И СПЛАВОВ

§ 31. Структура металла шва и зоны термического влияния

1. Структура металла шва. При сварке плавлением под действием тепла
дуги или газосварочного пламени на свариваемом металле образуется
ванна жидкого металла — сварочная ванна, представляющая собой
сплав основного и присадочного металлов. По мере передвижения источ-
ника тепла, а также вследствие отвода тепла из ванны в массу сваривае-
мого металла и теплообмена с окружающей средой температура металла
сварочной ванны понижается и в ней начинается процесс кристаллиза-
ции. Центрами кристаллизации являются нерасплавившиеся кристаллы
основного металла на границе сварочной ванны. Кристаллы растут в на-
правлении, обратном отводу тепла, т. е. от стенок основного металла
к центру шва.

При сварке стали первичная структура в сварном шве крупнокри­сталлическая, дендритная, в большинстве случаев имеет форму столбчатых кристаллов (рис. У.35). При повторном нагреве металла шва до темпе­ратур примерно 900—950 °С и быстром охлаждении столбчатая структура превращается в мелкозернистую равноосную. Поэтому при многослойной электродуговой сварке структура первых и последующих слоев мелко­зернистая и равноосная, а последнего слоя — столбчатая, с пониженными механическими свойствами.

2. Структура зоны термического влияния. Часть основного металла,
которая близко прилегает к металлу сварного шва, называется зоной
термического влияния. При сварке она нагревается до высоких темпера-
тур и потом охлаждается. Отдельные участки этой зоны нагреваются до
разных температур и поэтому имеют различную структуру.

При сварке малоуглеродистой стали в зоне термического влияния различают следующие структурные участки (рис. У.35):

1 — узкая полоска зоны сплавления основного металла, нагретого до температуры плавления, с расплавленным присадочным металлом. Этот

участок имеет крупнокристал­лическое строение и незначи­тельные линейные размеры;

2 — зона перегрева. Темпе­ратура нагрева металла в ней составляет 1100—1500 "С. Зона характеризуется крупнокристал­лической и даже так называемой Видманштеттовой, или зернисто-игольчатой, структурой с пони­женными механическими свой­ствами;

3 — зона нормализации. Ме­талл в ней нагревается при­мерно до 900—П00°С и имеет

мелкокристаллическое строение и повышенные механические свойст­ва;

4 — зона неполной перекристаллизации. Для малоуглеродистой стали это соответствует нагреву до температур 727—911 °С. В этом интервале происходит только частичная перекристаллизация основного металла, ха­рактеризуемая тем, что наряду с более крупными зернами, не прошедши­ми перекристаллизацию, образуются новые, более мелкие зерна, прошед­шие ее. Механические свойства металла, имеющего такую структуру, несколько понижены;

5 — (450 °С — 727 °С) — зона рекристаллизации. В этом интервале тем­ператур укрупняются раздробленные зерна, образовавшиеся под действи­ем предварительной пластической деформации;

6 — зона синеломкости. Здесь металл нагревается до температуры 200—450 °С и по своей структуре не отличается от основного металла, но по сравнению с ним имеет более низкие пластические свойства.

Величина зоны термического влияния так же, как и структурные из­менения на отдельных участках этой зоны, зависит от способов и режимов сварки и от рода свариваемого материала. При дуговой сварке малоуг­леродистых сталей величина зоны не превышает 6—10 мм, при газовой сварке ее линейные размеры увеличиваются до 25—28 мм. Если свари­вают малоуглеродистые стали, то структурные изменения в зоне термиче­ского влияния почти не оказывают действия на механические свойства сварных соединений. При сварке сталей, имеющих повышенное содержа­ние угдерода или легирующих примесей, в зоне влияния образуются за­калочные структуры, а иногда и закалочные трещины. Поэтому, чтобы иметь оптимальные свойства зоны термического влияния этих сталей, строго соблюдают заданный режим сварки, а иногда применяют предва­рительный подогрев или последующую термическую обработку. Послед­няя превращает дендритную структуру в металле шва и Видманштет-товую структуру в зоне термического влияния в зернистую структуру. Благодаря этому пластические свойства сварных соединений значительно улучшаются.