Аспекты теории термообработки

Сварные соединения, выполненные дуговыми способами, непосредственно после процесса характеризуются неоднородностью структуры и свойств сварного шва, зоны термического влияния, а также наличием в них сварочных напряжений.

• Неоднородная структура и свойства, зависят главным образом от неравномерности нагрева металла при сварке. Металл шва в процессе сварки в расплавленном состоянии имеет температуру свыше 2000°С, в то время, как соседние слои металла находятся в твердом состоянии. Прочность металла шва равна или превышает прочность основного металла. Также неравномерно распределяются в сварном соединении такие специальные свойства, как хладостойкость, коррозионная стойкость, жаропрочность.
• Около сварного шва возникает область металла, которая при сварке нагревается до очень высокой температуры, а потом охлаждается до комнатной. Эта область называется зоной термического влияния.

Рис. 1. Сварное соединение

• В процессе сварки шов и прилегающая зона нагреваются, а при охлаждении – сжимаются. Этому процессу в области сварки препятствуют окружающие холодные слои металла и, как следствие, в области сварного шва и в зоне термического влияния возникают остаточные растягивающие сварочные напряжения. Растягивающие сварочные напряжения, могут достигать значительных величин, близких к пределу текучести (250-350 МПа). Растягивающие сварочные напряжения опасны тем, что могут вызвать появление трещин в сварных соединениях, особенно из легированных сталей. Эти стали нагреваются выше температуры полиморфных превращений. При охлаждении в них возникает закалочные структуры. Из-за остаточных напряжений может происходить особый вид разрушения – коррозионное растрескивание (межкристаллитная коррозия). Хлориды могут приводить к питтинговой коррозии и коррозионному растрескиванию.

 

Рис. 2. Распределение внутренних напряжений по длине и толщине сварного шва

• Ещё одна проблема – водород. Если в зоне сварки окажется вода, то из-за разности потенциалов и высокой температуры она диссоциирует на кислород и водород, который, в свою очередь, попадет в расплав. Присутствие водорода может привести к серьезным проблемам при сварке. Кроме естественных (влажная труба или лист), вода может оказаться в зоне сварки и по другим причинам. Например, ржавчина и определенное количество воды присутствует в электродных присадках и флюсах. Она может присутствовать в виде паров в газах, используемых в газосварке. Так как электроды и другие составляющие горят в течение всего времени сварки, проблема влаги остается насущной все время. В некоторых случаях водород может образовывать в сварном шве при его охлаждении сквозные поры. Но атомы водорода очень малы и могут легко диффундировать в металл и выделяться из металла. Этот процесс называется диффузией водорода. При высоких температурах диффузия довольно быстрая, при низких – более медленная. Повышение температуры металла ниже точки полиморфного превращения делает удаление водорода более эффективным.

Одним из основных средств решения проблем снижения внутренних напряжений и удаления водорода, а также  повышения надежности сварных соединений является термическая обработка.