Формирование и кристаллизация металла шва, строение зоны термического влияния.

   В ходе сварки дуга оказывает давление на сварочную ванну. Это является причиной тому, что жидкий металл из-под основания дуги вытесняется, дуга несколько погружается.

   При ручной сварке толстопокрытыми электродами глубина погружения дуги составляет 3-4 мм, при сварке под флюсами - 8-10 мм. По мере продвижения дуги в хвостовой части области плавления металла происходит усиленныйотвод тепла в массу холодного металла. Кристаллиты растут в направлении, перпендикулярном к поверхности теплоотвода. Кристаллизация металла шва, т.е. переход из жидкого состояния в твердое, протекает с остановками. После охлаждения первого слоя наступает небольшая задержка кристаллизации в результате ухудшения теплоотвода и выделения скрытой теплоты кристаллизации первого слоя. После некоторой заминки вследствие непрекращающегося теплоотвода вглубь основного металла начинает кристаллизоваться второй слой и т. д. Таким образом, периодически происходит кристаллизация по всему продольному и поперечному сечению металла шва.

   Толщина кристаллизационных слоев может колебаться от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Закристаллизовавшийся металл однопроходного шва имеет столбчатое строение, это объясняется тем, что в направлении отвода теплоты ( перпендикулярно границе плавления) кристаллиты растут быстрее, чем в других направлениях. Наибольшая толщина кристаллизационных слоев происходит в металле шва при электрошлаковой сварке. Ось каждого кристаллита обычно не прямая, она несколько изогнута в направлении вершины шва.

   При сварке под флюсом уменьшается скорость охлаждения шва, это создает благоприятные обстоятельства для удаления газов из металла шва и всплывания шлаковых включений, но размер кристаллитов резко увеличивается, что ухудшает прочностные качества металла шва. Чтобы избежать ухудшения свойств, необходимо измельчить структуру шва. Для этого в жидкий металл вводятся добавки ( модификаторы) - алюминий, титан, ванадий. В процессе кристаллизации металла шва возникает неравномерное распределение составляющих сплава. Это в металловедении называют ликвацией.

   Ликвация - это прежде всего неоднородность по химическому составу. Ликвация зональна и характеризуется различием химического состава периферийной зоны и центральной части металла шва. Дендритная (внутрикристаллическая) ликвация характеризуется неоднородностью химического состава отдельных кристаллов. Центральная часть дендритов состоит обычно из чистого твердого раствора, а граница между дендритами наиболее загрязнена вредными примесями. Поэтому разрушение металла шва чаще всего случается по границам зерен. Чтобы избежать вредного влияния ликвации (особенно при сварке легированных сталей) необходимо производить термическую обработку для выравнивания химического металла.

   На качество сварного соединения наряду с химическим составом металла шва значительное влияние оказывает и структура металла шва, а также структура зоны термического влияния околошовной зоны. В результате сварки нагревается основной металл и в нем происходят структурные изменения под воздействием высоких температур. Область нагрева называют зоной термического влияния (ЗТВ). Температура, до которой нагреваются отдельные участки ЗTB, изменяется от температуры плавления до окружающей температуры.