Особенности кристаллизации и кристаллического строения сварных швов при сварке плавлением.

На рис. 7 представлена схема мгновенного состояния сварочной ванны.

В очаге горения дуги металл сварочной ванны имеет самую высокую температуру 2300 ^оС, что значительно выше температуры плавления t_пл и кристаллизации t_кр

. По мере удаления от очага дуги температура жидкого металла снижается. Вблизи кромок она становится близкой к температуре кристаллизации t_кр.

В сечение, проходящем через очаг дуги и свариваемые кромки, температура жидкого металла на границе с твёрдым металлом выше, чем в сечениях, лежащих ближе к хвостовой части ванны. В соответствии с этим рост кристаллов на кромках в зоне максимальной температуры t_max.

Если мгновенно прекратить сварку, то характер кристаллизации будет соответствовать схеме, изображённой на рис. 8.:

Рост кристаллов начинается:

- с уже закристаллизовавшейся поверхности металла шва

--;кристаллы из хвостовой части вытягиваются вдоль оси шва, они имеют большую протяжность;

-размеры кристаллов, растущих с боковых поверхностей, и угол их наклона к оси шва зависят от толщины свариваемого материала, его теплофизических свойств, скорости и режима сварки и др.

При рассмотренном характере кристаллизации сварочной ванны кристаллическое строение сварного шва имеет вид, показанный на рис. 9.

Кристаллическое строение сварного шва в сечении, перпендикулярном его оси, может различаться в зависимости от условий сварки (рис. 10):

при сравнительно малой продолжительности существования сварочной ванны (малый объём ванны, повышенная скорость сварки) столбчатые кристаллы могут расти до встречи в области центральной линии шва (рис. 10.а);

при большой ванне и медленной её кристаллизации в центральной части шва образуется небольшая зона равновесных кристаллов, возникших в условиях естественной кристаллизации (рис. 10. б);

при сварке на охлаждаемой металлической подкладке (рис. 10.в) на ней кристаллизуется тонкой слой мелких разориентированных кристаллов, становящихся зародышами для растущих столбчатых кристаллов;

при многослойной сварке (рис. 10.г) кристаллы каждого предыдущего слоя становятся основной для кристаллизации последующих слоёв, но так как скорость охлаждения каждого слоя больше скорости охлаждения ванны в целом (при однослойной сварке), то кристаллическое строение слоёв более мелкозернистое и с менее выраженной ликвацией примесей.

Следует отметить также явление прерывистости кристаллизации и ликвации. Замечено, что рост кристаллов идёт не непрерывно, а с периодическими остановками, которые названы тепловым эффектом (выделением теплоты) при переходе их жидкого состояния в твёрдое. При таком прерывистом росте слоёв кристаллизации сначала застывает наиболее чистый металл, а затем металл с большим содержанием примесей.

Рис.8,9