Термообработка стали при сварочных работах

Различные марки сталей широко используются в строительстве и в машиностроении. Свойства стали зависят как от количества вредных примесей, количества легирующих элементов и содержания углерода, так и от состояния кристаллической решетки железа. Структурные переходы кристаллической решетки происходят при термической обработке. Любая термическая обработка металлопроката предусматривает нагрев и охлаждение изделия. Все зависит от скорости нагрева и охлаждения, а так же от максимальной температуры и времени выдерживания при высокой температуре.
Сварка широко используется для надежного соединения металлических изделий. Любой из методов сварки предусматривает некоторое нагревание металла. Минимальный нагрев наблюдается при сварке давлением, всего около 200 – 900*С. Максимальная температура соответствует сварке плазмой, до 5000 – 6000*С или до температуры кипения металла. Наибольшее распространение получила электродуговая и газопламенная сварка. Температура в рабочей области для газопламенной сварки составляет на 300 – 500*С выше температуры плавления обрабатываемого металла. При электродуговой сварке происходит нагрев дуги до 3000 – 5000*С, при этом, металл прогревается только до температуры плавления. Таким образом, нагрев металла сварного шва достигает максимума для существования кристаллической решетки, то есть, может быть реализован любой вид термической обработки металла.
Основными видами термической обработки сталей являются: закалка, отпуск и отжиг. Для закалки стали необходимо нагреть ее до температуры не ниже аустенитного перехода (что для большинства сталей составляет около 730 – 780*С) и максимально быстро охладить. Скорость охлаждения влияет в геометрической зависимости на количество внутренних структурных напряжений в кристаллической решетке металла. Это делает металл жестче, но и придает ему хрупкость. При слишком быстром охлаждении (обычно в воде) может произойти растрескивание стали из-за большой величины внутренних напряжений и высокого коэффициента теплового расширения данного материала.
Для отжига характерно снижение внутренних напряжений в структуре стали при некоторой подвижности на межзерновом уровне. Это приводит как к снижению хрупкости и улучшению обрабатываемости давлением, так и к агломерации вредных примесей стали на границах структурных зерен. Поэтому, отжиг должен проводиться при оптимальной для данной стали температуре (для большинства углеродистых сталей около 270 – 300*С).
Отпуск приводит к агломерации углерода в виде перлитной структуры с минимальной удельной поверхностью цементитных фрагментов. Что повышает эластичность стали при снижении твердости.
При старке наиболее часто встречается местная закалка изделия, особенно, если оно изготовлено из средне или высокоуглеродистой стали (более примерно 0,7% углерода). При этом источником нагрева служит электрическая дуга или пламя горелки. А охлаждение происходит из-за быстрого ухода тепла в глубинные слои изделия. Таким образом, чем толще стенка изделия, меньше глубина шва и быстрее нагрев (процесс сварки), тем более ярко выражена закалка стали в сварном шве.