ления ниже температуры кристаллизации металла, вызывают образование горячих трещин. Наличие нитридов в металлле шва увеличивает его склонность к старению и т. д.

Таким образом, даже такой весьма краткий обзор свидетельствует о значительном влиянии неметаллических включений, содержащихся в сварных швах, на работоспособность сварных конструкций.

Непровары, подрезы и несплавления, являясь плоскими дефектами, создают значительную концентрацию напряжений и заметно снижают статическую и динамическую прочность сварного соединения. Подобная зависимость наблюдается для самых различных материалов [56, 249, 333]. Особенно заметно эти дефекты влияют на динамическую прочность. Даже небольшие по величине непровары (10 % толщины сечения) снижают сопротивление усталости в 2 раза [249]. Причем отрицательное влияние подрезов, несплавлений и непроваров усиливается, если дефекты находятся в поле высоких растягивающих остаточных напряжений.

Итак, хотя и в разной мере, но все рассмотренные дефекты сварных швов (трещины, поры, неметаллические включения, подрезы, непровары, несплавления) влияют на работоспособность сварных конструкций, особенно под действием знакопеременных и ударных нагрузок.

5. Современные представления о природе образования дефектов

Выявление и устранение дефектов сварных швов являются трудоемкими операциями, которые могут существенно повысить стоимость сварного изделия. Поэтому снижение вероятности образования дефектов, даже за счет повышения затрат на технологические операции, зачастую приносит экономические выгоды.

Однако разработка мероприятий по уменьшению опасности образования дефектов невозможна без знания природы их возникновения. Рассмотрим кратко современные представления о природе образования дефектов, встречающихся в сварных швах, т. е. горячих трещин, пор, неметаллических включений, подрезов, непроваров и несплавлений.

Основы современной теории образования горячих трещин были заложены в работах [28, 29]. Согласно этим работам, склонность металла к образованию горячих трещин зависит от величины интервала кристаллизации между солидусом и температурой начала линейной усадки. Чем шире этот интервал кристаллизации, названный в работе [28] эффектив-

ным интервалом кристаллизации, а в сварочной литературе чаще называемый температурным интервалом хрупкости, тем выше вероятность образования горячих трещин. Несколько позже были проведены исследования по изучению природы образования горячих трещин и в сварных швах [117,137, 219, 220]. Эти и другие работы позволили раскрыть механизм возникновения горячих трещин в сварных швах.

Обычно образование горячих трещин в сварных швах объясняют следующим образом. Кристаллизация металла шва вследствие неравномерности нагрева свариваемого металла и жесткого закрепления деталей происходит в условиях воздействия на шов растягивающих напряжений. Это приводит к появлению деформаций, которые возникают в начале сварки и особенно усиливаются в процессе охлаждения сварочной ванны.

С момента начала кристаллизации металл сварочной ванны представляет собой двухфазную систему, состоящую из твердых кристаллов и расплавленного металла. Пока объем жидкого металла будет довольно большим, значительной будет и деформационная способность такой системы. При этом деформация всей системы происходит за счет вязкого течения расплава в пространстве между кристаллитами.

С уменьшением объема расплава деформационная способность твердо-жидкой системы снижается, и если величина деформаций превысит пластичность системы, то произойдет разделение кристаллов, т. е. образуются трещины. Причем чем меньше размер кристаллов, тем выше пластичность двухфазной системы при одинаковом объеме расплавленных прослоек. Следовательно, трещины, образующиеся по описанному выше механизму, зарождаются в процессе первичной кристаллизации металла шва и располагаются по границам кристаллов. Такие трещины называются кристаллизационными.

Однако при сварке чистых металлов и однофазных сплавов трещины могут возникать по полигональной сетке границ, которые прямо не связаны с границами кристаллов [146]. В этом случае образование трещин происходит следующим образом [146, 147]. После полного затвердевания металла возникает вторичная сетка полигональных границ, которые могут совпадать или не совпадать с границами первичных кристаллов. Образование полигонизационных границ связано с возникновением стенок дислокаций под действием усадочных и термических напряжений при температурах, близких к солидусу. По этим границам, которые, очевидно, характеризуются повышенной рыхлостью, возможно образование трещин, называемых полигонизационными. Поскольку эти