Нужно также отметить, что процесс роста трещины зависит от формы ее вершины: при остроугольной вершине трещина растет быстрее, при закругленной — рост трещины может остановиться и разрушения не произойдет.

Затормозить рост трещины можно применением композитных материалов, электрических и магнитных полей, а также за счет создания протяженных полей сжатия [258].

Итак, наличие в металле трещин, пор, неметаллических включений снижает прочность металла. Между тем эти дефекты практически всегда присутствуют в металле шва [176], и зачастую причиной их появления является сварочный процесс.

2. Сварочный процесс и образование дефектов

При обработке материалов независимо от вида технологического процесса практически всегда образуются различные дефекты. Вид дефектов, механизм их образования зависят от особенностей применяемого технологического процесса.

К сожалению, и сварочный процесс, подобно другим технологическим процессам, не является исключением, и применение его при производстве различных изделий также приводит к образованию дефектов. Чтобы понять причины появления дефектов в сварных соединениях, кратко рассмотрим особенности сварочного процесса.

При сварке плавлением образование различных дефектов определяется характером взаимодействия жидкого и твердого металлов, а также металлов с газами и шлаком. На взаимодействие этих фаз, на структурные превращения в фазах в зависимости от способа сварки влияют тепло сварочной дуги, электронного и светового лучей и так далее.

Нагрев, плавление, испарение, кристаллизация и охлаждение металла, переход вещества из одной фазы в другую, распределение вещества внутри фазы, взаимодействие различных компонентов — все эти и многие другие процессы характерны для сварочных процессов. Поскольку все или часть из этих процессов протекают в различных участках зоны сварки одновременно, изучение всего процесса в целом является сложной и трудноразрешимой задачей. Поэтому рассмотрим отдельно процессы кристаллизации металла, взаимодействия жидкого металла с твердым металлом, а также металлом с газами п шлаком, т. е. те процессы, которые в наибольшей мере влияют на образование дефектов в сварочном соединении.

При сварке плавлением жидкий металл растворяет определенное количество газов из воздуха и газообразных продуктов разложения компонентов электродного покрытия или флюса. Основными газами, влияющими на свойства металла и чаще всего присутствующими в металле, являются кислород, водород и азот. Если водород растворяется в расплавленном металле физически, то кислород и азот с большинством металлов вступают в химическое взаимодействие. Причем значительное количество азота и особенно водорода находится в металле в растворенном состоянии, а кислород — в виде соединений.

Интенсивность взаимодействия газов с металлами зависит от многих факторов: химического сродства, температуры, давления, величины контактной поверхности и так далее.

При сварке имеются условия, которые способствуют усилению взаимодействия газов с металлами. Так, при электродуговых способах сварки поступлению газов в металл способствуют высокая температура, значительная контактная поверхность металл — газ при сравнительно небольшом объеме металла, интенсивное перемешивание металла, наличие электрических и магнитных полей.

Эти факторы, хотя и в различной степени, характерны и для других способов сварки плавлением. Поэтому обычно содержание газов в металле шва бывает заметно выше, чем в основном металле, а порой приближается или даже превышает предел их растворимости в металле. Этому способствует и высокая скорость охлаждения металла шва.

В процессе охлаждения вследствие снижения растворимости газов в металле происходит их выделение. Газы из металла могут быть удалены десорбцией с поверхности сварочной ванны или в результате образования газовых пузырьков в объеме металла. Если десорбция газа не приводит к образованию дефектов, то возникшие газовые пузырьки могут быть удалены из металла, пока он находится в расплавленном состоянии. В этом случае образование газовых пузырьков будет только способствовать дегазации металла. Однако если они образуются в период завершения кристаллизации металла сварочной ванны, то такие пузырьки останутся в металле в виде пор. Опасность образования пор увеличивается и вследствие скачкообразного уменьшения растворимости Н2 и Ы2 в металле ^при его затвердевании.

Поскольку на практике приходится иметь дело с многокомпонентными сплавами, то вредное влияние 02 и N2, присутствующих в металле, повышается благодаря возможности взаимодействия их с большинством легирующих компонентов. При