Что собой представляет сварочный шов: особенности

Одним из красноречивых примеров упрощенного восприятия сварочных терминов является обыкновенный шов. Зачастую его воспринимают как некое единое образование, с четкой границей и внутренним единством. Между тем результатом типичной сварки становится структурированное, многослойное сплавление. Используется ли устаревшее устройство сварочное качественное оборудование или задействовано для работы новейшие разработки западных инженеров – картина нескольких зон шовного образования сохраняется. На примере стального сварного шва основные зоны таковы:

Наплавленный металл, «сердцевина» ЗТВ. Представляет собой застывший композитный слой, образованный путем перемешивания жидких фаз – свариваемого металла (металлов), электродного материала, флюсов, присадок и т. д.

Область сплавления. Сравнительно узкая полоска частичного плавления кромок. Стальные зерна в этой области оплавлены, но они не подверглись стадии полного расплава. Для стальных стыков размер ОС редко превышает 0.5 мм, металл в ней подвергается сильному перегреву. Узкий «коридор» области сплавления достаточно хрупок, особенно при неудовлетворительной технологичности процессов. Область сплавления может стать местом дислокации горячих трещин и низкой прочности всего шва.

Зона перегрева. Сталь, нагретая до 1.150…1.450 °С в процессе сварки и приобретшая крупнозернистую структуру ввиду столь сильного термического воздействия – объем «исходных» зерен стали превышен в 8-12 раз. Характерный размер зоны перегрева – 2.5…4 мм в ширину. Высокотемпературный перегрев на грани точки плавления приводит к резкому ухудшению пластичности и вязкости стальных новообразований. Частой причиной растрескивания стальных стыков является снижение механической прочности перегреваемой при сваривании области.

Зона нормализации нагревается до 900…1.150 °С, у различных сплавов и в различных условиях сварки ее ширина составляет 2-4 мм. Температурный режим разогрева и отпуска приводит к превалированию мелких зерен на данном участке – соответственно возрастает его прочность и пластичность, зачастую выше, чем у исходного сплава. Дефектообразование на участке нормализации минимально.

Зона частичной перекристаллизации. Сталь, нагретая в процессе сварки до 700…900 °С и шириной до 5 миллиметров. Структурно представляет собой сложное композитное образование с переменной зернистостью, механические свойства хуже, чем на участке нормализации.

Зона рекристаллизации. Область стальной заготовки, нагретая от 450…700 °С, может составлять до 10 миллиметров в ширину. Нагрев до таких температур восстанавливает многие поверхностные дефекты, полученные на стадии предсварочной подготовки (штамповка, прокат и др.). Участок рекристаллизации является внешней границей зоны термического влияния.

Основной металл, расположенный за участком рекристаллизации, формально не входит в ЗТВ. Он подвергается не столь значительному нагреву, не более 450 °С, а часто и того меньше – порядка 200 °С. Однако для многих стальных промышленных сплавов именно такой нагрев приводит выделению окислов и нитридных образований в поверхностную область. Подобное выделение повышает хрупкость металла, который весьма удален от зоны сплавления (порой до нескольких сантиметров). Поверхностные окислы и нитриды имеют характерный сине-голубой цвет, а само их появление называется «синеломкостью» – прекрасный пример точного и емкого определения сварочной проблемы. Синеломкие области прочны, однако их низкая пластичность приводит к хрупкости соединений – в нескольких сантиметрах от наплавленного шва, достаточно далеко от траектории держака, но это именно сварочная проблема, хотя и проявляется в области основного металла.