Термический цикл при сварке

Теория тепловых процессов при сварке, разработанная Н. Н. Рыкалиным, позволяет с достаточной степенью точности рассчитывать термические циклы для разных сечений сварного соединения в зависимости от метода и режима сварки, толщины свариваемого металла, формы сварного соединения.

Термический цикл (рис. II.1) характеризуется максимальной температурой  T_max, длительностью нагрева t_н при температуре Т и скоростыо охлаждения W_o. В зависимости от мощности источника тепла, степени его концентрированности и скорости движения, длительность нагрева и охлаждения зоны термического влияния изменяются от долей секунды до нескольких минут. Таким же образом меняется ее ширина — от 1—3 мм при ручной дуговой и до 10—20 мм при электрошлаковой сварке.

Зона термического влияния ЗТВ характеризуется неравномерным распределением максимальных температур нагрева. В этой зоне можно различать участки (°С): старения 200—300; отпуска 250—650; неполной перекристаллизации примерно 700—870; нормализации 840—1000; перегрева 1000—1250 и околошовный участок — несколько рядов зерен, непосредственно примыкающих к линии сплавления, от 1250 до температуры плавления. На этом участке наиболее резко изменяется структура металла, понижающая качество сварного соединения.

В период нагрева стали в интервале от 700 до 900°С феррит и перлит превращаются в аустенит. При температуре около 1000 °С начинаются интенсивный рост зерна аустенита и его гомогенизация. Размер зерна аустенита (средний диаметр) на околошовном участке составляет: при ручной дуговой сварке 0,1—0,15 мм; при однопроходной сварке под флюсом сталей толщиной 15—20 мм — 0,2—0,3 мм; при электрошлаковой сварке сталей больших толщин (100—200 мм)—0,4—0,8 мм. На других участках зоны термического влияния размер зерна постепенно уменьшается, приближаясь к минимальному в зоне температур, близких к 900 °С.

В зависимости от вида сварки и погонной энергии возможны два предельных случая: резкая закалка при быстром охлаждении околошовного участка или перегрев при медленном охлаждении. Скорость охлаждения оценивается в интервале наименьшей устойчивости аустенита (600—500°С). При малых скоростях охлаждения (электрошлаковая сварка) превращение начинается с возникновения феррита и заканчивается возникновением перлита.

При средних скоростях охлаждения (автоматическая сварка под флюсом) образуются перлит и бейнит. При большой скорости охлаждения образуются бейнит и мартенсит. В случае полного мартенситного превращения происходит резкое повышение внутренних напряжений. При этом могут возникнуть зародыши трещин на границах зерен. Трещины постепенно раскрываются под влиянием остаточных сварочных напряжений в течение минут, часов и даже суток после сварки (замедленное разрушение).

Малышев Б.Д. Сварка и резка в промышленном строительстве, т.1. -М. 1989