•Рис. 3.6. Схема дендритаРис. 3.7. Кристалл Д. К. Чернова

меньше примесей), оси дендритов значительно меньше загрязнены примесями по сравнению с металлом в межосных пространствах. Это различие в содержании примесей в металле осей дендритов и межосных участков называют дендритной ликвацией. Поскольку процесс перемещения атомов примеси диффузионный и связан со временем, степень дендритной ликвации зависит от скоростей кристаллизации и охлаждения. В большей степени к ликвации склонны углерод, сера, фосфор, в меньшей — кремний, марганец, хром, молибден, вольфрам. Степень дендритной ликвации может быть очень большой. По данным А. М. Якушева, дендритная ликвация в трехтонном слитке стали составляет, %: по сере ~200, по фосфору —120, по углероду ~60, по кремнию ~20, по марганцу ~15.

С учетом изложенных общих закономерностей кристаллизации можно рассмотреть металлургические особенности кристаллизации и кристаллического строения сварных швов, полученных методами дуговой сварки плавлением.

Кристаллизация сварочной ванны происходит гораздо сложнее в связи с многообразием условий ее образования и охлаждения. На рис. 3.8 представлена схема мгновенного состояния сварочной ванны жидкого металла при дуговой сварке плавлением и распределение в ней температур по различным сечениям. В очаге горения дуги металл сварочной ванны имеет самую высокую температуру ~2300 °С, значительно выше температуры плавления *пл и температуры кристаллизации 2кр. По мере удаления от очага дуги температура жидкого металла снижается, вблизи кромок и 34

ранее закристаллизовавшегося металла шва становится близкой к температуре кристаллизации ¿Kp. Однако в связи с тем, что в сечении Г—Г, проходящем через очаг дуги и свариваемые кромки, температура жидкого металла на границе с твердым металлом выше, чем в сечениях, лежащих ближе к хвостовой части ванны (Д—Д и Е—Е), рост кристаллитов в хвостовой части ванны значительно опережает рост кристаллитов на кромках в зоне максимальной температуры ¿max-

Если мгновенно прекратить сварку и создать условия для предотвращения растекания головной части ванны, то характер кристаллизации можно представить так, как это изображено на рис. 3.9. Рост кристаллов начинается с закристаллизовавшейся поверхности металла шва. Кристаллы из хвостовой части вытягиваются вдоль оси шва, они имеют большую протяженность; кристаллы с боковых поверхностей, растущие с кромок в задней части ванны, составляют с осью шва определенный угол. Размеры кристаллов, растущих с боковых поверхностей, и угол их наклона к оси шва зависят от многих факторов — толщины и массы сварив аемого металла, его температуры и теплофизических свойств, от скорости сварки, силы сварочного тока, технологии сварки (например, числа сварочных дуг) и др. При рассмотренном характере кристаллизации ванны кристаллическое строение сварного шва имеет вид, показанный на рис. 3.10.

Кристаллическое строение сварного шва в сечении, перпендикулярном его оси, может несколько отличаться в зависимости от условий сварки (рис. 3.11). При сварке по разделке перегрев и оплавление свариваемого металла, находящегося на кромках, приводят к тому, что с жидким металлом ванны соприкасаются оплавленные зерна основного металла. Эти зерна, выросшие на границе сплавления, служат основой для кристаллизации металла сварочной ванны. На оплавленной поверхности зародышами кристаллизации могут стать также не успевшие раствориться и расплавиться карбиды тугоплавких элементов и неметаллические 2* ,35

Рис. 3.8. Распределение температур в различных сечениях жидкой ваииы при мгновенном прекращении дуговой сварки с присадочным материалом:

3 I— свариваемые пластины; 2 — место электрода; 3 — направление сварки; 4 — сварочная ванна; 5 — сварной шов