Строение сварного соединения.

Рисунок 1. Схема строения зоны термического влияния сварного шва при дуговой сварке

При сварке плавлением в сварном соединении можно выделить три основные области.

Область I, в которой металл находился в жидком и твердожидком состоянии - нагрев выше температуры солидуса.

Зона №1 - металл шва (метал в жидком состоянии) 

Зона №2 - зона сплавления - неполного расплавления (металл находился в твердожидком состоянии). Эта зона является переходной зоной между расплавленным и твердым металлом. Она представляет собой узкую полоску основного металла, которая при сварке находится при температурах ниже линии ликвидуса, но выше солидуса.

Область I – это область, в которой происходит существенное изменение: химического состава, структуры, формируется значительная химическая неоднородность, что обуславливает наибольшую вероятность образования дефектов.

 

  Структура сварного шва.

Для швов столбчатого строения большое значение имеет схема кристаллизации.

Столбчатые зерна (кристаллиты) – удлинённых дендриты

Различают следующие схемы кристаллизации:

                 

             а                        б                                   в

Линейная (а) - оси кристаллитов не искривляются, металл шва имеет минимальную пластичность.

Плоская (б) – оси кристаллитов изогнуты только в одной плоскости, пластичность металла шва более высокая.                          

Объемная (в) - оси кристаллитов изогнуты в объеме сварочной ванны, наилучшая пластичность металла шва.

Область II – область термического влияния – температура нагрева выше начала фазового превращения и до температуры Тс.

1. Зона полной перекристаллизации (зона перегрева) – образование в закаливающихся сталях закалочных структур, рост зерна, образование ГТ и ХТ.

Участок полной перекристаллизации подразделяется на две зоны:

- зона перегрева – №3: 1100 - Т°С)

Участок перегрева ограничивается со стороны шва температурой участка неполного расплавления, а со стороны основного металла – температурой, примерно 1100°С. На этом участке наблюдается перегрев и рост аустенитного зерна. В процессе остывания образуется крупнозернистая структура. Участок перегрева характеризуется образованием в закаливающихся сталях закалочных структур с пониженной пластичностью и особенно низкой вязкостью, ростом зерна, большой вероятностью образования ГТ и ХТ;

- зона нормализации – №4: Т = А₃ - 1100°С.

Участок нормализации охватывает температурный интервал 900 - 1100°С, что несколько выше точки Ас3. На этом участке происходит образованием мелкозернистой структуры. Длительность пребывания стали при этих температурах невелика, зерно аустенита не успевает вырасти. Последующая перекристаллизация приводит к получению равноосной структуры феррита и небольшого количества перлита. Ширина этого участка в зависимости от способа и режима сварки изменяется от 1,2 до 4 мм.

2. Зона частичной перекристаллизации – при сварке закаленного металла происходит разупрочнение – уменьшениедлительной прочности.

Перекристаллизация – образование новой фазы путем зарождения и роста кристаллов в твердом состоянии.

Область III - область термомеханического влияния – температура нагрева ниже температур начала фазовых превращений.

Область термомеханического влияния – состоит из трех зон:

- зона рекристализации (высокого отпуска Т = 500ºС – А_С1);

- зона старения: среднего отпуска Т = 300-500°С;

                       низкого отпуска Т = 100 -300ºС

Зона рекристаллизации - разупрочнение металл – снижение длительной прочности, увеличение склонности к коррозионному растрескиванию при эксплуатации.

На этом участке в сталях, подвергавшихся до сварки пластической деформации наблюдается развитие процесса рекристаллизации. На этом участке в интервале температур 450÷700°С наблюдается рост новых равноосных зерен из раздробленных при пластической деформации зерен.

Справка: Аустенитные стали – снижение стойкости к МКК: образование по границам зерен Cr₂₃С₆ (уменьшение концентрации Cr<12%) – стабилизация Ti, Nb, Zr (больше сродство к углероду – образования карбидов этих элементов)

Зона старения - участок низкого отпуска Уменьшение δ и КС (незначительное).

(участок синеломкости) охватывает температурный интервал 100 -300ºС, при которой появляются синие цвета побежалости на поверхности металла.

1. Зона разупрочнение металла 500ºС – А_С1 – снижение длительной прочности, увеличение коррозионного растрескивания при эксплуатации.

2. 100 -300ºС Уменьшение δ и КС (незначительное).