В условиях обычной термообработки такие задачи решаются сравнительно легко. Режимы нагрева и охлаждения здесь можно выбирать на основе теоретических и практических данных. При сварке задача гораздо сложнее, так как регулирование термических циклов возможно только в ограниченных пределах, путем изменения режимов при условии обеспечения хорошего формирования швов, необходимой производительности и других требований.

К структуре зоны термического влияния, а следовательно и к термическим циклам нагрева и охлаждения при сварке, предъявляются различные требования, которые зависят и от материала и от. условий эксплуатации изделия. В результате несоблюдения необходимых режимов структура шва и зоны влияния может значительно ухудшиться, что приведет к снижению качества сварных соединений. Так, в малоуглеродистой стали существенного изменения свойств у зоны термического влияния обычно не происходит. Низколегированные и углеродистые конструкционные стали в результате слишком быстрого охлаждения и подкалки иногда значительно снижают пластичность. В закаленных сталях (перлитного и мартенситного класса) при излишне замедленном охлаждении может произойти отпуск зоны термического влияния. Длительный нагрев высоколегированных хромистых сталей ферритного класса приводит к укрупнению их зерна, снижению пластических свойств и коррозионной стойкости. Хромоникелевые стали аустенитного класса нельзя длительное время перегревать выше температуры распада аустенита, так как при этом нарушается однородность аустенитной структуры и теряется коррозионная стойкость.

Структурные изменения в зоне термического влияния углеродистых и низколегированных сталей. При нагреве стали выше температуры Асз и последующем охлаждении характер образующихся структур определяется степенью переохлаждения аустенита. При небольшом переохлаждении (когда распад аустенита наблюдается вблизи температуры Aci) продуктом распада будет достаточно равновесная структура—перлит. С увеличением степени переохлаждения может образовываться сорбит, далее — троостит, и, наконец,^ результате бездиффузионного превращения образуется мартенсит. Таким образом, структура зоны влияния для данной стали зависит от:

1)максимальной температуры нагреЕа для данного участка;

2)скорости охлаждения в интервале температур наименьшей устойчивости аустенита;

3)длительности нагрева выше температуры интенсивного роста зерен аустенита (Аа -1- 100 °С).

Теория распространения тепла позволяет рассчитывать и скорость охлаждения и длительность нагрева в зависимости от режима сварки.

Мгновенная скорость охлаждения при данной температуре. Так

как скорость охлаждения есть производная от температуры по вре-

мени: w =-j7iTo, чтобы решить поставленную задачу, достаточно

Ктодифферениировать выражение для температуры. Например, Еля автоматической дуговой наплавки валика на массивную деталь с учетом начальной температуры Т0 скорость охлаждения находим, [дифференцируя уравнение (1У.29):

«1

Поскольку скорости охлаждения для точек вблизи шва почти такие [же, как и на его оси, где Я = 0, расчет будем вести при Я = 0. Дифференцируя выражение

ГЦ

о — 2-iu.vt'

dT (0, t) dt

2Kkvt*

(IV .63a)

Уравнение (1У.64) можно решать двумя способами — алгебраическим или графическим. Чтобы алгебраически определить скорость охлаждения через температуру, нужно совместно решить уравнения (IV.63а) и (IV.64). Для этого 1

выразим ( через величины, входящие в уравнение (1У.63а), и подставим полученное значение в выражение (1У.64):

± _ 2к\у [Г(0, I)— тп] * "Яи

dT (0, )___Яи_ (2кЩ* [Т (0. г) — Г0]2 .

Рис. 84. К графическому определению мгновенной скорости охлаждения.

dT(0, t)2tz\v [Т (0, t) ■

^ = -dT- =--я7~

Графически мгновенную скорость охлаждения при данной температуре определяют в таком порядке:

1)строят температурную кривую Т (0, £) при Т0 = 0, задаваясь произвольными значениями £ (рис. 84);

2)производную

____dTJp:J)

W =

можно строить путем проведения касательных к различным точкам, и замера углов аг; а2; . . . ;

3) для заданной температуры Т определяют хш, как показано

на рис. 84.

На основе аналогичных рассуждений выведем выражение для мгновенной скорости охлаждения при автоматической сварке