Тугоплавкие включения, имеющие повышенную вязкость, плохо коагулируют и поэтому распределяются в металле в дисперсном виде (Si02; А1203). Длинные шлаки
Скорость всплывания шлаковых частиц зависит от их размера, вязкости жидкого металла, разницы в удельном весе частицы и металла и др. Скорость всплывания частиц тем больше, чем крупнее частица, меньше ее плотность и вязкость металла, в котором она движется. С этой точки зрения нежелательны мелкодисперсные, слабо коагулирующие включения (Si02; Al203), обладающие малой скоростью всплывания и загрязняющие металл.
На скорость всплывания шлаковых частиц заметно влияет
- наличие конвективных потоков в металле,
- выделение из металла пузырей, перемешивающих металл и увлекающих шлаковые частицы к поверхности металлической ванны.
Значительная часть шлаковых частиц выталкивается к поверхности сварочной ванны растущими кристаллитами металла шва.
Форма и величина шлаковых включений оказывают заметное влияние на механические и физические свойства металла.
Посторонние включения заметно уменьшают прочность и коррозионную стойкость металла.
Однако мельчайшие, субмикроскопические включения, равномерно распределенные в металле (например, ТiO2; А1203), могут быть и полезными, так как они становятся дополнительными центрами кристаллизации и способствуют измельчению структуры (модификация металла шва).
Ликвация в металле шва.
Ликвацией называется неравномерное распределение элементов, химических соединений и других составляющих в металле. К числу сильно ликвирующих элементов относятся углерод, сера и фосфор.
Методы регулирования первичной кристаллизации сварных швов.
Первичная структура шва оказывает большое влияние на многие свойства наплавленного металла, особенно если в последующем он не подвергается термической обработке, прокатке или ковке. Поэтому важно, чтобы первичная структура была мелкозернистой и по возможности равноосной, с незначительной химической неоднородностью. Тогда свойства металла будут достаточно высокими и без последующей обработки.
Рассмотрим пути регулирования процессов первичной кристаллизации.
- Для уменьшения химической неоднородности и повышения стойкости металла к образованию кристаллизационных трещин нужно правильно подбирать соотношения между глубиной Н и шириной В сварочной ванны. Коэффициент формы ванны
зависит от многих факторов — способа и режима сварки, состава металла, сварочных материалов и т. д.
Узкая и глубокая ванна первого типа (рис. 149, а; y<2) создает неблагоприятную для кристаллизации металла схему. Кристаллы, растущие по нормали к поверхности охлаждения, неизбежно встречаются в центральной части шва, образуя зону слабины. Поэтому швы, кристаллизующиеся по указанной схеме, склонны к образованию кристаллизационных трещин. Из такой ванны посторонние примеси удаляются труднее.
Наоборот, в широкой и неглубокой ванне (рис. 149, б; y > 2), условия для кристаллизации значительно лучше, так как последние порции жидкого металла, наиболее загрязненные примесями, оказываются вытесненными растущими кристаллами в самую верхнюю часть шва и не создают в металле слабины.
Однако дальнейшее увеличение ширины ванны, т.е. увеличение y (рис. 149, в), вновь усиливает опасность образования кристаллизационных трещин вдоль шва. Это объясняется большой абсолютной величиной поперечной усадки широких швов, концентрацией деформаций в средней части валика и неблагоприятным расположением дендритов.
Допустимое значение y = 0,8…4, оптимальное ~2…2,5.
2. Чтобы получить металл высокой прочности и пластичности, стойкий к возникновению кристаллизационных трещин, нужно измельчать его грубую столбчатую структуру. Этого достигают различными способами. Рассмотрим некоторые из них:
1) введение в сварочную ванну элементов-модификаторов (В; Ti; V; Nb; Zr и др.). Эти поверхностно-активные вещества снижают энергию образования зародышей — центров кристаллизации — и повышают их устойчивость. Одновременно, располагаясь на поверхности кристаллов, они снижают их поверхностную энергию, что также ограничивает рост кристаллов;
2 ) введение в сварочную ванну элементов, способствующих образованию быстро твердеющих структур и создающих большое количество зародышей, что имеет особое значение при сварке легированных сталей и цветных металлов;
3) воздействие на сварочную ванну ультразвуковых колебаний, механических вибраций или электромагнитное перемешивание металла ванны;
4) измельчение структуры металла швов путем искусственного повышения скорости охлаждения кристаллизующейся ванны.
…..