Наплавленный металл свойства

25.02.2026
Инженерные термины и определения

Наплавленный металл — затвердевший материал сварочной ванны, образованный преимущественно из расплавленного присадочного материала (электрода или проволоки) с примесью расплавленного основного металла. Его химический состав и механические свойства отличаются и от электрода, и от основного металла. Понимание этих отличий критично для выбора сварочных материалов и оценки качества соединения.

Что такое наплавленный металл и как он формируется

В процессе дуговой сварки расплавленный присадочный материал переносится в сварочную ванну, где смешивается с расплавленным участком основного металла. После кристаллизации этот материал называется наплавленным металлом — он составляет тело шва.

В структуре сварного соединения выделяют три принципиально разные зоны:

Наплавленный металл (металл шва) — центральная зона, образованная кристаллизацией сварочной ванны. Состав зависит от электрода, основного металла и металлургических реакций в ванне.
Зона сплавления (ЗС) — переходная область между наплавленным и основным металлом. Ширина зоны сплавления составляет, как правило, 0,1–0,5 мм в зависимости от процесса и режима сварки. Это наиболее структурно неоднородная и уязвимая зона соединения.
Зона термического влияния (ЗТВ) — участок основного металла, не расплавившийся, но изменивший структуру под действием нагрева. Химический состав ЗТВ совпадает с основным металлом.

Химический состав наплавленного металла и коэффициент разбавления

Состав наплавленного металла не совпадает ни с составом электрода, ни с составом основного металла. Он определяется тремя факторами: химическим составом присадки, составом основного металла и металлургическими реакциями в дуге и ванне (окисление, восстановление, насыщение газами).

Коэффициент разбавления

Количественно вклад основного металла в состав шва описывает коэффициент разбавления β:

β = Fосн / (Fосн + Fнап) × 100%

Fосн — площадь сечения проплавленного основного металла; Fнап — площадь сечения наплавленного присадочного металла.

Процесс сварки	Типичный β, %	Примечание
MMA (ручная дуговая)	20–40	Зависит от типа шва и режима
MIG/MAG (полуавтомат)	25–40	Выше при струйном переносе металла
SAW (автомат под флюсом)	30–50 и выше	Значительно зависит от тока и скорости сварки
TIG (аргонодуговая)	10–20	Минимальное разбавление среди дуговых процессов

Итоговый состав шва по каждому элементу определяется правилом смешения: Cшв = Cприс × (1 − β) + Cосн × β. При сварке электродом УОНИ-13/55 (C ≈ 0,06% в наплавленном металле по паспорту) стали Ст3 (C = 0,20%) с β = 30%, содержание углерода в шве составит: 0,06 × 0,70 + 0,20 × 0,30 = 0,102% — почти вдвое выше паспортного значения электрода.

Структура наплавленного металла

Кристаллизация наплавленного металла происходит в условиях направленного теплоотвода в сторону основного металла. Это формирует столбчатую (дендритную) структуру, ориентированную перпендикулярно границе сплавления, — принципиально отличную от равноосной структуры прокатной стали.

В межосевых пространствах дендритов концентрируются сера, фосфор и углерод (ликвация) — именно здесь зарождаются горячие трещины кристаллизации. При многопроходной сварке каждый последующий проход перекристаллизует предыдущий, измельчая структуру и повышая ударную вязкость. Снижение погонной энергии и применение электродов с основным покрытием уменьшают степень ликвации и содержание неметаллических включений в шве.

Механические свойства наплавленного металла: нормы и таблицы

Нормируемые свойства наплавленного металла регламентируются стандартами на сварочные материалы. В России — ГОСТ 9467-75 для электродов для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей и ГОСТ 10052-75 для электродов для сварки высоколегированных сталей. Приведённые в таблице значения — гарантированные минимумы, подтверждаемые испытаниями по ГОСТ 6996-66.

Марка / тип электрода	σв, МПа (мин.)	σт, МПа (мин.)	δ5, % (мин.)	KCV −20 °C, Дж/см² (мин.)	Стандарт
МР-3, АНО-4 (Э46)	460	380	18	не норм.	ГОСТ 9467-75
УОНИ-13/45 (Э46А)	460	380	22	34	ГОСТ 9467-75
УОНИ-13/55 (Э55)	550	460	20	34	ГОСТ 9467-75
ЦЛ-11 (Э-08Х19Н10Г2Б)	540	не норм.	30	не норм. (аустенит)	ГОСТ 10052-75

Рутиловые электроды типа Э46 (МР-3, АНО-4) не нормируют KCV при отрицательных температурах — это принципиальное отличие от основного покрытия. Для конструкций, эксплуатируемых при температурах ниже 0 °C, применяют электроды с основным покрытием типа Э46А или Э55 с гарантированным KCV ≥ 34 Дж/см² при −20 °C.

Особенности свойств наплавленного металла по сравнению с основным

Прочность (σв): электроды типа Э46–Э55 обеспечивают равнопрочность со сталями Ст3 и 09Г2С. Для высокопрочных сталей класса S460–S690 применяют специальные электроды и проволоку с σв ≥ 685 МПа.
Пластичность (δ): как правило, ниже, чем у основного металла, из-за столбчатой структуры. Многопроходная технология значительно улучшает этот показатель за счёт перекристаллизации предшествующих слоёв.
Ударная вязкость (KCV): определяется типом покрытия электрода и химическим составом наплавленного металла. Основное покрытие гарантирует KCV при −20 °C; специальные низкотемпературные составы — при −40 °C и ниже.

Испытание наплавленного металла по ГОСТ 6996-66

Механические свойства наплавленного металла определяют на образцах из специально сваренных контрольных наплавок. Стандарт ГОСТ 6996-66 «Сварные соединения. Методы определения механических свойств» устанавливает формы образцов, порядок их вырезки и условия испытаний.

Растяжение (типы VI–XII по ГОСТ 6996-66): образцы вырезают из контрольной наплавки вдоль оси шва — только так получают материал наплавленного металла без примеси основного. Определяют σв, σт, δ5, ψ.
Ударный изгиб (типы XIII–XVI по ГОСТ 6996-66): образцы Шарпи с надрезом по оси шва или по зоне сплавления. KCV измеряют при нескольких температурах согласно требованиям применимых стандартов на конструкцию.
Твёрдость: по Виккерсу (HV) на поперечном шлифе. Измерения выполняют отдельно в наплавленном металле, зоне сплавления и ЗТВ. Предельное значение для ЗТВ конструкционных сталей — 350 HV (EN ISO 15614-1:2017).
Химический анализ наплавленного металла: пробы отбирают из контрольной многослойной наплавки без разбавления основным металлом — только так получают состав, соответствующий паспортным данным электрода.

Частые вопросы о наплавленном металле

Почему состав наплавленного металла отличается от паспортного состава электрода?

Паспортный состав электрода определяется на многослойных контрольных наплавках без разбавления основным металлом. В реальном шве в сварочную ванну вплавляется 20–40% расплавленного основного металла, изменяя состав по правилу смешения. Дополнительно металлургические реакции в дуге и ванне корректируют содержание C, Mn, Si. В итоге реальный состав шва при β = 30% может существенно отличаться от паспортного значения электрода.

Что такое равнопрочное соединение и как его обеспечить?

Равнопрочным называют соединение, в котором σв наплавленного металла не ниже σв основного металла. Для Ст3сп (σв ≥ 370 МПа по ГОСТ 380-2005) достаточен электрод типа Э46 (σв ≥ 460 МПа); для 09Г2С (σв ≥ 490 МПа при толщине до 20 мм по ГОСТ 19281-2014) необходим минимум тип Э50А или Э55. Это правило — основа подбора сварочных материалов для конструкционных сталей.

Почему зона сплавления — наиболее уязвимое место шва?

В зоне сплавления одновременно происходят: резкий перепад химического состава, максимальный нагрев с частичным расплавлением зёрен, рост аустенитного зерна с последующим формированием крупноигольчатого мартенсита или видманштеттова феррита. Ударная вязкость здесь минимальна в пределах соединения. Несплавления (код 401 по ГОСТ 30242-97, группа 4) образуются именно здесь при недостаточном токе или загрязнённой поверхности.

Почему рутиловые электроды не используют для конструкций при отрицательных температурах?

Рутиловые электроды (тип Э46: МР-3, АНО-4 и аналоги) не нормируют KCV при отрицательных температурах — ГОСТ 9467-75 не предъявляет к ним такого требования. Наплавленный металл рутиловых электродов содержит, как правило, повышенное количество шлаковых включений и более высокое содержание диффузионного водорода по сравнению с основным покрытием, что снижает вязкость при низких температурах. Для конструкций при t < 0 °C применяют электроды с основным покрытием (Э46А, Э50А, Э55), гарантирующие KCV ≥ 34 Дж/см² при −20 °C.

Заключение

Наплавленный металл — самостоятельный материал со своим химическим составом, дендритной структурой и нормируемыми механическими свойствами. Его состав формируется по правилу смешения с коэффициентом разбавления β = 20–50% в зависимости от процесса сварки — именно поэтому реальный состав шва всегда отличается от паспортных данных электрода. Механические свойства нормируются по ГОСТ 9467-75 и ГОСТ 10052-75 и подтверждаются испытаниями по ГОСТ 6996-66. Зона сплавления шириной 0,1–0,5 мм является наиболее уязвимым участком соединения по ударной вязкости и склонности к дефектам. Правильный выбор присадочного материала, контроль коэффициента разбавления и многопроходная технология — ключевые инструменты управления свойствами наплавленного металла в готовом соединении.

Статья носит ознакомительный характер и предназначена для технических специалистов в качестве справочного материала. Приведённые значения механических свойств являются нормируемыми минимумами по соответствующим ГОСТам и могут отличаться от фактических свойств конкретных партий сварочных материалов. Значения коэффициента разбавления являются типовыми диапазонами и зависят от режима сварки, типа и геометрии соединения, пространственного положения и применяемого оборудования. Автор не несёт ответственности за результаты применения приведённых данных без проведения необходимых технологических расчётов и испытаний.

Появились вопросы?

Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.

Задать вопрос

Подшипники SKF -15%!

Каталог 2025