был нагрет выше температуры (Ас3) до – 1100 - 1200°С. Процессы перекристаллизации дают мелкие зерна аустенита, которые не успевают вырасти и при превращении дают мелкие зерна феррита и перлита. Эта структура и участок имеет очень хорошие механические свойства.

4. Участок неполной перекристаллизации - зона металла, который был нагрет между температурами 727°С (Aс1) и Ас3. На этом участке могут быть крупные зерна феррита, который не прошел перекристаллизацию, а также мелкие зерна перлита, которые образовались с аустенита, поэтому этот участок имеет относительно невысокие механические свойства.

5. Участок рекристаллизации - металл нагрет выше температуры рекристаллизации (для железа Трек = 0,4 Тпл = 450°С) и до 727°С. Если металл не имел холодной пластической деформации перед сваркой, то этого участка не существует, а если такая деформация имела место, то получим крупные зерна, феррита и перлита, причем размер зерен будет определятся степенью пластической деформации.

6. Участок синеломкости - металл нагрет от 100°С до 500°С. Этот участок не имеет видимого изменения структуры, тем не менее характеризуется снижением пластических свойств, которое вызвано выделением с твердого раствора феррита субмикроскопических частичек различных примесей, которые располагаются по границам зерен.

В ЗТВ проходят также диффузные процессы. В зависимости от температуры и времени выдержки можно наблюдать диффузию углерода и иных элементов с ОШЗ и наоборот. Примером такого процесса есть проникновение меди в основный металл при наплавке меди на сталь, снижение содержания углерода в ОШЗ при наплавке швами, которые содержат элементы, с которыми углерод образовывает нерастворимые соединения (карбиды).

Читайте также: