16) . Строение и структурно-фазовые превращения в сварном соединении при сварке.

Качество сварного соединения зависит не только от химического состава металла шва, но и от характера структуры. Для ее изучения необходимо вначале проследить процесс кристаллизации наплавленного металла. В отличие от кристаллизации слитка кристаллизация сварочной ванны протекает в следующих характерных условиях: при незначительном объеме расплавленного металла; при быстром концентрированном нагреве металла сварочной дугой и быстром охлаждении вследствие интенсивного теплоотвода; при наличии подвижного температурного поля, создаваемого перемещением дуги. Вследствие этого средняя скорость кристаллизации равна скорости сварки. Процесс первичной кристаллизации начинается после расплавления и перемешивания основного и электродного металлов и прекращения действия дуги на сварочную ванну. Жидкий металл охлаждается, и в направлении, обратном отводу тепла, т. е. от стенок ванны к центру, начинается рост кристаллов.

Вначале центрами кристаллизации являются стенки ванны, на которых в виде острых шипов выступают части нерасплавленного основного металла. Вокруг этих центров происходят затвердевание жидкого металла и рост кристаллов, что обеспечивает прочную связь между основным и наплавленным металлами.

Так же как в слитке, кристаллизация носит периодический волнообразный характер, т. е. металл застывает не сразу, а отдельными волнами, слоями, что можно проследить на разрезе сварного шва. Периодическим характером кристаллизации, а также волнообразным поступлением расплавленного металла в шов (вследствие давления потока газов, электронов и капель расплавленного металла) объясняется мелкочешуйчатость поверхности сварного шва. С охлаждением наплавленный металл претерпевает структурные фазовые изменения и приобретает окончательную вторичную структуру. При исследовании макроструктуры, т. е. структуры, выявляемой невооруженным глазом или при небольшом увеличении через лупу, определяют характер кристаллизации, контуры провара, зону термического влияния, ликвацию, неоднородность структуры металла и дефекты сварки. При исследовании микроструктуры сварных швов стали с повышенным содержанием углерода (среднеуглеродистой) можно наблюдать увеличение количества перлита и рост зерна, связанный с увеличением содержания в стали углерода. Эта сталь чувствительна к перегреву и закалке, в ней встречаются участки перегрева с крупными кристаллами, иногда расположенными под углом 60—90 ° друг к другу (видманштеттова структура). Перегретая сталь отличается низкими механическими свойствами; при перегреве особенно снижаются ее пластичность и вязкость. Поэтому при сварке стремятся не допускать перегрева стали или исправляют его последующей термической обработкой.

Зона термического влияния в свою очередь разделяется на несколько участков, из которых основными являются: участок 1, который подвергался воздействию температур от 720 до 900°С; этот участок характеризуется неполной перекристаллизацией стали, т. е. частичным образованием новых мелких зерен феррита; участок 2, находившийся под воздействием температур от 900 до 1100°С; он характеризуется мелким строением зерна, т. е. более полной перекристаллизацией, имеет повышенные по сравнению с основным металлом механические свойства;

Между зоной термического влияния и наплавленным металлом существует участок сплавления незначительной ширины (0,1 — 0,4 мм), а между участком 1 и основным металлом находятся места, подвергающиеся воздействию более низких (ниже 720°С) температур, что может привести к явлению старения.