Кристаллизации сварочной

В качестве легкоплавких припоев применяют в основном сплавы на основе олова и свинца различного состава, от которого зависят и свойства припоев. Для получения специальных свойств припои легируют сурьмой, серебром, висмутом, кадмием. Серебро и сурьма повышают, а висмут и кадмий понижают температуру, плавления сплавов. Олово и свинец дают диаграмму эвтектического типа. Чем меньше интервал кристаллизации, тем выше жидко-текучесть сплава и меньшая выдержка требуется для затвердевания припоя в соединении, что нужно учитывать при выборе припоя в каждом конкретном случае. От интервала кристаллизации зависит также герметичность паяных соединений. Широкий интервал кристаллизации способствует получению пористых негерметичных соединений. Механическая прочность припоев сохраняется в определенном интервале температур. С повышением и понижением температуры механические свойства ухудшаются. При низких температурах (от —30 до —60° С) происходит резкое снижение ударной вязкости, особенно при большом содержании олова. Прочность припоев при повышении температуры также снижается. Для припоев

МИНЕРАЛИЗАТОРЫ — легколетучие вещества (вода, сероводород, хлор, бор, фтор, галоидные эо-единения нек-рых металлов и др.), растворённые в магме и выделяющиеся из неё при охлаждении или уменьшении давления. Присутствие М. в магме понижает её вязкость и темп-ру кристаллизации, способствует росту крупных кристаллов.

Давление, прикладываемое к расплаву во время кристаллизации, способствует измельчению зерна, снижению ликвации и горячеломкости. Кроме того, в случае образования горячих трещин в литых заготовках давление способствует их залечиванию при наличии во внутренних слоях жидкой фазы. При этом чем больше давление приближается к всестороннему или гидростатическому, тем меньше склонность литых заготовок к образованию горячих трещин.

Кристаллизация под высоким механическим давлением способствует очищению границ зерен стали от неметаллических включений, повышению однородности структуры, что препятствует хрупкому разрушению. Ударная вязкость прессованной при кристаллизации стали 45Л выше, чем у литой в обычных условиях во всем диапазоне температур от +20 до —80° С. Следовательно, давление при кристаллизации способствует сдвигу критической температуры хладноломкости в область низких температур.

Ряд термопласти.чных полимеров обладает способностью к кристаллизации (типичными кристаллизующимися термопластами являются, например, широко распространенный полиэтилен и политетрафторэтилен, иначе фторопласт), которая, однако, никогда не распространяется на весь объем материала. В нем наряду с кристаллической всегда сохраняется и некоторая стекловидная аморфная фаза. Степень кристалличности зависит не только от вида материала, но и от технологии его изготовления. Кристаллические структуры возникают вследствие объединения групп цепных молекул (обычно лишь на отдельных участках их длины), причем процессу кристаллизации способствует ориентация молекул под действием внешних растягивающих усилий. Свойства частично кристаллических полимеров со стекловидной аморфной фазой в сравнении с полностью аморфными материалами более стабильны по отношению к изменениям температуры. Частично кристаллические полимеры имеют при этом определенную температуру плавления, которая для аморфных полимеров не существует.

наличие конвективных потоков вблизи фронта кристаллизации способствует очистке поверхностного слоя от газовых и неметаллических включений. Скорость потоков пропорциональна температуре переохлаждения жидкого металла.

рушает равномерность кристаллизации, способствует созданию ше-

С увеличением содержания легирующих элементов (например, титана) в рассматриваемых сплавах образуется эвтектика (у + у'). Она присутствует в структуре более чем 50% известных жаропрочных никелевых сплавов. Например, объемная доля эвтектической УэВТ" Ф^ы в экспериментальных модификациях сплава ЖС6Ф с равноосной структурой составляет в среднем 11%; применение же направленной кристаллизации способствует уменьшению этой величины до 8 %. При этом наибольшее содержание эвтектики характерно для разновидностей сплава с высокой концентрацией титана. Суммарная объемная доля у'-фазы в сплавах данного типа может достигать 65—67%. Это обеспечивается легированием: содержание основных легирующих элементов может составлять 40% (мае.). При этом часть у'-фазы (у'эвт с размером зерна U?MT = 1 мкм) выделяется из жидкости по эвтектической реакции и располагается в основном по границам зерен и в междендритных участках. Упрочняющая же дисперсная Уши," фаза (с диаметром частиц dmm = 0,02 мкм)

же образцах подобное усложнение наблюдалось редко и межфазная поверхность обычно была гладкой. Некоторое искажение формы включений, сопряженное с порообразованием, наблюдали в термоциклированных образцах сплава А1 — Си (см. рис. 44). Можно полагать, что интенсивное перераспределение компонентов в жидкости, сопровождающееся процессами плавления и кристаллизации, способствует выравниванию межфазной поверхности и сфероидиза-ции капель. Основанием для этого могут служить данные работы [121], авторы которой наблюдали преобразование формы жидких включений при резком изменении температуры селитры. Использовав киносъемку, они проследили за изменением структуры селитры при нагревании до 300° С. При быстром нагреве включение расплавлялось и увеличивалось в объеме вследствие растворения некоторого количества окружающего материала. Первыми оплавлялись стенки включения, затем появлялись внутренние трещины, поверхность которых растворялась при дальнейшем нагреве. В результате межфазная граница приобретала зубчатый контур. Во время выдержки форма жидких включений приближалась к равноосной. При резком охлаждении жидкость затвердевала и формировались заполненные газом поры.

ризонтальному участку, происходит процесс затвердевания жидкого металла. Выделение скрытой теплоты кристаллизации способствует сохранению постоянной температуры в течение всего времени, необходимого для завершения процесса. Нижний участок кривой соответствует охлаждению закристаллизовавшегося металла. Тонкой горизонтальной линией на диаграмме показано значение теоретической температуры кристаллизации Ts. Из рис. 1.5 видно, что по мере увеличения скорости охлаждения (К, < У7< К3) степень переохлаждения расплава возрастает и кристаллизация начинается при более низких температурах. Период кристаллизации при этом сокращается.

Сварное соединение при сварке плавлением (рис. 14, а) включает в себя сварной шов /, т. е. участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации сварочной ванны, зону сплавления 2, где находятся частично 'оплавившиеся зерна металла на границе основного металла и шва, зону термического влияния 3, т. е. участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке плавлением или резке, основной металл 4, т. е. металл подвергающихся сварке соединяемых частей, не изменивший свойств при сварке.

Кристаллизация металла сварочной ванны. При сварке плавлением сварочную ванну можно условно разделить на два участка: головной, где происходит плавление основного и дополнительного металлов, и хвостовой, где происходит затвердевание расплавленного металла. Переход металла сварочной ванны из жидкого состояния в твердое называют кристаллизацией. Отличительные особенности кристаллизации сварочной ванны:

Образующаяся окись углерода СО в металле шва не растворяется, в процессе кристаллизации сварочной ванны она выделяется и может образовать поры. Углекислый газ применяют для защиты зоны сварки при использовании раскисляющих элементов (Мп, Si), нейтрализующих окислительное действие СО2.

Они могут выходить или не выходить на поверхность, располагаться цепочкой, отдельными группами или одиночно, могут быть микроскопическими и крупными (до 4—б мм в поперечнике). Поры при сварке вызываются в основном водородом, азотом и окисью углерода в результате химических реакций с выделением газов; различной растворимостью газов в. расплавленном и твердом металле, при этом растворившийся в жидком металле газ выделяется при затвердевании .шва с образованием пор; захватом пузырьков газа при кристаллизации сварочной ванны.

В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы. К первой группе относятся дефекты, связанные с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения, это— горячие и холодные трещины в металле шва и. околошовной зоне, поры, шлаковые включения, неблагоприятные изменения свойств металла шва и зоны термического влияния.

Сварочная металлургия отличается от других металлургических процессов высокими температурами термического цикла сварки и малым временем существования сварочной ванны в жидком состоянии, т. е. в состоянии, доступном для металлургической обработки металла сварного шва. Кроме того, специфичны процессы кристаллизации сварочной ванны, начинающиеся от границы сплавления, и образования измененного по своим свойствам металла зоны термического влияния.

Существуют и другие классификации. Например, ГОСТ 7512-75 определяет дефекты только как наружные (внешние ) и внутренние. Иногда дефекты разделяют в зависимости от причины их образования. В этом случае дефекты разбивают на две группы. К первой относят дефекты, образование которых связано с физико-химическими явлениями, протекающими на стадии существования и кристаллизации сварочной ванны (кристаллизационные и холодные

Трещины представляют собой частичное местное разрушение металла в виде разрыва. Это наиболее опасный дефект. Трещины подразделяют на холодные (закалочные), горячие (кристаллизационные) и эксплуатационные. Холодные трещины образуются при неблагоприятном сочетании таких факторов, как высокая скорость охлаждения сварного соединения при сварке, способствующая образования малопластичных структур закалки, остаточные сварочные напряжения, насыщенность шва водородом, нерациональная форма шва и др. Горячие трещины образуются при кристаллизации сварочной ванны вследствие высокого содержания серы в металле шва, образования крупнозернистой структуры металла и наличия температурных деформаций. Эксплуатационные трещины возникают вследствие усталости, старения И исчерпания ресурса пластичности металла свар-

Наплыв — дефект, который образуется в результате сте-кания расплавленного присадочного металла на нерасплавленный основной. Обычно наплывы появляются при выполнении вертикальных швов снизу вверх, горизонтальных швов на вертикальной плоскости, при выполнении кольцевых швов, в случаях, когда скорость сварки несогласована со скоростью кристаллизации сварочной ванны, и др. Данный дефект подлежит устранению механическим способом с последующей заваркой дефектного места.

Различные условия кристаллизации сварочной ванны приводят также к структурной неоднородности отдельных зон сварных соединений /5/, то есть к появлению прослоек, отличающихся своей структурой. Связь между структурой химически однородных сталей и сплавов и их механическими свойствами устанавливается в металловедческих исследованиях. В некоторой степени это может быть перенесено и на сварные соединения, например, для способов сварки без присадочного металла (контактная стыковая, точечная, шовная и другие способы сварки давлением, когда соединение поверхностей производится с образованием или литого ядра из основного металла, или за счет плавления и деформации торцев). Однако в большинстве случаев для сварных соединений приходится учитывать совместное влияние химической и структурной неоднородности.

Существуют и другие классификации. Например, ГОСТ 7512-75 определяет дефекты только как наружные (внешние ) и внутренние. Иногда дефекты разделяют в зависимости от причины их образования. В этом случае дефекты разбивают на две группы. К первой относят дефекты, образование которых связано с физико-химическими явлениями, протекающими на стадии существования и кристаллизации сварочной ванны (кристаллизационные и холодные