Сварка требует подвода сравнительно большого количества тепловой энергии в малые объемы, при этом металл подвергается действию быстро изменяющихся неравномерных полей нагрева и охлаждения, а также интенсивной переменной деформации. Известно, что структурные изменения и деформация в условиях нестационарных температур и напряжений существенно отличаются от таковых при стационарных режимах. При сварке эти условия принято определять термическим и деформационным циклами. По сложности воздействия на структуру металла эти циклы существенно превосходят другие технологические процессы горячей обработки металла. Поэтому исследование кинетики, изменения структуры металла при сварке представляет сложную проблему, над решением которой несколько десятилетий работают специалисты многих стран.

Первые исследования в области сварочного металловедения были связаны с изучением особенностей структуры сварных соединений низкоуглеродистых сталей. Из работ, выполненных в 30-е годы, следует обратить особое внимание на исследования структуры сварных соединений, проведенные в Институте электросварки АН УССР под руководством Е. О. Патона. С этими работами связано создание прогрессивного механизированного способа дуговой сварки —  под флюсом. В монографии [77] Е. О. Патон писал: «Шов, полученный при сварке под флюсом, существенно отличается от обыкновенного шва, сваренного открытой дугой. Несмотря на столбчатое строение, металл шва отличается большой вязкостью (относительным удлинением до 25% и ударной вязкостью до 150 Дж/см2). Этот результат опрокидывает существующую до сих пор теорию о том, что хрупкость металла, т. е. малое относительное удлинение, и ударная вязкость вызваны прежде всего столбчатой структурой. Сварка под флюсом доказала, что решающим фактором, вызывающим хрупкость металла шва, является засоренность металла азотом и кислородом, проникающими в расплавленный металл. Все последующее развитие сварки блестяще подтвердило высказанную Е. О. Патоном точку зрения, а в наши дни она получила подтверждение в новом процессе — электрошлаковом литье, разработанном в Институте электросварки АН УССР. В монографии [77] систематизированы данные об особенностях микроструктуры сварного соединения. Рассмотрено влияние режимов сварки на микроструктуру металла шва и зоны термического влияния.

Великая Отечественная война потребовала от специалистов, работающих в области сварки, огромного напряжения для быстрого и эффективного решения многих сложных задач, возникших в процессе массового выпуска оборонной продукции. Задача усложнялась тем, что производство вооружения потребовало широкого использования легированных сталей, сварка которых часто сопровождалась большими трудностями, связанными чаще всего с образованием трещин в сварных соединениях. Эти трудности были преодолены благодаря согласованной работе металлургов, металловедов и технологов-сварщиков.

В военные годы сварочное металловедение начало формироваться как самостоятельное научное направление. В период 1941—1945 гг. весьма глубокие исследования в области сварочного металловедения броневых низколегированных сталей выполнены под руководством Е. О. Патона в Институте электросварки. Исследования структуры зоны термического влияния мартенситных броневых сталей позволили установить основную причину образования наиболее опасных дефектов сварных броневых конструкций — отколов (вид холодных трещин). Было установлено, что типичной структурой закаленной стали, склонной к замедленному разрушению, является участок перегрева зоны термического влияния с крупными зернами и соответственно крупными мартенситными иглами, выходящими своими торцами на границы зерен. В то время эти исследования сыграли важную роль в предотвращении образования отколов при сварке корпусов танков. К сожалению, в силу специфических особенностей броневых сталей и сварных конструкций, изготовляемых из этих сталей, широкому кругу специалистов по сварке результаты этих весьма интересных исследований были неизвестны. В дальнейшем эти исследования получили значительное развитие в трудах А. М. Макары, который развил закалочную гипотезу образования холодных трещин. В послевоенные годы сварочное металловедение получило развитие в ИЭС им. Е. О. Патона, ИМЕТ им. А. А. Байкова, МВТУ им. Н. Э. Баумана, ЦНИИТМАШ, Центральном котлотурбинном институте им. И. И. Ползупова, Всесоюзном научно-исследовательском институте по строительству магистральных трубопроводов, на кафедрах Ленинградского, Уральского, Киевского политехнических институтов и в других организациях. На первом этапе развития сварочного металловедения основное внимание уделялось установлению взаимосвязи между параметрами термических циклов и структурой шва, а также зоны термического влияния. Важное обобщение в этом направлении сделано Г. И. Погодипым-Алексеевым в книге [79].

В послевоенные годы в связи с огромным техническим прогрессом в народном хозяйстве наметился переход на широкое применение низколегированных и легированных сталей в сварных конструкциях. Особое внимание

было обращено на исследования свариваемости низколегированных сталей, неотъемлемой частью которых являлось изучение особенностей структуры сварного соединения и условий предупреждения образования трещин в сварных соединениях. В эти годы значительное развитие получили исследования, базирующиеся на методах, имитирующих термический цикл сварки на специальных установках и пробах. Эти испытания не всегда давали для производства оптимальные решения, однако сыграли большую роль в изучении особенностей структуры зоны термического влияния на низколегированных сталях. В периодической литературе появились интересные описания методов исследования свариваемости, разработанных за рубежом (методов Гесса, Доана, Джомини) [36]. Однако эти методы не учитывали в достаточной мере особенностей термического режима при сварке и связанных с ним структуры и механических свойств металла в зоне термического влияния. Принятая температура нагрева образцов (1100° С) и более длительная их выдержка (30 мин), как отмечал Л. С. Огиевецкий [73], не создают идентичных условий сварочного нагрева и устраняют влияние таких важных факторов, Как природа и дисперсность карбидов, скорость их растворения при нагреве, химическая неоднородность аустенита со всеми связанными с ними последствиями в отношении критических температур, характера и объема фазовых превращений. Поэтому предложенная на основе этих методов обобщенная система расчета элементов сварочного режима была весьма несовершенной.

В 1946—1950 гг. большое внимание уделялось развитию энергетики, химии, ракетостроению и других отраслей техники, связанных с высокими давлениями, температурами. Потребовались сварные конструкции из перлитных теплоустойчивых сталей, высоколегированных сталей и специальных сплавов. Применение этих материалов потребовало решения сложных задач в области сварочного металловедения, так как многие трудности были связаны с неблагоприятным влиянием термического сварочного цикла на структуру сварного соединения.

Первоочередной задачей являлось всестороннее исследование особенностей теплового режима при сварке чувствительных к нагреву материалов и создание условий для благоприятного протекания фазовых и структурных превращений, обеспечивающих требуемые свойства металла зоны термического влияния. Основополагающими в этом направлении были работы Н. Н. Рыкалина, опубликованные в 1946 г. [92],а в последующие годы развитые им в фундаментальную теорию расчета тепловых процессов при сварке [93]. В этот период под руководством Н. Н. Рыкалина создан специальный термограф для записи термического цикла при сварке. Появление этого прибора позволило резко расширить исследования по-экспериментальному изучению особенностей тепловых процессов при сварке.

Не менее важным является также развитие в нашей стране фундаментальных исследований деформационных процессов при сварке, которые в широких масштабах и целенаправленно проводились Г. А. Николаевым, Н. О. Окербломом, И. П. Трочуном и их учениками [71, 75, 100]. Эти исследования являются основополагающими для анализа влияния термодеформационного цикла при сварке на структуру сварного соединения. Естественно, что наиболее всесторонние разработки проводились на самом распространенном материале — стали. Одновременно получили существенное развитие работы по исследованию структуры сварных соединений алюминия, титана, меди и сплавов на их основе.

В настоящее время сварочное металловедение сформировалось в самостоятельное направление, основанное па теория тепловых процессов, анализе фазовых превращений и структурных изменений в неравновесных условиях непрерывного локального нагрева и охлаждения с учетом изменений физической и химической неоднородности, с широким

привлечением современных теоретических разработок физики твердого тела. Большой вклад в развитие металловедения сварки внесли советские ученые: Н. Н. Рыкалин, Г. А. Николаев,Б. И. Медовар, А. И. Макара, К. К. Хренов, А. А. Алов, Б. А. Мовчан, И. К. Походня, Е. М. Кузмак, И. И. Фрумин, B.      А. Винокуров, Д. М. Рабкин, C.          М. Гуревич, А. Е. Аснис, Н. Н. Прохоров, М. X. Шоршоров, В. Н. Земзин, К. В. Любавский, Г. Д. Никифоров, Н. И. Каховский, В. В. Подгаецкий, Г. Л. Петров, В. В. Ардентов, С. В. Лашко-Авакян, Л. С. Лившиц, Л. А. Фридлянд, Ю. Н. Готальский, Ю. А. Стеренбоген, А. А. Россошинский, Ю. Б. Малевский, В. Ф. Грабин, Э. Л. Макаров и Другие, а также зарубежные ученые: И. Гривпяк, И. Гранжон, С. Котрелл, М. Беккерт, Г. Гопкинс и многие другие. Вопросы сварочного металловедения освещены во многих монографиях, учебниках и статьях. Прежде всего следует отметить книгу [99], в которой обобщены результаты многолетних исследований сварных соединений. В монографиях [65, 66] освещаются вопросы структуры сварных соединений нержавеющих сталей. Монография [19] посещена основам микромеханизма пластической деформации и хрупкому разрушению низкоуглеродистой стали и металла сварных швов. В книге [5] Рассматривается широкий круг вопросе, связанных с особенностями структуры сварных и паяных соединений.

И монографии [14] получили освещение особенности структуры сварных Уединений разнородных сталей. В книге [15] изложены основы теории термической обработки сварных соединений и конструкций, рассмотрены конструкций из сталей и сплавов, применяемых в различных отраслях народного хозяйства. Работы [31, 32] посвящены обобщению результатов исследования структуры и свариваемости наиболее распространенных марок нержавеющих и высоколегированных сталей различных классов. Даются основы металловедения дуговой сварки нержавеющих сталей, а также свойства сварных соединений применительно к рабочим условиям. Книга [23] посвящена рассмотрению структуры и свойств сварных соединений из стали с пределом текучести 600—750 МПа. В работе [53] рассмотрены структура и свойства сварных соединений среднелегированных сталей прочностью 1400 МПа и более.

В монографии [10] рассмотрены закономерности релаксации остаточных напряжений при отпуске сварных конструкций, изложен метод расчета релаксации многоосных остаточных напряжений и проанализированы случаи влияния процесса сварки, остаточных напряжений и отпуска на качество и свойства сварных конструкций. В книге даны практические рекомендации по рациональному назначению режимов отпуска. В труде [86] рассмотрен широкий круг вопросов, связанных с процессами кристаллизации металла шва, фазовых и структурных превращений в сварном соединении, с развитием собственных напряжений на основе учета макро- и микропроцессов при сварке. Наибольший интерес представляют издания, посвященные специально сварочному металловедению. В работе [39] впервые обобщен материал по металловедению сварки сталей, а также алюминия и его сплавов. В атласе [6] отобраны наиболее характерные фотографии макро- и микроструктуры сварных соединений различных металлов, обобщен большой и весьма полезный опыт по методам выявления этих структур. В монографии [91] описаны методы выявления макро- и микроструктуры сварных швов на различных сплавах, приведены наиболее характерные структуры сварных соединений. В работах [11, 12] освещены теория н общие вопросы металловедения сварки плавлением титана и его сплавов. На основе I современных представлений физики металлов рассмотрены особенности химической и физической неоднородности металла шва. Описаны общие закономерности фазовых превращений в зоне к термического влияния сварных соединений в условиях сварочных термо деформационных циклов. Рассмотрена взаимосвязь структуры и свойств сварных соединений в зависимости от системы легирования металла шва и основного металла, способа и режима сварки. В книгах [78, 106] обобщены результаты многолетних исследований их авторов. Несколько позже вышел из печати атлас [107], в котором представлены Цифровые и графические данные по кинетике фазовых превращений и плазменной структуры и свойств сталей при непрерывном нагреве и охлаждении в условиях сварки.

Монография [70] посвящена исследованию строения границ кристаллитов литых металлов и сварных соединений. В книге [80] приводятся сведения о причинах возникновения пор, трещин и неметаллических включений в сварных швах на стали. Дана характеристика оксидных, сульфидных, нитридных и фосфорсодержащих включений.

В книге [42] приведены основные положения металловедения, их значение для сварки металлов и свойств сварных соединений. Подробно разбирается зависимость структуры и свойств сварных соединений от химического состава, структуры и фазовых превращений, напряжений и деформаций при сварке.

Большой интерес представляет монография [112], в которой на основе оригинальных исследований дислокационной структуры металла сварного соединения показана ведущая роль деформационного цикла в формировании тонкой структуры сварного соединения. Исследования дислокационной структуры являются важным вкладом в теорию сварочного металловедения.

На протяжении многих лет теоретические и экспериментальные исследования по сварочному металловедению периодически освещались в журналах «Автоматическая сварка», «Автогенное дело» и «Сварочное производство», а также в многочисленных зарубежных журналах по сварке.