Сварное соединение разделяется на 4 зоны, имеющие различные микроструктуры:

А – зона основного металла;

Б – зона термического влияния;

В – зона сплавления;

Г – зона металла шва.

Зоны Б и В называют также околошовной зоной.

Зоной термического влияния называют участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке плавлением.

Зона термического влияния разделяется на следующие участки:

1 – участок перегрева, подвергшийся действию температур примерно 1100 – 1200⁰ С, близких к температуре плавления; здесь находится перегретый металл с крупным зерном;

2 – участок перекристаллизации (нормализации), который подвергался воздействию температур от 880 до 110⁰ С. Он характеризуется мелким строением зерна;

3 – участок неполной перекристаллизации характеризуется частичным образованием новых зерен стали, т.е. неполной перекристаллизацией;

4 – участок старения (рекристаллизации), подвергавшийся нагреву примерно от 500 – 720⁰ С, характеризуется повышением прочности и снижением пластичности стали в процессе выделения избыточных карбидов и нитридов;

5 – участок, подвергшийся нагреву от 100 до 500⁰ С и не имеющий заметных структурных изменений.

В – зона сплавления, где находятся частично оплавившиеся зерна металла на границе основного металла и шва; свойства этой зоны часто определяют качество сварного соединения.

Понятие о свариваемости металлов

Под свариваемостью понимают свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Например, для сварных строительных конструкций, работающих в особо тяжелых условиях и подвергающихся непосредственному воздействию динамических или вибрационных нагрузок, согласно СНиП, разрешается применять только определенные марки низкоуглеродистой и низколегированной стали, т.к. именно стали этих марок имеют свойство образовывать при сварке соединения высокого качества, что необходимо для нормальной, безаварийной эксплуатации конструкций.

На свариваемость стали решающее влияние оказывает ее химический состав. Наиболее важным элементом в стали является углерод. По его содержанию углеродистые стали разделяются на: низкоуглеродистые (0,25 % углерода); среднеуглеродистые (содержащие от 0,25 до 0,6 % углерода); высокоуглеродистые (содержащие свыше 0,6 % углерода).

Хорошо свариваются низкоуглеродистые стали. Увеличение содержания углерода в стали ухудшает ее свариваемость, повышает склонность к образованию трещин в швах. Такие элементы, как кремний Si, марганец Mn, никель Ni, хром Cr в небольших количествах, не ухудшают свариваемость стали. Сера S, фосфор P, молибден Mo и ванадий V ухудшают свариваемость и повышают склонность к образованию трещин.

Горячие и холодные трещины

В сварных соединениях

Горячие трещины (кристаллизационные) образуются в сварных швах при высоких температурах (более 800⁰ С).

При остывании и затвердевании шва в процессе первичной кристаллизации между кристаллами остаются жидкие или полужидкие прослойки, которые имеют более низкую температуру плавления, чем температура плавления основной массы металла, т.к. они обогащены растворенными элементами.

Способы определения стойкости стали

против образования горячих трещин

Осуществляется методом проб. Для этого изготавливают тавровый образец из испытываемой стали толщиной не менее 7 – 8 мм. Выявление трещин производится внешним осмотром контрольного шва и его излома.

Холодные трещины

Возникают в швах и околошовной зоне при температуре ниже 100 – 200⁰ С. Эти трещины внутрикристаллические. Причины их возникновения – концентрация в стали углерода, водорода, фосфора, дефекты швов.

Способы определения стойкости стали

против образования холодных трещин.

Одним из способов является крестовая проба. Мерой стойкости служит начальная температура образца, при которой производится сварка, и трещины не образуются. Охлаждение образца производят в смеси бензина и твердой углекислоты, а нагрев в печи. После сварки каждого валика охлаждают образец до комнатной температуры, а затем до начальной температуры, после чего продолжают сварку. Образец выдерживают 4 суток, а затем вырезают из него образцы и проверяют наличие трещин в шве и околошовной зоне.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что называется термическим циклом? Какими параметрами он характеризуется?

2. Назовите основные физико-химические процессы, происходящие в сварном шве и околошовной зоне.

3. Объясните, почему шов, выполненный незащищенной дугой, обладает низкими механическими свойствами.

4. Для чего используются защитные газы, электродные покрытия и флюсы?

5. Раскройте сущность процессов раскисления, легирования, рафинирования.

6. Объясните структуру сварных соединений.

7. Что понимают под свариваемостью? Какие факторы влияют на свариваемость?

8. Объясните причины возникновения горячих и холодных трещин.

Литература:

Л 1 стр. 25 – 40 (§8 – §13)

Д/з Понятие о свариваемости металлов

§12 стр. 36 – 40