При дуговой сварке столб дуги оказывает давление на поверхность сварочной ванны. Это давление приводит к вытеснению жидкого металла из-под основания дуги и к погружению столба дуги в основной металл и тем самым к увеличению глубины проплавления. Давле­ние дуги, пропорциональное квадрату тока, протекаю­щего через дугу, может быть увеличено путем повышения плотности тока.

При ручной сварке толстопокрытыми электродами на средних режимах глубина погружения столба дуги со­ставляет 3—4 мм, а при сварке под флюсом на средних режимах 8—10 мм.

Жидкий металл, вытесняемый из головной части пла­вильной зоны, по мере передвижения дуги отбрасывается в ее хвостовую часть. В головной части плавильной зоны остается углубление, поверхность которого покрыта тон­кой пленкой расплавленного металла, удерживаемого силами поверхностного натяжения.

По мере удаления источника теплоты в хвостовой части плавильной зоны происходит интенсивный отвод теплоты в массу холодного металла сва­рочной ванны, в процессе кото­рой по границам расплавления образуются общие кристаллиты основного и наплавленного ме­талла (рис. 56). Кристаллиты обычно растут в направлений, перпендикулярном к поверх­ности теплоотвода, и получают­ся тем крупнее, чем крупнее оплавление зерна в основном металле на границе раздела с жидкой ванной.

Первичная кристаллизация металла шва, т. е. переход ме­талла шва из жидкого состоя­ния в твердое, так же как и кристаллизация слитков и отливок, протекает периоди­чески, с остановками, что обусловлено периодичностью охлаждения. После охлаждения первого слоя происходит

некоторая задержка в связи с замедленным охлаждением из-за ухудшения теплоотвода и выделения скрытой теп­лоты кристаллизации первого слоя. •

Образовавшийся первый слой кристаллитов (для стали по перемещающейся изотермической поверхности 1500 °С) имеет форму, соответствующую поверхности теплоот­вода (рис. 57). После некоторой задержки вследствие
непрекращающегося теплоотвода в глубь основного ме­талла начинает кристаллизоваться второй слой и т. д. Так периодически и происходит кристаллизация по всему продольному и поперечному сечению металла шва.

Толщина кристаллизационных слоев может колебаться от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров в зависимости от объема ванны жидкого металла и усло­вий теплоотвода. Чем сильнее теплоотвод и чем меньше объем жидкой ванны, тем меньше толщина слоя. Наиболь­шая толщина кристаллизационных слоев наблюдается в металле шва, выполненного электрошлаковым способом.

Закристаллизовавшийся металл однопроходного шва имеет столбчатое строение, что обусловлено тем, что в на­правлении отвода теплоты, т. е. перпендикулярно границе сплавления, кристаллит растет быстрее, чем в любом другом направлении.

При многослойной сварке сварные швы имеют транс­кристаллическую макроструктуру. Она характерна тем, что кристаллы как бы прорастают из слоя в слой. Осо­бенно часто это проявляется, когда металл шва не претер­певает перекристаллизации при охлаждении, например у однофазных аустенитных сталей. Но если перед наложе­нием каждого последующего слоя шва нижележащий слой подвергнуть интенсивному проковыванию, то макро­структура теряет свой транскристаллический характер.

Ось каждого кристаллита обычно не является прямой, а несколько изогнута в направлении вершины шва. На­правленность роста кристаллитов зависит от формы по­верхности раздела жидкого и твердого металла, которая в свою очередь зависит ог режима и способа сварки. С увеличением сварочного тока глубина провара увеличи­вается, а отношение ширины валика к глубине провара (коэффициент формы провара) уменьшается, вследствие чего кристаллиты металла ванны будут расти от поверх­ности основного металла навстречу друг другу (рис. 58, а).

При изменении режима в направлении увеличения коэффициента формы провара могут создаваться условия, когда кристаллиты будут расти в направлении вершины шва (рис. 58, б). Такие швы обладают большей стойкостью против образования трещин, чем узкие швы.

Направление роста кристаллитов металла шва зависит также от интенсивности теплоотвода от поверхности сва­рочной ванны. Интенсивный теплоотвод с поверхности ванны, наблюдаемый при сварке плавящимся электродом

в защитном газе, создает такие условия, при которых кристаллиты растут, мало изгибаясь в направлении по­верхности ванны. При сварке под флюсом отвод теплоты с поверхности сварочной ванны менее интенсивен, кри­сталлиты растут в направлении этой поверхности и имеют более изогнутую форму. При электрошлаковой сварке металлическая ванна, имеющая значительный объем, испы-

тывает непрерывный нагрев сверху и интенсивный тепло­отвод с боков в основной металл, охлаждаемые ползуны и снизу в стороны охлаждающегося металла шва. Поэтому

швы, сваренные электрошлаковым процессом, характе­ризуются радиально-осевым направлением роста столбча­тых кристаллитов (рис. 59).

Уменьшение скорости охлаждения при сварке под флюсом и электрошлаковой сварке по сравнению с ручной сваркой создает благоприятные условия для удаления газов из металла шва и всплывания шлаковых включе­ний. В то же время при шлаковой сварке большой объем сварочной ванны и малая скорость охлаждения металла
шва приводят к значительному увеличению размеров столбчатых кристаллитов. Они настолько велики, что легко различаются невооруженным глазом. Но вследствие малого содержания газов и шлаковых включений электро - шлаковые швы на углеродистых сталях имеют удовлетво­рительные свойства. Для измельчения структуры металла сварных швов в жидкий расплав вводят элементы-модифи­каторы: алюминий, титан, ванадий и др. При электро - шлакопой сварке измельчить структуру можно также с помощью ультразвука или механической вибрации сварочной ванны.