Сварным соединением называется неразъемное соединение двух или нескольких металических частей, выполненное сваркой. Сварное соединение состоит из основного (свариваемого) металла, металла околошовной зоны и металла сварного шва.
Такое разделение сварного соединения на отдельные зоны объясняется тем, что структура, а иногда и свойства металла шва и околошовной зоны отличаются от свариваемого металла в исходном состоянии. Рассмотрим в общем виде структуру и свойства металла в околошовной зоне сварного соединения низкоуглеродистой конструкционной стали.
Рис. 42. Температурные границы участков околошовной зоны сварного соединения (а) и связь их структуры с диаграммой состояния сплава железо — углерод (б).
Под воздействием тепла дуги прилегающие к шву участки основного металла нагреваются и структура его изменяется. Как выше указывалось, температура нагрева отдельных точек околошовной зоны различна и зависит от расстояния данной точки до расплавленного металла.
Точки, непосредственно прилегающие к расплавленному металлу, нагреваются до температуры, близкой к температуре плавления свариваемого металла. По мере удаления от шва температура нагрева уменьшается сначала резко, затем более плавно (рис. 42, а).
Характер структуры в отдельных участках околошовной зоны может быть определен из диаграммы состояния сплава железо — углерод (рис. 42,б).
В зависимости от температуры нагрева и, следовательно, структурных и физико-механических изменений в околошовной зоне различают следующие участки: 1 — неполного расплавления, 2 — перегрева, 3 — нормализации, 4 — неполной перекристаллизации, 5 — рекристаллизации и 6 — синеломкости, или термического старения. Микроструктура стали 15ХСНД (НЛ-2) и основных участков околошовной зоны показана на рис. 43.
Рис. 43. Микроструктура участков сварного соединения стали 15ХСНД: а — шов, б — участок перегрева основного металла, в — участок нормализации, г — участок неполной перекристаллизации, д — основной металл вдали от шва.
С точки зрения изменения механических свойств наибольший интерес представляет участок перегрева. Примыкая непосредственно к металлу шва, этот участок нагревается до наиболее высоких температур (выше 1100°С, до температуры плавления). Вследствие этого, несмотря на кратковременность пребывания при высоких температурах, в металле этого участка развивается крупное зерно.
В сварных соединениях из низкоуглеродистых и большинства низколегированных сталей рост зерна в околошовной зоне не оказывает заметного влияния на свойства металла.
Однако при сварке закаливающихся сталей последующее быстрое охлаждение околошовной зоны может вызвать закалку металла и образование структур, имеющих значительную твердость и хрупкость. В участке крупного зерна при этом могут образовываться крупные пластины мартенсита, способствующие возникновению холодных трещин.