Расчеты термического цикла основного металла

Термическим циклом металла в данной точке называется изменение температуры во времени. В результате теплового воздействия источника нагрева металл в точках на сварном шве или вблизи него подвергается нагреву и охлаждению, т. е. происходит своеобразная термическая об-работка.

Термический цикл металла в точках на различных расстояниях от сварного шва будет различным, в связи с чем отдельные участки будут иметь различные структуры и механические (а также физические) свой-ства. Совокупность таких участков называется зоной термического вли-яния – ЗТВ (или околошовной зоной).

В некоторых случаях, например у низкоуглеродистых сталей, теп-ловое воздействие не оказывает существенного влияния на свойства. В других случаях такое воздействие может вызвать ухудшение свойств: углеродистые и легированные стали в результате слишком быстрого ох-лаждения и подкалки могут значительно снизить пластичность; хромо-никелевые нержавеющие стали аустенитного структурного класса при длительном перегреве выше температур распада аустенита теряют одно-родность аустенитной структуры и, как следствие, теряют коррозионную стойкость. Поэтому надо уметь выбирать (рассчитывать) и оценивать режимы, чтобы обеспечивать получение сварных швов и соединений с заданными свойствами.

В закаливающихся сталях при нагреве выше температур линии и последующем охлаждении характер образующихся структур зависит от многих факторов, в частности от:

– максимальной температуры нагрева металла данного участка;

–скорости охлаждения в интервале температур наименьшей устой-чивости аустенита;

–длительности нагрева выше температуры интенсивного роста зерна аустенита (

При этом следует помнить, что каждой структурной составляющей со-ответствует определенная скорость охлаждения: перлит – 40 сорбит – 50 троостит (тростит) – 80 мартенсит –

Примечание. 1. Перлит – структурная составляющая сталей и чугунов, представляющая собой смесь феррита и цементита. Обычно встре-чается в стали, подвергнутой отжигу, нормализации или высокому отпуску. Перлит образуется в стали в процесса распада аустенита (при охлаждении) или мартенсита при нагреве. Перлитные конструкционные стали обладают достаточно высокой прочностью и пластичностью.

2. Сорбит – структурная составляющая стали, представляющая собой смесь феррита и цементита. Образуется из аустенита в результате диф-фузионного превращения при охлаждении. Отличается от перлита более тонкой (дисперсной) структурой, что обеспечивает более высокую проч-ность стали. Обнаруживается на шлифах с помощью металлогра-фического микроскопа.

3. Троостит – структурная составляющая стали, представляющая со-бой высокодисперсную смесь феррита и цементита, образующуюся при распаде аустенита в температурном интервале 500…400 ^оС (троостит закалки) или при отпуске закаленной стали при температурах 350…400 ^оС (троостит отпуска). Отличается от перлита и сорбита более тонким строением. Обнаруживается на шлифах с помощью электроного микро-скопа. Троостит отпуска, имеющий зернистый цементит, отличается от троостита закалки, имеющего пластинчатый цементит, большей плас-тичностью. Стали со структурой троостита обладают повышенной твер-достью и прочностью, умеренными пластичностью и вязкостью.

4. Мартенсит – основная структурная составляющая закаленной стали. Представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе такой же концентрации, как и у исходного аустенита. Мартен-ситной структуре соответствует наиболее высокая твердость стали.

Теория распространения теплоты при сварке позволяет рассчитывать: максимальную температуру металла в заданной точке сварного шва или соединения; время наступления максимальной температуры после начала процесса сварки (наплавки); мгновенную скорость охлаждения металла в заданной точке; длительность нагрева металла выше заданной темпе-ратуры. Ниже приведены формулы для расчетов указанных показателей для случаев наплавки валика на массивное тело и сварки листов встык с полным проплавлением за один проход.