Формирование сварного соединения. Переход металла сварочной ванны из жидкого состояния в твердое называют первичной кристаллизацией

Переход металла сварочной ванны из жидкого состояния в твердое называют первичной кристаллизацией. Процесс первичной кристаллизации заканчивается образованием столбчатых кристаллов.

При затвердевании металла в нем развиваются диффузионные процессы, стремящиеся выравнять состав различных участков кристаллов. Однако из-за разницы в скоростях диффузии и остывания металла полного выравнивания состава металла шва не происходит. Это определяет наличие зональной ликвации, т.е. неравномерного распределения элементов как по сечению шва, так и в отдельных кристаллитах. Степень и характер ликвации оказывают существенное влияние на стойкость металла шва против образования трещин и на его механические свойства. Дендритная и зональная ликвация в значительной мере зависит от условий остывания (кристаллизации) металла шва и его химического состава.

Значительное влияние на качество сварного соединения оказывают диффузионные процессы протекающие в зоне сплавления. Здесь, вследствие различной растворимости элементов в жидкой и твердой фазах, возникает существенная разница в химическом составе пограничного участка основного металла и прилегающего к нему участка шва.

Первичная кристаллизация сварочной ванны при всех видах дуговой сварки начинается от частично оплавленныых зерен основного металла или столбчатых кристаллитов предыдущего слоя при многопроходной сварке. Видимая граница между металлами исчезает. Условную поверхность раздела называют границей сплавления.

При сварке аустенитных сталей величина столбчатых кристаллитов совпадает в большинстве случаев с величиной зерна основного металла.

Первичная кристаллизация металла сварочной ванны носит прерывистый характер поэтому швы имеют слоистое строение. Толщина кристаллизационного слоя при дуговой сварке обычно составляют десятые доли миллиметра.

Слоистое строение металла обусловленно совместным действием ряда причин, к которым относятся выделение скрытой теплоты кристаллизации, волнообразное поступление металла в хвостовую часть ванны, колебание режимов сварки и пр.[4]

Прерывистый характер первичной кристаллизации сварочной ванны влияет еще на один вид ликвации – слоистую. Каждый кристаллизационный слой состоит из трех характерных участков. Нижний участок обогощен, а верхний обеднен ликвирующими примесями по сравнению со средним участком.

Рис.5. Особенности кристаллизации металла при различной форме провара

Форма проплавления определяет направленость роста кристаллитов. При большом коэффициенте формы проплавления вследствие направленности теплоотвода в изделие угол наклона осей кристаллитов меньше 90° относительно вертикальной оси шва. При электроннодуговой сварке он близок 90°.

Для металлов и сплавов, претерпевающих при охлаждении аллотронические превращения первичная структура сохраняется до температуры этого превращения. Для сплавов на основе железа аллотронические превращения проявляются в переходе железа в α - железо. Такой переход, происходящий в твердом состоянии называют вторичной кристаллизацией, а структура возникающая при этом называется вторичной. Характер вторичной микроструктуры зависит от химического состава металла шва, термического цикла сварки и других причин.[3]