Кристаллизация сварочной ванны

Под кристаллизацией понимается процесс перехода металла сварочной ванны из расплавленного состояния в твёрдое.

Если рассмотреть состав металла сварочной ванны то в одной из части на которую действует дуга, металл находится в расплавленном состоянии. При этом происходит его активное перемешивание, выделение шлака на поверхность, протекают химические реакции. В другой ее части, более «холодной», начинает протекать процесс кристаллизации, который начинается с образования центров кристаллизации. Этими центрами, как правило, являются тугоплавкие включения, входящие в состав стали, как примеси. От этих центров начинается рост дендритов, которые имею древовидное строение (структуру), в направлении обратном тепло отводу в основной металл. В начале роста они имеют правильную форму и одинаковый размер, затем одни дендриты растут более ускоренно, другие более замедленно и кроме того, мешают расти друг другу. В итоге, дендриты приобретают неправильную форму и неодинаковый размер и получили название столбчатых кристаллов или кристаллитов.

Размер кристаллитов зависит от скорости охлаждения. При большой скорости охлаждения будет образовываться большое число центров кристаллизации и размеры кристаллитов будут небольшие. При малой скорости охлаждения и малом числе центров кристаллизации, размеры кристаллитов будут большими.

Направление роста столбчатых кристаллов влияет на химическую однородность шва и в итоге на механические свойства.

При узких швах, с глубоким проваром, кристаллиты растут практически перпендикулярно оси шва и те неметаллические включения, шлаки и газы, которые образуются в ходе химических реакций, не успевая выделиться, сталкиваются в средину шва, образуя химическую неоднородность. Из-за недостаточной металлической связи между кристаллитами в средине шва возможно образование трещин.

При широких швах, с неглубоким проваром, кристаллиты растут практически параллельно оси шва и возможно запутывание между ними неметаллических включений, шлаков и газов. Как и в предыдущем случае, металлическая связь между кристаллитами ослабевает и возможно, за счет внутренних напряжений, образование межкристаллических трещин.

В том случае, когда ширина шва примерно равна глубине проплавления, а лучший вариант, когда глубина проплавления больше ширины шва в 1,5- 1,7 раза, кристаллиты растут под углом к оси шва и большую часть загрязнений, при своём росте, выталкивают на поверхность шва. Швы получаются более плотными, химически однородными, с более высокими механическими свойствами.