жидкий металл постоянно перемещается в сторону Л, тфотивопо-ложную направлению сварки (показано стрелкой).

Проплавленные зерна основного металла становятся зародышевыми центрами кристаллизации. На них как на своеобразной род-кладке начинают рост первичные кристаллы, количество которых ограничено. Разрастаются кристаллы нормально к поверхности охлаждения в направлении, обратном отводу тепла, в глубь жидкого металла ванны. В поперечном направлении для роста кристаллов нет нужных условий, так как в этом направлении практически нет отвода тепла и градиенты температур незначительны.

Особенностью процессов кристаллизации при сварке является наличие градиента концентрации растворенного элемента в слое

Рис. 135. Схема образования в расплаве перед фронтом кристаллизации области концентрационного переохлаждения.

Рис. 136. Схема роста кристаллов в сварочной ванне от границы сплавления.

переохлажденного расплава, окружающего твердую фазу. При этом возникает область так называемого концентрационного переохлаждения АТ (рис. 135), поскольку из-за изменения состава / этого слоя меняется и температура 2 кристаллизации. Здесь фактическая температура 3 расплава, которая зависит от сложившихся условий кристаллизации, может не отвечать равновесной и быть ниже ее.

■ Так как при кристаллизации переохлажденного расплава поверхность раздела фаз имеет выступы, то концентрационное переохлаждение создает благоприятные условия для роста именно этих выступов. Возникающие у выступов диффузионные потоки обедняют примесями вершины их и обогащают ими боковые грани. При достаточной протяженности зоны переохлаждения у кристаллов появляются ветви второго порядка, свойственные дендритному росту. На некоторой стадии роста столбчатых кристаллов последние порции расплава оказываются настолько концентрационно переохлажденными, что в них зарождаются новые кристаллы. Последние, препятствуя росту столбчатых кристаллов, образуют в центре

кристаллизующегося расплава зону с равноосной структурой (рис\ 136).

Пр мере прорастания кристаллов в глубь ванны температурный градиент в жидком металле уменьшается, но из-за возрастания концентрации примеси перед фронтом кристаллов расширяется зона концентрационного переохлаждения, а это приводит к увеличению размеров кристаллов, их разветвлению.

Для установившегося процесса сварки количество тепла, поступающего в единицу времени, равно количеству тепла, отводимого в твердый металл. Установлено, что изменение скорости vK роста кристалла по мере его прорастания от границы сплавления к центру ванны определяется формулой

vK = усв cos а см/сек,(VI.59)

где уСв — скорость сварки, т. е. скорость линейного перемещения источника тепла, см/сек; а — угол между направлением роста кристалла в каждый определенный момент кристаллизации и направлением перемещения источника тепла.

Рж. 137. Изотермы по ориентировочной оси кристалла.

Рис. 138. Схема столбчатого (—«-)

и слоистого (-) строения металла шва.

На рис. 137 показаны в плане изотермы квазистационарного поля. Кривая АВ— ориентировочная ось кристалла, характер изменения которой определяется изменением кривизны ванны. Нетрудно увидеть, что в точке Б угол а = 90°, т. е. скорость роста кристалла ок у границы сплавления равна нулю. При завершении же роста кристалла (у оси X—X) угол а = 0 и тогда ик становится равной скорости сварки юсв. Следовательно, от периферии к центру происходит не замедление роста кристалла, как при кристаллизации слитков, а увеличение ик от нуля у границы сплавления до максимальных значений в центре ванны.

Однако при кристаллизации ванны скорость роста кристаллов изменяется не монотонно. Периоды их ускоренного роста могут чередоваться с замедлениями или остановками, что связано с различием между интенсивностью отвода тепла в твердый металл и выделением скрытой теплоты кристаллизации.