Кристаллизация металла шва

16 сентября 2017
Категории: Физические процессы

Кристаллизация металла шва — это процесс создания твердых частиц с расплавленного металла во время его перехода из жидкого состояния в твердое . Сварочная ванна условно делится на две части: переднюю (главную) и хвостовую. В передней части плавится металл, а в хвостовой — кристаллизация (формирование шва). Существует первичная и вторичная кристаллизация.

кристаллизация шва

Рис. 1. Кристаллизация металла шва

Первичной кристаллизацией называется переход металла из жидкого состояние в твердое, во время которого создаются кристаллиты (зерна).

Первичная кристаллизация проходит при высоких скоростях охлаждения отдельными тонкими слоями. После образования первого слоя происходит задержка в охлаждении из-за выделения скрытой теплоты. После чего кристаллизуется второй слой и т. д. до нового затвердевания сварочной ванны. Толщина слоев составляет от десятых частиц миллиметра до нескольких миллиметров. Не полностью оплавленные зерна на кромках основного металла являются началом кристаллизации.

Подробнее см. Структура зоны термического влияния при сварке

Различают зернистую,  столбчатую и дендритную структуры в зависимости от формы и расположения зерен металла.

Зернистая структура не имеет конкретной ориентации и напоминает многогранник. Ее можно увидеть в основном металле и металле шва во время быстрого охлаждения.

Столбчатая и дендритная структуры имеют вытянутые в одном направлении зерна. Такие структуры характерны для швов при сварке под флюсом, электрошлаковой сварке, где проходит медленное охлаждение металла шва.

При большом объеме сварочной ванны и низкой скорости охлаждения увеличивается размер зерен и снижаются механические свойства шва. Чтобы измельчить структуры в жидкий металл вводят модификаторы (титан, алюминий, ванадий и др.).
Во время кристаллизации может возникать ликвация — неравномерное распределение составляющих сплава (неоднородный химический состав) и усадка — уменьшение объема при затвердевании. При этом создаются раковины, трещины, возникают внутренние напряжения.

Во время понижения температуры проходит аллотропическое преобразование (изменение кристаллической решетки), которое сопровождается изменением строения металла. Это явление называется вторичной кристаллизацией, или перекристаллизацией. Вторичная кристаллизация начинается с распада первичной структуры и заканчивается при низких температурах с образованием стойких структур.
Зерна металла шва по форме отличаются от зерен основного металла, которые вытянутые в направлении прокатки.