1. Теоретическая часть

1.1. Микроструктура металла шва

Металл шва образуется в результате кристаллизации рас­плавленных основного и присадочного материалов. При сварке низкоуглеродистых сталей металл шва имеет денд­ритную столбчатую феррито-перлитную структуру, типичную для литого металла и может обладать всеми её недостатка­ми (крупное зерно, ликвация, газовые поры, шлаковые вклю­чения и дефекты усадочного происхождения).

Для столбчатой структуры характерна вытянутость зерен в одном направлении. Развитие столбчатой структуры связа­но с направленным интенсивным отводом тепла в основной металл.

Дендриты располагаются в столбчатых зернах, яв­ляясь их основой. Неметаллические включения в сварных широких швах вытесняются наверх, а при сварных узких остаются в середине шва.

Для получения необходимой прочности металла сварного шва за счет сварочных материалов проводят его модифици­рование, легирование, снижают содержание углерода, серы, фосфора и других элементов, склонных к ликвации и к об­разованию газовых пор и шлаковых включений, обеспечива­ют надежную защиту от окружающей среды.

При сварке сталей с повышенным содержанием углерода ограничивают глубину проплавления, уменьшая долю основ­ного металла в шве.

1.2. Микроструктура металла околошовной зоны

К металлу шва примыкает зона термического влияния. Для точек зоны термического влияния, различно удаленных от оси шва, термические циклы будут неодинаковы. Чем бли­же находится данная точка к линии сплавления основного металла шва, тем быстрее происходит нагрев и тем выше максимальная температура нагрева.

При данном химическом составе основного металла струк­тура и механические свойства зоны термического влияния определяются характером термических циклов. Так как тер­мические циклы участков, различно удаленных от шва, будут неодинаковы, то их структура и механические свойства бу­дут различными.

При сварке малоуглеродистой стали плавлением зона термического влияния состоит из следующих участков:

1. неполного расплавления;

2. перегрева с крупнозернистой или даже видманштедтовой структурой;

3. нормализации - с мелкозернистым равноосным строе­нием перлита и феррита;

4. неполной перекристаллизации - колониями мелких зерен феррита и перлита, расположенных по границам более крупных исходных зерен феррита;

5. рекристаллизации - изменения структуры наблюдают­ся только у наклепанного металла;

6. участок старения (обычно не отличается по структуре от основного металла).

При многослойной сварке описанные структурные участки имеют последний по порядку наложения шов и основной ме­талл в его зоне термического влияния. Нижележащие швы и их зоны влияния утрачивают первоначальную структуру в результате однократной или многократной термической об­работки. По механическим свойствам зона термического влияния неоднородна. Участок нормализации имеет повышенные механические свойства, а участок перегрева - пониженные.

При сварке сталей с повышенным содержанием углерода во 2 - 5 участках зоны влияния появляются в различных со­отношениях закалочные структуры: мартенсит, троостит и сорбит.

Появление закалочных структур в зоне сварки можно предупредить путем нагрева деталей перед сваркой. Темпе­ратура предварительного нагрева зависит от химического состава стали и колеблется от 150 до 450°С.

При подогреве снижается скорость охлаждения металла и становится возможным распад аустенита на феррито-цементитную смесь.

Следует особо отмстить влияние околошовной зоны на прочность сварных соединений, изготовленных из термиче­ски упрочненных сталей. При сварке их может произойти разупрочнение на участке 5 вследствие неполной закалки, на участке 6 из-за высокого отпуска. По этой причине изго­товление изделий из термически упрочненных сталей с по­мощью сварки иногда становится затруднительным с техно­логической точки зрения.