9.11.3. Ликвационная неоднородность в металле шва
Ликвацией называется возникающее при неравновесной кристаллизации неравномерное распределение элементов, химических соединений и других составляющих в металле. Она контролируется диффузией в жидкой фазе. К числу сильно ликвирующих элементов относятся кислород, углерод, сера и фосфор.
В металле шва наблюдаются преимущественно два вида ликвации - дендритная и зональная. В свою очередь, дендритная ликвация может быть двух видов: внутри- и межкристаллитная. Природа внутрикристаллитной ликвации связана с наличием у сплава температурного интервала кристаллизации и с различной для центральной и периферийной частей кристалла степенью обогащения ликвирующей примесью. В первую очередь кристаллизуется металл вдоль осей будущих кристаллов, он содержит минимальное количество примесей и близок по составу к исходному. При снижении температуры оси будущих кристаллов обрастают кристаллизующимся металлом, и эти участки постепенно обогащаются примесями, которые особенно сильно насыщают последние порции кристаллизующегося металла.
Межкристаллитная ликвация является результатом оттеснения к границам растущих кристаллов различных легкоплавких эвтектик и примесей, создающих межкристаллитные прослойки. Особую опасность представляют располагающиеся здесь легкоплавкие эвтектики типа сернистых и силикатных, вызывающие горячие микротрещины.
Зональная ликвация вызывается неодновременной кристаллизацией периферийной и центральной частей шва. По мере роста кристаллитов остающаяся жидкость оттесняется в центральную область шва и оказывается наиболее загрязненной различными вредными примесями. Этот участок шва называют зоной «слабины». Она выявляется при ударной нагрузке. Весьма заметна зональная ликвация в однослойных швах большого сечения в глубоких сварочных ваннах, где возникает плоская схема кристаллизации (см. рис. 9.32).
Ликвация в сварных швах (особенно зональная и межкристаллитная дендритная) снижает механические свойства металла, так как ослабляет связь между кристаллитами, и служит одной из причин появления кристаллизационных трещин.
Для уменьшения химической неоднородности и повышения стойкости металла к образованию кристаллизационных трещин следует оптимизировать соотношение 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 глубокая сварочная ванна (ψ < 2) создает неблагоприятную схему кристаллизации металла, когда кристаллы, растущие по нормали к поверхности охлаждения, срастаются передними гранями в центральной части шва.
Контрольные вопросы
Под действием каких сил осуществляется перенос электродного металла в сварочную ванну?
Назовите виды переноса электродного металла через дуговой промежуток.
От каких факторов зависит размер электродных капель?
Что влияет на время существования капель?
К чему приводит диссоциация в зоне столба дуги?
Каков механизм насыщения жидкого металла газами?
В чем проявляется различное влияние азота и кислорода на свойства стали?
Как влияет водород на свойства стали?
Как влияет окисление углерода на свойства металла шва?
Назовите требования к сварочным флюсам.
На чем основаны молекулярная и ионная теории шлаков?
Как оценивают кислотность или основность шлаков?
В чем различие «длинных» и «коротких» шлаков?
Укажите главные компоненты, входящие в состав сварочных флюсов.
Назовите три основные системы сварочных флюсов.
Перечислите металлургические функции шлаков.
Что такое коэффициент эффективности массообмена и как его определяют?
Назовите виды раскислительных процессов при сварке.
Почему обычно применяют несколько раскислителей?
Каков механизм диффузионного раскисления стали шлаком?
Как легируют металл шва?
Что такое коэффициент перехода элемента?
Каков механизм уменьшения в стали серы и фосфора?
Каков механизм возникновения пор в металле шва?
Какие газы могут быть причиной пористости сварных швов?
Каковы причины образования шлаковых включений в металле шва?
Что усиливает ликвацию и как она влияет на качество металла шва?