Степень внутридендритной химической неоднородности связана со скоростью остывания сварочной ванны сложной зависимостью. Однако изменения скорости остывания металла сварочной ванны в пределах, характерных для кристаллизации реальных швов, не влияют на степень ликвации.

Значительное влияние на качество сварного соединения оказывают диффузионные процессы, протекающие в зоне сплавления. Здесь, вследствие различной растворимости элементов в жидкой и твердой фазах, возникает существенная разница в химическом составе пограничного участка основного металла и прилегающего к нему участка металла шва.

В ряде случаев наблюдаются значительные изменения химического состава по длине шва и на отдельных его участках (макроскопическая неоднородность). Эти изменения обычно связаны с колебаниями режима сварки, изменениями состава сварочных материалов и другими технологическими причинами.

В металле сварных швов наблюдается также физическая неоднородность, связанная с возникновением вторичных, так называемых полигонизационных границ, проходящих по участкам, где сосредоточены несовершенства кристаллической решетки. Физическая неоднородность оказывает заметное влияние на стойкость сварного шва против перехода в хрупкое состояние, против межкристаллитной коррозии и на другие свойства.

Первичная кристаллизация сварочной ванны при всех видах дуговой сварки начинается от частично оплавленных зерен основного металла или столбчатых кристаллитов предыдущего слоя (при многопроходной сварке), являющихся готовыми центрами кристаллизации. Видимая граница между металлами исчезает. Условную поверхность раздела между зернами основного металла и кристаллитами шва именуют границей шва или границей сплавления (рис. 2-39).

При сварке аустенитных сталей величина столбчатых кристаллитов в большинстве случаев совпадает с величиной зерна основного металла. При сварке других металлов и сплавов эта закономерность выражена не столь четко.

Процесс первичной кристаллизации металла шва при электрошлаковой сварке не имеет принципиальных отличий от кристаллизации многослойных швов, полученных дуговой сваркой с небольшим перерывом между выполнением слоев. Только в примыкающих к ползунам участках металлической ванны кристаллиты растут перпендикулярно к поверхности охлаждения, прорастая на 10-20 мм в глубь шва. Наличие дополнительных охлаждаемых поверхностей при сварке металла толщиной до 30 мм приводит к радиально-осевой направленности кристаллитов (рис. 2-40). С увеличением толщины свариваемого металла свыше 50 мм кристаллизация основной части шва приобретает обычный характер, и только у ползунов наблюдается специфическая направленность роста кристаллитов (рис. 2-41).

Метал/1 шк

OchoShou металл

Рис. 2-39. Граница сплавления А

Рис. 2-40. Направление роста кристаллитов при электрошлаковой сварке металла толщиной до 40 мм

Первичная кристаллизация металла сварочной ванны, так же как кристаллизация слитков и отливок, носит прерывистый характер. Швы, выполненные сваркой плавлением, имеют слоистое строение (рис. 2-42). Толщина кристаллизационного слоя при дуговой сварке обычно составляет десятые доли миллиметра. При электрошлаковой сварке слой имеет большую толщину и выявляется более четко.

Слоистое строение металла шва, вероятно, обусловлено совместным действием ряда причин, к которым относятся выделение скрытой теплоты кристаллизации металла сварочной ванны, волнообразное поступление металла в хвостовую часть плавильного пространства, наблюдаемые в реальных условиях колебания режима сварки и другие факторы.

Прерывистость характера первичной кристаллизации сварочной ванны влияет еще на один вид ликвации в металле шва, а именно слоистую неоднородность. Кристаллизационный слой состоит из трех характерных участков. Нижний участок обогащен, а верхний обеднен ликвирующими примесями по сравнению со средним участком.

Металл швов, выполненных сваркой плавлением, имеет столбчатое строение (рис. 2-43). Столбчатые кристаллиты отличаются сравнительно крупными размерами и легко различимы при изучении макроструктуры. В зависимости от способа и режима сварки размеры столбчатых кристаллитов изменяются в достаточно широких пределах. Так, при дуговой сварке их размер обычно равен 0,3-3 мм в поперечнике. Для электрошлаковой сварки характерны Значительный объем сварочной ванны и длительное пребывание расплавленного металла при высоких температурах. Соответственно этому размер столбчатых кристаллитов достигает 3-7 мм в поперечнике. Рост кристаллитов происходит нормально к криволинейной поверхности раздела основного металла и металла сварочной ванны, а при многопроходной сварке - к границе

ШШШВВт

Рис. 2-41.

Направление роста кристаллитов при электрошлаковой сварке металла толщиной 100 мм

Рис. 2-42.

Слоистое строение металла шва:

дуговая сварка под флюсом;

б - электрошлаковая сварка