СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ

ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СВАРКИ

Все зоны сварочного шва подвергаются термическому воздействию с определенными циклами по времени. Каж­дый участок сварочного шва вначале нагревается до оп­ределенной температуры, а затем охлаждается. Темпера­турные изменения металла во время сварки называют ее термическим циклом, графическая зависимость которого

отражена на рис. 3. Как видно из графика, температура металла меняется в зависимости от зон сварного соеди­нения и снижается ло мере удаления от центра шва. На ширину зоны влияния накладывают отпечаток несколько факторов. В первую очередь, это толщина свариваемого металла, вид термического воздействия и его режимов. При дуговой сварке ширина этой зоны обычно находится в пределах 5—6 мм, а при газовой сварке может достигать 25 мм.

В зависимости от степени нагрева металла меняется и его структурное строение. Вначале в нагретом металле происходит растворение некоторых соединений, изменя­ющих структуру металла. Примером такого растворения может служить соединение металла с углеродом. По мере повышения температуры происходит переход низкотем­пературной фазы металла в высокотемпературную (поли­морфное превращение). На участках, где температура пре­вышает точку плавления, происходит переход металла из твердой фазы в жидкую.

По мере снижения температуры, когда дуга смещает­ся вдоль шва или гаснет, структурные изменения прохо­дят в обратном порядке. Вначале прекращается процесс кристаллизации, то есть переход жидкой фазы металла в твердую, а затем — полиморфные превращения. По мере остывания происходит выпадание из металла некоторых его фаз, например, карбидов, интерметаллидов и т. д.

Температура нагрева металла меняется не только во времени, но и по мере удаления от центра шва. Поэтому структура кристаллической решетки имеет различное строение по ширине сварочного соединения.

Так, в области, где металл нагревается до температу­ры, превышающей точку плавления (зона плавления /), в результате последующего процесса кристаллизации обра­зуется сварочный шов. В этой области основной материал приобретает грубую столбчатую структуру, снижающую механическую прочность и пластичность металла.

В зоне 2, где температура ниже, проходит граница между жидкой и твердой фазой металла. На этом участке происходит частичное оплавление и рост зерен металла, накопление примесей, что приводит к снижению проч­ности шва. Эта зона считается самой слабой в соарочном соединении и называется зоной неполного отделения.

В зоне 3 (зона перегрева) температура основного метал­ла не достигает точки плавления, но все же оказывается достаточной, чтобы вызвать существенные изменения в кристаллической решетке. Оснонной металл в этой зоне приобретает крупнозернистую структуру, отличающуюся высокой пластичностью и ударной вязкостью. И чем шире зона перегрева, тем ярче проявляются эти свойства.

Нагрев и охлаждение на участке 4 (зона нормализации) основной металл не перегревается, что приводит к обра­зованию мелкозернистой структуры (перекристаллизация без перегрева), обладающей высокими механическими свойствами. На участке 5 температура основного Металла не достигает величины, необходимой для полной норма­лизации металла (зона неполной перекристаллизации). По­этому в данной зоне могут чередоваться между собой крупнозернистая и мелкозерниста структуры, что делает этот участок слабее по механическим качествам, чем пре­дыдущая зона.

Изменения, происходящие в результате повышения температуры в зонах 6 и 7, зависят от предварительной обработки металла. Так, если металл перед сваркой ис­пытал холодную деформацию (прокатку, ковку, штам­повку и т. д.), то на участке 6 могут возникать процессы рекристаллизации (рост кристаллов), что приводит ра­зупрочнению структуры; На участке 7 могут происходить процессы старения с выпаданием карбидов железа и нит­ридов. Это приводит к снижению механической прочнос­ти металла. Если перед сваркой металл подвергался тер­мической обработке (отжиг), то существенных измене­ний в этих зонах в процессе сварки не происходит.