Глава 10. Процеси первинної кристалізації металу при зварюванні

1. Особливості будови зварних з'єднань

В зварних з'єднаннях при металографічному аналізі виявляють зону наплавленого металу, або металу шва, з різко окресленими межами і зону термічного впливу основного металу, яка утворюється поблизу межі сплавлення і розповсюджується на певну відстань в залежності від способу зварювання і технології процесу.

Зварний шов відрізняється від злитків малим об'ємом розплавленого металу, малою тривалістю знаходження металу в рідкому стані, надто швидким охолодженням під час кристалізації і після неї, а також наявністю особливої "форми" для затвердіння у вигляді оплавлених кромок основного металу. Слід відзначити, що метал швів завжди буває високоякісним, тобто кількість шкідливих домішок (8 і Р) і неметалевих включень в ньому значно менша, ніж в литих заготівках і злитках. Це пояснюється більш високою температурою розплаву і інтенсивним розкисленням при високотемпературній обробці шлаками. Однак, ці відзнаки не змінюють загальних закономірностей процесів кристалізації. Метал шва в процесі плавлення і кристалізації зазнає певних хімічних, фізичних і структурних перетворень. Особливу роль в забеспеченні високої якості зварного з'єднання відіграють після затвердіння також розміри, форма і орієнтація кристалів (зерен), а також масштаби їх хімічної неоднорідності (див. глави 5 і 9).

В металах і сплавах з поліморфними перетвореннями (наприклад, в залізі і його сплавах) має місце перекристалізація в твердому стані, що значно поліпшує кристалічну будову зварного з'єднання. В зв'язку з цим розрізняють:

1. первинну кристалізацію металу шва (із рідкого стану);

2. вторинну кристалізацію шва і ЗТВ (фазову перекристалізацію в твердому стані металу, пов'язану з поліморфним перетворенням).

Вторинна кристалізація відбувається при температурах, значно нижчих температур первинної кристалізації, тому вона не може повністю усунути негативні наслідки первинної кристалізації, які впливають на кінцеві властивості зварних з'єднань.

2. Особливості утворення і росту кристалів при зварюванні

Первинна кристалізація металу шва при зварюванні плавленням має ряд специфічних особливостей, що обумовлюється слідуючими факторами:

• одночасне нагрівання від джерела тепла і охолодження;

• фронт кристалізації залежить від переміщення джерела тепла;

• розподілення температури по об'єму зварювальної ванни нерівномірне;

• кристалізація здійснюється з великими швидкостями росту зе

рен;

• ріст кристалів починається на частково оплавлених зернах;

• кристалізація носить переривчастий характер.

Кристалізація металу зварного шва проходить в особливій формі, утвореній оплавленими кромками основного металу; ці кромки є підкладкою, на якій починають рости нові атомні шари твердої фази. Вони ростуть в глибину розплаву зварювальної ванни і вберігають кристалографічну орієнтацію зерен підкладки. Число кристалітів зварного шва на лінії сплавлення залежить від числа частково оплавлених зерен підкладки (рис. 112). Проте, затвердіння зварювальної ванни може відбуватися не тільки шляхом росту кристалів від підкладки (оплавлених зерен), але й утворенням поблизу від края ванни шару нових кристалів. Іх поява зв'язана з термічним і