Свойства сварного соединения определяются не только формой шва. Во время сварки разные участки детали проходят через разные температурные условия. В результате рядом могут находиться области с неодинаковой структурой, твёрдостью и пластичностью.
Поэтому при оценке соединения рассматривают как сам шов, так и прилегающий металл.
Металл шва и прилегающие участки
При сварке плавлением металл шва образуется после затвердевания сварочной ванны. Его состав зависит от основного металла, присадки и условий процесса.
Рядом находится зона термического влияния. Металл здесь не расплавляется, однако нагрев может изменить его структуру и свойства. За её пределами располагается материал, не претерпевший существенных изменений от сварочного теплового цикла.
Ширина и состояние зоны термического влияния зависят от материала, способа сварки и условий нагрева. Их нельзя определять по одной универсальной схеме для всех сталей и толщин.
Как читать схему строения соединения
На схеме показано, как меняются максимальная температура нагрева и характерные зоны при удалении от оси сварного шва. Кривая отражает наибольшую температуру, достигнутую в каждой точке за сварочный цикл, а не распределение температур в один момент времени. Цветная полоса под графиком помогает сопоставить участки соединения с этой кривой.
Схема относится к доэвтектоидной стали и не задаёт численные температуры или ширину зон. Tₛ обозначает начало плавления. Температуры Ac₁ и Ac₃ соответствуют началу и завершению превращения в аустенит при нагреве; их значения зависят от состава стали и условий нагрева.
1. Металл шва
В области шва металл проходил через жидкое состояние. После охлаждения здесь формируется структура затвердевшего металла. На схеме переход к неплавившемуся металлу упрощён: узкая область частичного плавления отдельно не выделена.
2. Крупнозернистый участок
Рядом с областью плавления основной металл испытывает наиболее сильный нагрев без полного расплавления. Высокая температура может приводить к росту аустенитного зерна. Структура и свойства после охлаждения зависят от состава стали и теплового цикла.
3. Мелкозернистый участок
В этой области температура превышает Ac₃, но нагрев менее интенсивен, чем рядом с границей плавления. Зерно аустенита обычно мельче, чем на крупнозернистом участке. Конечная структура определяется последующим охлаждением.
4. Участок частичного превращения
Максимальная температура находится между Ac₁ и Ac₃. В аустенит превращается только часть исходной структуры. После охлаждения металл может иметь неоднородное строение.
5. Участок нагрева ниже Ac₁
Аустенитное превращение здесь не начинается. Однако нагрев способен изменять состояние материала: например, вызывать отпуск ранее закалённой структуры. Характер изменений зависит от исходной обработки стали.
6. Основной металл вне зоны существенного влияния
На большем удалении от шва нагрев уже не приводит к существенному изменению структуры. Переход к этой области постепенный; цветовые границы на рисунке служат для объяснения, а не обозначают разрывы или отдельные слои металла.
Почему изменения структуры важны
Участок, который внешне не отличается от окружающего металла, может иметь другие механические свойства. Именно поэтому хороший внешний вид шва не всегда означает, что соединение соответствует требованиям эксплуатации.
Для некоторых сталей особенно важно контролировать скорость охлаждения и условия, влияющие на образование трещин. Подогрев и другие технологические меры назначают с учётом конкретного материала.
Как исследуют соединение
Метод контроля выбирают по тому, какие свойства нужно подтвердить. В зависимости от требований используют осмотр, измерения, неразрушающий контроль, испытания образцов и исследование структуры.
При анализе причин дефекта полезно сопоставлять результаты контроля с фактическими условиями сварки. Такой подход помогает выяснить, связано ли отклонение с материалом, подготовкой, режимом или последующей обработкой.
Приведённое деление прежде всего относится к сварке плавлением. Для контактных способов строение соединения рассматривают с учётом особенностей конкретного процесса.