Сварка плавлением имеет ряд отрицательных свойств, как, например, изменения в химическом составе наплавленного и основного металлов, изменения в их структуре, механических свойствах и геометрической форме. Эти изменения различны для газовой и электродуговой сварок. Все это следует учитывать при ремонте деталей сваркой.

При газовой сварке происходит сгорание ацетилена в кислороде. При этом сварка происходит в восстановительной среде, где расплавленный металл защищен нейтральными и восстановительными газами. Выгорание элементов сплава незначительно и поглощение’ кислорода и- азота из окружающего воздуха почти не происходит.

При электродуговой сварке и наплавке расплавленный металл электрода проходит через окислительную среду воздуха. При высокой температуре активизируются процессы окисления, происходит соединение железа с азотом и образуются нитриды железа. Одновременно происходит выгорание легкоплавких элементов. Сварной шов получается обедненным углеродом, марганцем, кремнием и обогащенным окислами и нитридами железа, что снижает его прочность и ухудшает обрабатываемость. Поглощение газов расплавленным металлом вызывает образование пор в шве. Все это делает шов хрупким, малопластичным и неплотным.

Для устранения указанного недостатка рекомендуется применять электроды со специальными (толстыми) обмазками. Обмазки при плавлении образуют шлак и этим защищают металл от вредного действия окислительной среды воздуха, а также ограничивают поглощение газов жидким металлом. Аналогичные процессы происходят при сварке под слоем флюса в среде защитных газов и пара, о чем подробнее будет сказано ниже.

Рекомендуется также работать с возможно короткой дугой или дугой под слоем флюса, что уменьшает выгорание С, Mn, Si. Применением перечисленных средств удается почти полностью устранить указанный недостаток электродуговой сварки.

Рис. 122. Распределение температуры нагрева- в зоне сварки

Внутренние термические напряжения, возникающие в шве и в основном металле, являются результатом неравномерного нагрева и изменения объема металла шва при плавлении и остывании. При местном нагреве деталь на различных участках имеет различную температуру.

Рис. 123. Схема структуры металла в зоне термического влияния при сварке (малоуглеродистая сталь)

На рис. 122 приведен разрез сварочного шва и диаграмма распределения температур в зоне термического влияния. Участки детали с меньшей температурой будут препятствовать объемным изменениям участков с повышенной температурой, что приведет к возникновению внутренних напряжений в детали. Внутренние напряжения могут вызывать деформацию детали, коробление или появление трещин.

Меры по борьбе с появлением высоких внутренних напряжений рекомендуются следующие:
а) предварительный подогрев деталей перед сваркой,.или наплавкой и медленное охлаждение после сварки;
б) отжиг детали после сварки или наплавки;
в) частичное погружение детали в воду с целью уменьшения деформации и сохранения термообработки;
г) жесткое закрепление деталей при сварке и легкая проковка шва после сварки.

Изменения структуры металла происходят в основном металле детали (в околошовной зоне) под действием нагрева. Так как металл детали при сварке доводится до плавления, то имеет место постепенное изменение температуры по мере удаления от места сварки.

На рис. 123 дано схематическое изображение структуры малоуглеродистой стали в зоне термического влияния.

Глубина зоны термического влияния со структурными изменениями при электродуговой сварке составляет около 3,5 мм, при газовой — 20—30 мм.
Наименее желательным участком зоны термического влияния является четвертый, так как крупнокристаллическая структура с явно выраженными следами перегрева обладает резко ухудшенными механическими свойствами, особенно в отношении ударной вязкости. Поэтому для ответственных деталей участок перегрева должен быть сведен к минимуму в процессе сварки или термообработки после сварки — отжигом или закалкой с отпуском.

При сварке или наплавке ответственных деталей, изготовленных из легированных сталей, имеет место диффузия легирующих примесей из основного металла в наплавленный слой, что при быстром охлаждении шва приводит к его закалке и образованию трещин. Детали, изготовленные из этих сталей, и детали, имеющие сложную термическую обработку, после сварки должны быть обязательно подвергнуты повторной термообработке.