Разрушение металла рядом со швом — это не всегда признак плохой сварки. Иногда сам шов остаётся целым, а трещина появляется в нескольких миллиметрах или даже сантиметре от него. Причина скрывается в зоне термического влияния, где металл меняет свою структуру под воздействием нагрева и охлаждения. В этой статье мастер сварщик расскажет, почему разрушается металл возле шва, какие процессы приводят к появлению трещин и как избежать подобных дефектов.
Что происходит в зоне термического влияния (ЗТВ)
Когда сварщик смотрит на готовый шов, чаще всего внимание привлекает сам валик: его форма, равномерность, наличие пор или подрезов. Но настоящая причина будущего разрушения нередко находится не в металле шва, а рядом с ним — в зоне термического влияния (ЗТВ). Это участок основного металла по обе стороны от соединения, который во время сварки сильно нагревается, но не успевает расплавиться. Именно здесь под действием высокой температуры и быстрого охлаждения металл может изменить свои свойства настолько, что внешне прочная деталь становится уязвимой.
Температура в ЗТВ может меняться от нескольких сотен градусов до почти температуры плавления стали — около 1500 °C. Ближе к линии сплавления металл получает максимальный нагрев, а дальше от шва воздействие постепенно уменьшается. Ширина этой зоны зависит от множества факторов: способа сварки, силы тока, скорости перемещения электрода или горелки, толщины детали, состава стали и способности материала отводить тепло.
Во время сварки металл проходит сложный термический цикл: сначала происходит быстрый нагрев, затем резкое охлаждение. Причём этот процесс идёт неравномерно. Участок возле шва нагревается сильнее и дольше, а расположенные дальше слои получают меньше тепла. Из-за этого внутри одной детали могут одновременно существовать разные структуры металла — от нормальной пластичной стали до участков с повышенной твёрдостью и хрупкостью.
Как высокая температура меняет свойства металла
Одной из самых опасных проблем в ЗТВ является образование закалённых структур, особенно в углеродистых и низколегированных сталях. При нагреве выше определённой температуры исходная структура металла превращается в аустенит. Если после этого охлаждение происходит слишком быстро, атомы углерода не успевают перераспределиться, и вместо обычной феррито-перлитной структуры формируется мартенсит.
Мартенсит обладает очень высокой твёрдостью, но при этом отличается низкой пластичностью. Проще говоря, металл становится крепче, но теряет способность спокойно воспринимать деформацию. Такая зона уже не «работает» вместе с остальной деталью, а начинает вести себя как хрупкий участок, который может разрушиться при нагрузке.
Дополнительная проблема заключается в том, что при образовании мартенсита металл увеличивается в объёме. Внутри детали возникают большие остаточные напряжения, которые остаются даже после полного остывания шва. Если одновременно присутствуют водород, высокая твёрдость и растягивающие напряжения, появляются условия для образования холодных трещин. Они опасны тем, что могут возникнуть не сразу после сварки, а спустя несколько часов или даже дней.
Скорость охлаждения ЗТВ напрямую зависит от условий сварки. Толстые детали быстрее отводят тепло и сильнее закаливают прилегающие участки. Тонкий металл охлаждается иначе, но при слишком большой подводимой энергии может получить другой дефект — перегрев и ухудшение структуры.
Перегрев и рост зерна, когда металл теряет прочность
Ещё одна опасность возникает непосредственно возле линии сплавления. Здесь температура может достигать 1100–1400 °C, из-за чего происходит интенсивный рост металлических зёрен. Этот участок называют зоной перегрева.
Статья на сайте полностью не поместилась, продолжить чтение вы сможете по ссылке: