11.7 Фізична неоднорідність металу шва

11.7.1 Види дефектів атомної гратки

Існують наступні види дефектів атомної гратки:

— точкові (вакансії, атоми впровадження, виникають при кристалізації металу шва та пластичній деформації);

— лінійні (лінійні дислокації);

— об’ємні (гвинтові дислокації, які можуть виникати в процесі кристалізації та неоднорідного зсуву);

— поверхневі (межі зерен, блоків, фаз та вільних поверхонь).

Найбільше на міцність зварного шва впливають дислокації та поверхневі дефекти.

Відрізняють чотири причини формування дефектів на міжфазній поверхні у напрямку твердої фази:

1. Розвиток термомеханічних напруг та деформацій на міжфазній поверхні.

2. Накопичення вакансій нижче фронту кристалізації та переродження їх у дислокації.

3. Накопичення домішок розчинених у кристалі.

4. Генерування дислокацій у результаті дії джерела Франко–Ріда.

У місцях утворення дислокацій відбувається викривлення кристалічної гратки, що приводить до утворення напруг. Максимальна величина їх у центрі дислокації. Дислокації, що утворюються, взаємодіють між собою (притягаються або відштовхуються). Так дислокації одного знаку відштовхуються, а різних — притягаються, та анігілюють. Дислокації притягають сторонні атоми, утворюючи біля себе атмосферу їх атомів.

11.7.2 Фізична неоднорідність литого металу

Для будови литого металу характерна блочно–мозаїчна структура. Окремі дислокації взаємодіють між собою, об’єднуються у лінійні ряди, утворюючи просторову сітку.

У литому металі сторонні атоми можуть дифундувати крізь зерна та по границям зерен. В основному міграція таких атомів відбувається по простору між зернами. Це приводить до утворення міжкристалічних прошарків. При кристалізації металу відбувається утворення нових, вторинних границь, які не співпадають зі старими дендритними формами. Це відбувається внаслідок того, що чужорідні атоми та дефекти (вакансії), що є у металі, переміщуються і на окремих ділянках групуються.

Утворення нових границь пов’язують з процесами:

1. Рекристалізація — утворення нових зерен, невідмінних від старих по хімічному складу, але з більш низьким рівнем залишкових напруг та без зміцнення.

2. Полігонізація — об’єднання хаотично розташованих дислокацій з утворенням осередково–сітчатої структури. Мають місце при невеликих початкових деформаціях та температурах, коли процес рекристалізації обмежений.

11.7.3 Фізична неоднорідність металу шва

Стійкість металу шва проти крихкого руйнування та корозії в значній мірі визначається інтенсивністю процесу полігонізації. Чим активніше іде процес полігонізації, тим менша стійкість металу шва проти крихкого руйнування. Активність полігонізації залежить від вмісту S та P. Чим їх більше, тим активніше іде процес полігонізації. Знижують активність полігонізації шляхом підвищення швидкості охолодження та введенням легуючих добавок, що підвищують енергію активації процесу полігонізації. Також використовують метод у якому в хвостову частину зварювальної ванни вводять додатково присадний дріт. Це попереджує перегрів металу перед фронтом кристалізації, підвищує швидкість охолодження, знижує кількість уведених легуючих добавок.