Кристаллизация металла сварного шва

Этот процесс начинается с кристаллизации частично оплавленных зерен основного металла заготовок, расположенных на границах зоны расплавления. К кристаллической решетке этих зерен присоединяются атомы кристаллизующейся фазы. По завершении кристаллизации в зоне расплавления образуются зерна, частично состоящие из металлов заготовок и металла шва и обеспечивающие сварное соединение.

При перемещении сварочной ванны вдоль кромок заготовок в ее передней части происходит оплавление металлов, а в задней — кристаллизация.

Кристаллизация сварного шва отличается от кристаллизации слитков высокими скоростями нагрева и охлаждения. Поэтому шов неоднороден по размерам и химическому составу зерен. В верхней части шва образуются более крупные кристаллиты ветвистой формы (дендритное строение), тогда как в нижней части — более мелкие кристаллиты удлиненной формы (транскристаллитное строение).

Что касается химического состава, то в каждом шве можно выделить три участка. Нижний участок, кристаллизующийся из тонкой прослойки расплава, которая прилегает к оплавленным поверхностям, обогащен серой, фосфором и углеродом, переместившимися из примыкающих участков металла заготовок. Средний участок кристаллизуется из жидкого металла основного состава. Высокая скорость кристаллизации обеспечивает идентичность состава металла этого участка составу жидкого металла ванны. Верхний участок обеднен серой, фосфором и углеродом.

В сварном соединении можно выделить три зоны с разной микроструктурой (рис. 1.4): зону I наплавленного металла сварРис. 1.4. Строение зоны сварного соединения легированной стали:

/—6 — участки зоны термического влияния; 1 — зона наплавленного металла сварного шва; II — зона термического влияния; III — зона основного металла; Т — температура; HV — твердость ного шва, зону II термического влияния и зону III основного металла.

В зоне термического влияния (ЗТВ) выделяют шесть участков.

Участок I неполного расплавления металла является переходным от жидкой фазы к твердой. Поэтому свойства этого участка определяют свойства сварного шва.

Участок 2 перегрева — это область, в которой металл нагревается до температуры 1 500 °С. Металл имеет крупнозернистое строение с пониженной пластичностью. Для углеродистых сталей возможно появление закалочных структур.

Участок 3 нормализации относительно недолго нагревается до температур 930… 1 100°С. Здесь металл имеет мелкозернистую структуру с хорошими механическими свойствами.

Участок 4 неполной рекристаллизации представляет собой область, в которой крупные зерна феррита окружены мелкими зернами феррита и перлита.

Участок 5 рекристаллизации часто наблюдается после сварки заготовок (поковки, прокат), прошедших предварительную пластическую деформацию, и характеризуется восстановлением формы и размеров разрушенных при деформировании зерен.

Участок 6 синеломкости, соответствующий интервалу температур 200…400°С (синие цвета побежалости), характеризуется снижением пластичности металла.