Ciclurile termice la care sunt supuse diferite puncte din vecinătatea cusăturii modifică integral sau parțial structura metalului de bază. Zona influențată termic în care se petrec aceste transformări structurale din metalul de bază, prezintă o importanță deosebită pentru calitatea materialelor îmbinate sau încărcate prin sudare. În mod special este urmărită evitarea formării constituenților fragili, care pot provoca ruperi fragile, sau a constituenților care micșorează rezistența la coroziune, respectiv a constituenților care diminuează proprietățile mecanice sau tehnologice ale pieselor sudate.

Metodele de investigație cuprind de obicei două etape principale:

• Stabilirea câmpului termic care apare în piesele sudate în funcție de geometria pieselor și de parametrii regimului de sudare.

• Stabilitatea modificărilor structurale produse de câmpul termic în materialul de bază, ținând seama de condițiile speciale în care acționează câmpul termic față de tratamentele termice obișnuite.

Câmpul termic la sudare se caracterizează printr-o încălzire foarte rapidă, prin temperatura maximă atinsă și printr-o răcire cu o viteză considerabil mai mică decât viteza de la încălzire. Cu toate acestea, vitezele de răcire în câmpul termic sunt cu mult mai mari decât vitezele de răcire. În continuare se vor examina atât modificările structurale ale oțelurilor cu transformări structurale în faza solidă, cât și a oțelurilor fără aceste transformări.

Zona influențată termic (ZIT) la oțeluri

La aceste oțeluri, structura zonei influențată termic poate fi explicată cu ajutorul diagramelor de echilibru. Prin alăturarea diagramei de variație a temperaturii și a diagramei de echilibru, în cazul oțelurilor carbon obișnuite (cu aproximativ 0,2% C), se pot delimita mai multe zone caracteristice. Zona influențată termic se extinde în regiunea limitată de zona de trecere și izoterma corespunzătoare temperaturii începutului de recristalizare. Pe această zonă se disting următoarele porțiuni:

• Porțiunea 1 - în care metalul de baza este parțial topit, deci face parte din zona de trecere având structura cristalină și compoziția chimică neuniformă. Formațiunile din această porțiune sunt tipice unor topiri incomplete. În general, porțiunea 1 are o extindere foarte redusă (de la câțiva microni la câteva sute de microni).

• Porțiunea a 2-a corespunde supraâncălzirii. Supraâncălzirea în acest caz este cauzată numai de valoarea înaltă a temperaturii maxime, întrucât timpul de menținere este deosebit de redus. Cristalele se unesc între ele și formează cristale mari. Din acest motiv, în porțiunea de supraâncălzire, carbonul nu este repartizat uniform în cristale. Dacă timpul de menținere la temperaturi înalte se prelungește, are loc o omogenizare a carbonului, ceea ce este favorabil, dar favorizează și creșterea în continuare a cristalelor. Porțiunea de supraâncălzire conține pe lângă cristale de dimensiuni mari și cristale a căror mărime este cu ceva mai redusă, pe măsură ce sunt mai îndepărtate de baia metalică solidificată. În acest fel, mărimea cristalelor scade treptat, până la începerea următoarelor porțiuni.

• Porțiunea a 3-a corespunde normalizării, ceea ce face ca aici să apară grăunți cristalini fini. Aceste cristale se formează prin încălzirea cristalelor ale metalului de bază. Din aceste motive, structura din porțiunea normalizată are grăunții cristalini cei mai fini și proprietățile mecanice cele mai avantajoase (alungire și gâtuirea la rupere cu valori mari, rezistența mecanică și reziliența înaltă, deci plasticitate foarte bună).

• Porțiunea a 4-a corespunde transformărilor incomplete specifice încălzirii la temperaturi cuprinse în domeniul 700⁰-850⁰ grade, urmate de răcire. Se cunoaște din diagrama fier-carbon, că prin încălzirea în acest domeniu, cristalele nu își modifică granulația,

• Porțiunea a 5-a corespunde metal de bază încălzirii în intervalul de temperatură corespunzător. Modificările structurale din această porțiune sunt vizibile la examinarea microscopică normală, numai în cazul sudării oțelurilor deformate plastic care nu au fost tratate termic după deformare.

• Porțiunea a 6-a - zona de recristalizare

• Porțiunea a 7-a - este porțiunea care nu a suportat șocuri termice

Analizând felul în care s-au determinat diferitele porțiuni de ZIT, rezultă că forma curbei de repartizare a temperaturilor are un rol important în ceea ce privește extinderea porțiunilor. Spre exemplu, un ciclu termic cu o panta pronunțată în porțiunile superioare ale temperaturii, poate duce la reducerea substanțială a porțiunii de supraâncălzire. După cum se știe din capitolul 2, în cazul surselor termice concentrate (arc electric, plasmă, fascicul de electroni, etc.), panta curbei corespunzătoare temperaturilor înalte din ciclul termic este mare, deci creeaza porțiuni supraâncălzite minime. Reducerea zonei influențate termic este dorită și în cazul sudării materialelor care au fost ecruisate intenționat, pentru creșterea limitei de curgere.

Astfel este cunoscut cazul sudării barelor de fier beton, deformate prin torsionare la rece, cu scopul de a ridica limita de curgere. Datorită încălzirii din zona influențată termic a acestor oțeluri, proprietățile obținute prin ecruisare se pierd pe toată porțiunea încălzită, deci este dorită reducerea ZIT prin folosirea unui procedeu și a unor parametri de sudare adecvați.

Tot în legatură cu zona influențată termic, mai trebuie amintit că, datorită gazelor conținute în metalul de bază, acestea pot difuza din ZIT în baia metalică, unde pot provoca pori.

Încălzirea prealabilă a pieselor care se vor suda, favorizează degazarea metalului de bază și implicit, înlăturarea deficiențelor amintite. Acest lucru se recomandă mai ales în cazul pieselor de fontă feritică sau perlitică, în care pot exista cantități apreciabile de gaze comprimate în alveolele de grafit și care se degaja în mare măsură în timpul încalzirii preliminare aplicate pieselor.