Структура сварного соединения: шов, зона сплавления и ЗТВ

Структура сварного соединения неоднородна по определению: на расстоянии нескольких миллиметров металл проходит путь от расплава до неизменённого основного металла. Поэтому исследуют не «шов», а четыре зоны, и разрушение почти всегда начинается не там, где ожидают. Разбираем, что видно на макро- и микрошлифе соединения, какие участки зоны термического влияния наиболее опасны и что входит в протокол.

Четыре зоны соединения

Участки ЗТВ: где слабое место

• Участок перегрева — сразу за линией сплавления. Зерно резко укрупняется, у низкоуглеродистых сталей может появиться видманштеттова структура. Именно здесь чаще всего падает ударная вязкость, и именно отсюда идут разрушения при низких температурах.
• Участок нормализации — мелкое равноосное зерно, свойства обычно не хуже основного металла.
• Участок неполной перекристаллизации — структура неоднородная, часть зёрен перестроилась, часть нет.
• Участок отпуска и рекристаллизации — для закалённых и наклёпанных сталей: здесь может произойти разупрочнение, «мягкая прослойка».

Практический вывод: при экспертизе разрушенного соединения шлиф режут поперёк шва так, чтобы в одном поле оказались все зоны. Структуру сопоставляют с местом зарождения трещины — это обычно даёт ответ о причине.

Макрошлиф: геометрия и сплошность

Макроанализ выполняется при небольшом увеличении или невооружённым глазом после травления и показывает:

• геометрию шва: ширину, выпуклость, катет углового шва;
• глубину проплавления и форму провара;
• число проходов и их перекрытие;
• границы ЗТВ;
• дефекты: поры, шлаковые включения, несплавления, непровар, трещины, подрезы.

Именно макрошлиф отвечает на вопрос «провар есть или нет» — микроанализ для этого не нужен. О разнице подходов — «Макрошлиф и микрошлиф: что это и чем они отличаются», о методах контроля качества шва до разрушающих испытаний — «Визуальный контроль качества сварных швов».

Микрошлиф: что смотрят по зонам

Для нержавеющих соединений металлографию почти всегда дополняют испытанием на межкристаллитную коррозию и определением ферритной фазы; структура марки разобрана в статье «Микроструктура 12Х18Н10Т».

Подготовка шлифа сварного соединения

1. Вырезка поперёк шва через все зоны — с охлаждением, чтобы не внести новую зону термического влияния собственной резкой: «Отрезка образцов для металлографии».
2. Запрессовка, если требуется сохранить край и корень шва: «Запрессовка образцов».
3. Шлифование и полирование по стандартному маршруту — бумага, алмазные суспензии, сукна.
4. Травление — для макро более агрессивными реактивами, для микро обычно ниталь: «Травление металлографических шлифов».

Сложность соединения в том, что шов, ЗТВ и основной металл травятся с разной скоростью. Поэтому травление ведут ступенчато и подбирают компромиссную выдержку — иначе одна зона будет перетравлена, а другая недотравлена.

Что входит в протокол

• описание структуры по зонам: шов, зона сплавления, ЗТВ, основной металл;
• размер зерна в участке перегрева;
• обнаруженные дефекты с указанием расположения;
• для аустенитных сталей — наличие дельта-феррита и карбидной сетки;
• фотографии макро- и микроструктуры с масштабом;
• заключение о соответствии требованиям нормативного документа.

Где исследовать сварное соединение

Испытательная лаборатория SPECTR-LAB выполняет механические испытания сварных соединений — от 2 500 ₽, включая измерение твёрдости сварного соединения и испытания образцов по ГОСТ 6996-66. Металлография соединения — металлографический анализ микроструктуры и исследования макрошлифов от 2 890 ₽. Для аттестации сварочных материалов и технологий выполняется наплавка контрольных валиков. Срок — 1–3 рабочих дня, протокол установленной формы.

Читайте также: Испытания сварных соединений по ГОСТ 6996-66, Микроструктура стали 09Г2С: зерно, полосчатость и ЗТВ шва и Макроструктура стали по ГОСТ 10243-75.

Нормативные документы

• ГОСТ 6996-66 «Сварные соединения. Методы определения механических свойств»
• ГОСТ Р ИСО 17639-2025 «Испытания разрушающие сварных швов металлических материалов. Исследования макроструктуры и микроструктуры сварных швов»
• ГОСТ 5639-82 «Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна»
• ГОСТ 9454-2025 «Металлы. Метод испытания на ударный изгиб»