Сайт зона термического влияния сварки Зона термического влияния сварки (ЗТВ) — это область, в которой основной металл по обе стороны сварного шва претерпевает заметные изменения структуры и свойств под действием теплового цикла сварки. Сварное соединение — это процесс сварки, состоящий из трёх частей: сварного шва, зоны сплавления и зоны термического влияния.

1.Определение

Под действием зона термического влияния сварки сварка плавлением, область, где структура и свойства изменяются в определенном диапазоне вблизи обеих сторон сварного шва, называется «зона термического влияния сварки“, или “Зона около сварного шва” (Near Weld Zone). Сварное соединение в основном состоит из двух частей, сварного шва и зоны горячей тени, а между ними находится переходная зона, которая называется зоной сплавления. Поэтому для обеспечения качества сварных соединений необходимо, чтобы структура и свойства сварного шва и зоны термического влияния одновременно соответствовали требованиям. При постоянном использовании в производстве различных высокопрочных сталей, нержавеющих сталей, жаропрочных сталей и некоторых специальных материалов, существующие в зоне термического влияния сварки проблемы усложняются и становятся слабым местом сварных соединений. Поэтому исследователи во многих странах уделяют большое внимание зоне термического влияния сварки.

Протяжённость ЗТВ варьируется в зависимости от погонной энергии, вкладываемой в процесс сварки, теплопроводности материала и скорости охлаждения. Более высокое погонная энергия или более медленная скорость охлаждения обычно приводят к увеличению ЗТВ.

2.Распределение в тканях

Согласно зона термического влияния сварки Свариваемые стали подразделяются на две категории: сталь с низкой склонностью к закалке, например, низкоуглеродистая сталь и некоторые виды низколегированной стали, называемая закалочно-твердеющей сталью; сталь с высокой склонностью к закалке. Более крупные марки стали, такие как среднеуглеродистая сталь, низко- и среднеуглеродистая закаленная и отпущенная легированная сталь и т.д., называются легкозакаливаемой сталью. Из-за разной склонности к закалке структура зоны термического влияния сварки этих двух типов сталей также различается.

3.Производительность

Распределение микроструктуры в зоне термического влияния сварки неравномерно, и, следовательно, эксплуатационные характеристики также неравномерны. Зона термического влияния сварки отличается от сварного шва, и сварной шов может соответствовать эксплуатационным требованиям путем регулирования химического состава и подбора соответствующего процесса сварки. Эксплуатационные характеристики зоны термического влияния не могут быть отрегулированы по составу, и это проблема неоднородности, возникающая под воздействием термических циклов сварки. Для общих сварных конструкций в основном рассматриваются упрочнение, охрупчивание, упрочнение и разупрочнение зоны термического влияния, а также комплексные механические свойства, коррозионная стойкость и усталостные свойства, которые определяются в соответствии с конкретными требованиями использования сварной конструкции.

Закалка

Твердость зоны термического влияния сварки в основном зависит от химического состава и условий охлаждения свариваемой стали, и ее суть заключается в отражении характеристик различных металлографических структур. Поскольку испытание на твердость более удобно, наибольшая твердость HMAX зоны термического влияния часто используется для оценки характеристик зоны термического влияния, которая может косвенно предсказать вязкость, хрупкость и трещиностойкость зоны термического влияния. В проекте HMAX зоны термического влияния использовалась в качестве важного индекса для оценки свариваемости. Следует отметить, что даже одна и та же структура имеет разную твердость, которая связана с содержанием углерода в стали и составом сплава. Например, твердость высокоуглеродистого мартенсита может достигать 600HV, в то время как твердость низкоуглеродистого мартенсита составляет всего 350-390HV.

Охрупчивание

Охрупчивание зоны термического влияния сварного шва часто является основной причиной растрескивания и хрупкого разрушения сварных соединений. Хрупкость и вязкость определяют способность материала сопротивляться разрушению под ударными нагрузками и являются комплексным отражением прочности и пластичности материала. Чем выше хрупкость материала, тем ниже его вязкость и хуже способность противостоять ударным нагрузкам. Поскольку распределение микроструктуры в зоне термического влияния неравномерно, и даже в некоторых участках прочность значительно ниже прочности основного металла, происходит серьёзное охрупчивание, в результате чего зона термического влияния сварного шва становится слабым местом всего соединения. Таким образом, изучается охрупчивание зоны термического влияния сварки, и явление охрупчивания в основном включает в себя механизмы охрупчивания, такие как охрупчивание крупнозернистой структуры, охрупчивание микроструктуры и охрупчивание вследствие термического старения, с целью повышения ее вязкости и улучшения механических свойств всего соединения. 

Закаленный

Зона термического влияния сварки, особенно зона сплавления и крупнозернистая зона, являются наиболее уязвимыми участками сварного соединения. Поэтому необходимо принимать меры для повышения вязкости зоны термического влияния сварки. Однако вязкость зоны термического влияния сварки невозможно регулировать и улучшать путем добавления микролегирующих элементов, как в сварном шве. Она присуща самому материалу, поэтому ее можно улучшить только в определённом диапазоне, повышая вязкость самого материала и применяя некоторые технологические меры. Согласно исследованиям, для повышения вязкости зоны термического влияния сварки можно использовать следующие два метода.

Смягчить

Металлы и сплавы, упрочнённые холодной деформацией или термической обработкой, обычно имеют различную степень потери прочности в зоне термического влияния сварки. Разупрочнение или потеря прочности в зоне термического влияния. Разупрочнение металлов и сплавов, упрочнённых холодной деформацией, происходит в результате рекристаллизации. Разупрочнение или потеря прочности в зоне термического влияния относительно мало влияет на механические свойства сварных соединений, но его сложно контролировать.

4. Влияние на свойства материала

●Прочность и твёрдость: Зона термического влияния (ЗТВ) может иметь разную твёрдость и прочность по сравнению с основным металлом. Как правило, области, расположенные ближе к сварному шву, подвергаются более высоким температурам и могут стать более твёрдыми и хрупкими, особенно в случае высокоуглеродистых сталей.

●Прочность: Прочность ЗТВ может снижаться из-за образования более твёрдых и хрупких микроструктур. Это особенно важно в областях применения, где важна ударная вязкость.

●Коррозионная стойкость: в некоторых материалах, например, в некоторых видах нержавеющей стали, тепло может вызывать изменения, влияющие на коррозионную стойкость, например, выделение карбидов на границах зерен.

5. Важность и контроль

Структурная целостность: 

Понимание и контроль зона термического влияния сварки имеет решающее значение для обеспечения структурной целостности сварных компонентов, особенно в таких критически важных областях применения, как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и строительство зданий.

Оптимизация Параметры сварки: 

①Ввод тепла: снижение ввода тепла путём регулирования напряжения, тока и скорости сварки может помочь уменьшить размер зоны термического влияния (ЗТВ). Более низкий ввод тепла обеспечивает более высокую скорость охлаждения и сокращает время, необходимое для неблагоприятных микроструктурных изменений.

②Межпроходная температура: контроль межпроходной температуры (температуры между каждым сварочным проходом) может влиять на микроструктуру ЗТВ, улучшая такие свойства, как ударная вязкость.

Предварительный нагрев и термообработка после сварки (PWHT):

①Предварительный нагрев: Нагрев материала перед сваркой может снизить скорость охлаждения, минимизируя риск образования нежелательных микроструктур, таких как мартенсит в сталях. Это также способствует снижению остаточных напряжений.

②PWHT: применение тепла после сварки может помочь в отпуске твердых микроструктур, сформированных в зоне термического влияния, тем самым повышая ударную вязкость и снижая остаточные напряжения.

Видеодемонстрация