5. Термический цикл сварки и его основные параметры

Термический цикл сварки характеризует изменение температурно-временных условий в произвольно взятой точке свар­ного соединения. Изменение температуры во времени в данной точке сварного соединения представлено на рис.

Основными параметрами термического цикла сварки явля­ются:

• максимальная температура нагрева Т_тах, °С;

• мгновенная скорость нагрева w_s и охлаждения w_0XЛ °C/c;

• длительность пребывания металла выше некоторой тем­пературы T_i - t_H, с: при нагреве (t') и при охлаждении (t").Значение температуры T может соответствовать температуре начала интенсивного роста зерна аустенита Т_нир или критиче­ской температуре А₃.

Пределы изменения параметров термических циклов до­вольно значительны, что объясняется большим разнообразием толщин свариваемых металлов, видов сварных соединений, технологических вариантов сварочных процессов. В табл. 2.1 приведены значения основных параметров термических цик­лов околошовного участка сварных соединений при однопро­ходной дуговой и электрошлаковой сварке стыковых соедине­ний низколегированных сталей.

Как видно, термические циклы более энергоемких процес­сов сварки (например, электрошлаковой) характеризуются меньшими значениями скоростей нагрева и охлаждения ме­талла и длительным временем пребывания его выше темпера­туры А_с3.

Наибольшее влияние на изменение структуры и свойств со­единений из перечисленных параметров термического цикла оказывает максимальная температура нагрева металла в дан­ной точке сварного соединения. В зависимости от величины этого показателя в сварном соединении различают зоны:

• сварного соединения, максимальная температура нагрева которой превышает температуру плавления для данной стали;

• термического влияния (ЗТВ), нагрев различных участков которой находится в интервале от температуры плавления до 200 °С.

В зависимости от изменения максимальной температуры нагрева определяется протяженность соответствующих участ­ков ЗТВ

Аналогичное влияние на фазовые и структурные превра­щения в ЗТВ оказывает t_H и особенно ее составляющая t'. Чем дольше металл находится в области высоких температур, осо­бенно выше температуры интенсивного роста зерна, тем более полно растворяется карбидная фаза, больше конечный размер зерна аустенита и более однороден его химический состав пе­ред распадом.

Скорость охлаждения w₈_₅ оказывает основное влияние на процессы распада аустенита при охлаждении. Регулируя w₈__5i можно реализовать процесс распада аустенита в той или иной температурной области и за счет этого получить различный фазовый состав и дисперсность структуры. Чем выше скорость охлаждения, тем больше в структуре высокодисперсной ферритно-карбидной смеси, тем выше вероятность образования закалочных структур.

6. Строение зоны термического влияния сварного соединения.

1. зона сплавления. Наибольшие изменения химического состава, структурных свойств металла. Для перлитных сталей возможна подкалка и снижение пластичности, для аустенитных- появление горячих трещин (возможны холодные трещины, которые могут дальше развиваться по этому участку. Процессы коррозии на данном участке протекают более интенсивно

2. участок перегрева. Полные структурные превращения. При больших тепловложениях происходит рост зерна аустенита, снижение ударной вязкости. Могут образоваться горячие и холодные трещины. (участок характеризуется крупным зерном и, как следствие неблагоприятной структурой и пониженными характеристиками, особенно по пластичности и сопротивлению хрупкому разрушению)

3. участок полной перекристаллизации. Для сталей с содержанием С> 0,3% возникают закалочные структуры, резко снижается пластичность участка.

4. зона частичной перекристаллизации. Для большинства сталей проблем на этом участке нет, для термически упрочненных сталей- разупрочнение.

5. зона высокотемпературного отпуска. Для аустенитных сталей возникает коррозионное разрушение. Для нержавеющих сталей в диапазоне температур 900-500 С происходит растрескивание соединений в хлоридах. (этот участок опасен для пластически упрочненных сталей- упрочнение снимается (происходит перестройка структуры))

6. зона низкотемпературного отпуска и механического влияния. За счет старения металла и его наклепа может наблюдаться снижение пластических свойств.