11.Кристаллизация сварного шва – характер и особенности.

Кристаллизаций сварного шва называется процесс затвердевания расплавленного металла (основного и присадочного ) в процессе охлаждения.

При кристаллизации расплавленного металла слабые адгезионные связи заменяются прочными химическими связями, соответствующими природе соединяемых и присадочных материалов, и типу кристаллической решетки. Кристаллизация расплавленного металла сварочной ванны обеспечивает объемное строение зоны сварки, что повышает прочность сварного соединения. Кристаллизация состоит из двух одновременно протекающих процессов:

- зарождение зародыша или центра кристаллизации;

- рост центров из этих кристаллов.

В зависимости от способов образования зародыша различают гомогенную и гетерогенную кристаллизацию. В чистом от примесей жидком металле при охлаждении зародыша образуются из крупных фазовых флуктуаций:

- гомогенная кристаллизация.

В технических металлах всегда имеются включения примесей на поверхности, которых происходит образование центров кристаллизации (гетерогенная кристаллизация).

Рассмотрим характер и особенности гетерогенной кристаллизации.

Очагами гетерогенной кристаллизации являются примеси, твердые частицы, зерна основного металла, ограничивающего сварочную ванну. Оплавленные зерна основного металла становятся зародышевыми центрами кристаллизации, на которых начинают рати первичные кристаллы шва. Растут кристаллы нормально к поверхности охлаждения в глубь жидкого металла ванны, в направлении, обратным отводу тепла.

Схема роста кристаллитов в сварочной ванне.

Температура, при которой начинается кристаллизация, называется ликвидусом.

Температура, при которой заканчивается кристаллизация, называется солидусом.

На кристаллизацию расплавленного металла сварочной ванны оказывают влияние следующие условие:

- наличие в ванне центров кристаллизации в виде зерен основного металла на границе сплавления;

- одновременной с кристаллизацией ввод тепла в сварочную ванну движущимся сварочным источником энергии , скорость которого определяет скорость перемещения фронта кристаллизации;

- малый объем и непродолжительное существование расплавленный ванны, большие скорости роста кристаллов;

-значительный градиент температур в ванне, большой перегрев металла в центре шва;

-интенсивное перемешивание металла ванны;

-воздействие на кристаллизующийся металл термодеформационного цикла сварки.

В процессе кристаллизации металла шва формируется его первичная структура называемая макроструктура. Первичная структура бывает столбчатой и полиэдрической (равноосной).

Столбчатая и полиэдрическая структуры могут быть ячеистыми, ячеисто- дендритными и дендритными (игольчатыми).

Столбчатые дендритные структуры металла отрицательно влияют на пластические свойства сварных швов, поэтому используют различные технологические приемы, чтобы получить равновесную структуру: вводят модификаторы ,воздействуют на сварочную ванну ультразвуком, электромагнитным полем, термической и термомеханической обработкой, прокаткой.