ными центрами самопроизвольной кристаллизации. Чем меньше этих центров, тем крупнее кристаллы при переходе из жидкого состояния в твердое.

Таким образом, условия плавления металла влияют на процесс последующей кристаллизации и соответственно на свойства металла сварного шва. Рассматривая влияние условий плавления на последующую кристаллизацию и свойства, необходимо остановиться на роли неметаллических включений и карбидов, неизбежно присутствующих в сталях и металле сварочной ванны. И те, и другие, сохраняясь после расплавления в жидком металле, также могут служить центрами несамопроизвольной кристаллизации. На практике несамопроизвольную кристаллизацию используют для модификации — измельчения кристаллитов при затвердевании. Модифицирующее действие таких включений сохраняется только в том случае, если они не растворяются в ванне расплавленного металла. В связи с этим представляют интерес температуры плавления и растворения твердых и тугоплавких включений, которые могут находиться в стали при ее нагреве и плавлении. Поведение этих включений при плавлении особенно большое значение имеет для сварки, так как продолжительность пребывания металла при высоких температурах в твердом и жидком состояниях очень невелика.

Ниже приведены приближенные значения температур растворения труднорастворимых карбидов различных элементов при нагреве стали в твердом состоянии:

Элемент, образующий карбид. Fe Сг W V

Температура растворения карбида, °С . . . . 720 1100 1300 1200

Поскольку растворение карбидов — процесс диффузионный, оно протекает во времени. Приведенные сведения относятся к продолжительности нагрева ~3 мин. При меньшей продолжительности нагрева полного растворения карбидов вольфрама, ванадия, титана при нагреве стали в твердом состоянии может не произойти, и карбиды частично перейдут в жидкую ванну. В принципе, в ванне расплавленной стали даже при небольших степенях перегрева карбиды всех основных легирующих элементов должны растворяться в соответствии с данными тройных диаграмм состояния железо—углерод — легирующий элемент. Однако процесс их растворения и в этом случае носит диффузионный характер и протекает во времени. Поэтому при быстро протекающем нагреве, малых степенях перегрева и малой продолжительности существования ванны наиболее тугоплавкие карбиды могут сохраниться. Об относительной скорости растворения в жидкой стали различных карбидов и нитридов можно судить по температуре их плавления:

Соединение. Fe3C Mn3C Сг7С8 WC VC Мо2С

Температура плавления, °С 1500 1480 1940 2900 3100 2900

Соединение. ZrC VN NbN TiN TiC B4C

Температура плавления, °С 3800 2320 2370 3200 3100 2620

В основном металле и сварных швах могут находиться также и нитриды, особенно при сварке сталей, легированных азотом. Большое влияние на кристаллизацию могут оказывать тугоплавкие неметаллические включения. В ванну эти включения могут попадать из флюсов и электродных покрытий (СаО, МёО, 5Ю2) или могут быть продуктами раскисления ванны (5Ю2, МпО, А1203, ТЮ2), частичками шлака (2РеО-5Ю2, 2МпО-5Ю2, ЗА1203Х х5Ю2, МпБ, РеБ) и др. О способности плавиться, всплывать или оставаться в качестве центров кристаллизации можно судить по температуре их плавления:

• По температуре и продолжительности существования расплавленного металла в сварочной ванне при различных видах сварки можно судить о поведении различных включений стали в процессе плавления и формирования сварочной ванны, о их влиянии на последующую кристаллизацию.

Средняя температура сварочной ванны при дуговой сварке (ручная, автоматическая под флюсом, в защитных газах) составляет 1600—1900 °С: наиболее низкая — для дуговой в защитных газах, наиболее высокая — для автоматической под флюсом. Температура в ванне под дугой доходит до 2300 СС, однако продолжительность пребывания ванны при этой температуре крайне мала, поэтому рассчитывать на полное растворение тугоплавких примесей не приходится. Продолжительность существования сварочной ванны при разных видах и режимах сварки существенно различается, однако для трех указанных случаев она, как правило, не превышает 1—2 мин, если исходить из условия т„ = £в/£св (тв — средняя продолжительность существования сварочной ванны, Ьв — длина сварочной ванны; ист — скорость сварки).

Исходя из сказанного, можно считать, что к началу кристаллизации в сварочной ванне из-за большого перегрева либо нет совсем, либо остается очень мало естественных центров кристаллизации, какими могли стать сохранившиеся группировки атомов, и неизбежно наличие искусственных зародышей кристаллизации, природа и число которых зависят от состава свариваемого и присадочного материалов и условий сварки. Попадание из металла, электродного покрытия или флюса в ванну соединений таких металлов, как XV, Мо, V, И, Ъх, МЬ, В, использование в качестве раскислителей А1, Т1, Ъх может способствовать сохранению в ванне к началу кристаллизации тугоплавких частиц.