Основные изменения при сварке плавлением характерны для ме­талла ЗТВ, где они происходят под влиянием сосредоточенного ис­точника теплоты - сварочной дуги. Сущность этих изменений хоро­шо согласуется в сопоставлении температур нагрева различных объемов металла ЗТВ с диаграммой состояния сплава (в данном слу­чае Fe-C) основного металла. На рис. 4.2 рассмотрены изменения, происходящие при сварке низкоуглеродистой стали с концентраци­ей углерода С..

Непосредственно рядом со швом находится участок неполного расплавления основного металла. Участок I (нагретый от температур 1100...1200 °С) называется участком перегрева и характеризуется

а - предварите.'м»ио нормализованной незакаливающсйся стази;

6 — закаливающейся стіп и; в — предварительно закаленной стали:

1 — область температур перегрева;

2 — кривая минимальных температур

интенсивным ростом зерна. II участок -перекристаллизации - харак­терен незначительным нагревом выше точки А и имеет мелкозерни­стую структуру с высокими механическими свойствами. На III уча­стке (между точками полиморфного превращения Л(. и Ас ) происходит частичная перекристаллизация. Он имеет почти неизменное ферритное зерно с небольшим его измельчением. Ме­талл, нагретый до температур ниже Л, (участок IV), имеет структуру, мало отличающуюся от основного металла. Если до сварки металл подвергался пластической деформации, то после сварки на этом уча­стке происходит рекристаллизация, характеризующаяся сращиванием ранее раздробленных деформаций зерен металла. Большое значение

имеет и предварительная термическая обработка полуфабрикатов (закалка-отпуск, нормализация). Эти операции ведут к изменению механических свойств в ЗТВ (см. рис. 4.2, а-в).

В интервале температур 100...500 °С структура металла не претер­певает сколь-либо значительных изменений, однако, при повышен­ном содержании в металле кислорода и азота здесь может происхо­дить «старение» металла, сопровождающееся снижением ударной вязкости.

Строение ЗТВ во многом зависит от химического состава стали (сплава), предварительной термической обработки свариваемых де­талей, применяемых способов, режимов и технологии сварки.

Так, однопроходная сварка воздействует на металл зоны одно­кратно, многопроходная приводит к автоматической термической обработке металла зоны от предыдущего прохода каждым последу­ющим. При сварке короткими участками околошовная зона (так же, как и шов) длительное время находится в нагретом состоянии. Помимо структурных изменений это приводит к увеличению ширины ЗТВ. Последующие слои термически воздействуют на ра­нее нагретый металл зоны, производя ее автотермообработку. Такое же тепловое влияние последующие слои оказывают и на литой ме­талл предыдущего шва. В нем тоже возникает ЗТВ, строение и струк­тура которой значительно отличаются от ЗТВ в основном металле, подвергавшемся прокатке. Эта зона на участке перегрева не имеет крупного зерна и характеризуется мелкозернистыми структурами с повышенными пластическими свойствами.

Необходимо отметить некоторые особенности свойств участ­ков ЗТВ. К ним относится область сплавления, находящаяся меж­ду линиями ликвидус-солидус диаграммы состояния. Для многих сталей этот интервал невелик (30...40 °С), и зона сплавления имеет небольшую ширину, ограниченную размерами 0,08...0,1 мм при руч­ной дуговой сварке и 0,15...0,2 мм при электрошлаковой и газовой сварке. Изменения химического состава в этой зоне невелики. Кро­ме некоторого перераспределения серы и водорода, структура крупнозернистая, постепенно переходящая к структуре перегрева. В этом участке довольно часто образуется «видманштетова» струк­тура, характеризующаяся резко выраженной направленностью ферритных выделений. Эта структура приводит к охрупчиванию металла, снижению ударной вязкости до значений 2...3 кгс/см2 (0,2...0,3 МДж/м2). Видманштетова структура возникает при боль­шом перегреве металла и более характерна для газовой сварки, чем для дуговой.

7 Заказ № 1398

Для сталей структурные составляющие, полученные в разных учас­тках ЗТВ, при распаде аустенита определяются скоростями охлажде­ния металла и его химическим составом. При соответствующем изме­нении структурных составляющих и размера зерна в разных участках ЗТВ изменяются и ее механические свойства (см. рис. 4.2).

В последнем случае на участке IV наблюдается падение твердости (отпуск). Участок перекристаллизации в случае сварки незакалива - ющихся сталей характеризуется повышенной ударной вязкостью и пониженной твердостью, что определяется мелкозернистой его струк­турой.

Ширина ЗТВ зависит от теплофизических свойств основного металла и погонной энергии, определяемой параметрами режима дан­ного способа сварки. Так, при сварке встык листов со сквозным про­плавлением общая ширина ЗТВ (см. рис. 4.2) будет равна

д = 1,48-10”4— [см],

cys 1 J

гдес/п =г|и - л - погонная энергия, Дж/см; су - объемная теплоем­че и

кость, Дж/см * с; s - свариваемая толщина, см.

Естественно, что с увеличением погонной энергии растут размеры ЗТВ, что ярко выражено в случае ЭШС. Строение и свойства ЗТВ во многом определяют прочностные свойства и эксплуатационную на­дежность всего сварного соединения.