Коротко
Зона термического влияния, или ЗТВ, — участок основного металла, который не расплавился, но изменился под действием сварочного нагрева. Её отделяют от металла шва, сформированного из сварочной ванны. Граница ЗТВ не обязана быть видна невооружённым глазом, а ширина окрашенной поверхности не является её надёжным измерением. Структуру обычно исследуют на подготовленном поперечном шлифе вместе с распределением твёрдости.
Каждая точка рядом со швом проходит собственный цикл: нагрев, достижение максимальной температуры и охлаждение. В сталях ближе к линии сплавления возможен рост зерна, дальше — полная или частичная перекристаллизация, ещё дальше — отпуск исходной структуры. Эти зоны зависят от состава и исходной термообработки. Схему для углеродистой стали нельзя без изменения терминов переносить на алюминиевый сплав или аустенитную нержавеющую сталь.
Для закаливающихся сталей быстрое охлаждение способно увеличить твёрдость и чувствительность к водородному растрескиванию. Для некоторых упрочнённых сплавов нагрев, напротив, создаёт размягчение. Следовательно, узкая ЗТВ не всегда лучше широкой: требуется сочетание прочности, вязкости и иных свойств, заданных для изделия. Многопроходная сварка добавляет повторные циклы, которые могут отпускать одни участки и заново нагревать другие.
Погонная энергия дуги при стационарных параметрах E = UI/v, если U задано в вольтах, I в амперах, v в мм/с; результат получается в Дж/мм. Тепловложение Q = ηUI/v учитывает долю энергии, переданную изделию. Коэффициент η выбирают по принятой методике, а не по желанию получить нужное число. Для импульсных режимов произведение средних напряжения и тока может отличаться от средней мощности.
Параметры и решения
| Параметр | Инженерное значение | Проверка |
|---|---|---|
| Пиковая температура | Определяет область превращений | Измерение или проверенная модель |
| Охлаждение | Влияет на структуру стали | Зафиксированный тепловой цикл |
| Твёрдость | Показывает локальное изменение | Сетка отпечатков на шлифе |
| Многопроходность | Создаёт повторный нагрев | Порядок проходов и температура |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Условный числовой пример
Для условной дуги U = 24 В, I = 180 А, v = 6 мм/с энергия составляет 720 Дж/мм. При принятом для этого примера η = 0,8 тепловложение равно 576 Дж/мм, или 0,576 кДж/мм. Это расчёт энергии на длину, а не ширины ЗТВ. Если термопара показывает прохождение 800 °C на 12-й секунде и 500 °C на 24-й, измеренное t8/5 равно 12 с. Универсального «правильного» времени охлаждения для всех сталей нет.
Практическая проверка
При исследовании указывают расстояние от линии сплавления, положение измерений и нагрузку при испытании твёрдости. Один отпечаток в случайном месте не характеризует весь неоднородный участок. Сравнение процедур требует одинакового способа подготовки шлифов и достаточного охвата корня, середины и верхней части соединения. Значения сопоставляют с требованиями конкретной технологии и материала.
Управляют ЗТВ через тепловложение, подогрев, межслойную температуру и последовательность проходов. Эти меры проверяют на пробном соединении с нужной толщиной и закреплением. Поверхностное охлаждение или дополнительный нагрев нельзя назначать только ради изменения ширины зоны: они влияют на напряжения и свойства. Приёмка включает предусмотренные испытания соединения; отсутствие видимых дефектов шва не подтверждает требуемую вязкость ЗТВ.