Свар- . ные швы ослабляются также наличием зерен, зон напряжений и тре­щин, появляющихся при остывании и кристаллизации расплавленно­го металла. Зерна образуются всегда при кристаллизации металла, что неизбежно при переходе его из жидкого состояния в твердое. Кристаллизация металла сварочной ванны начинается в зоне сплав­ления от твердых кромок свариваемых деталей (рис. 4.2). Началом кристаллизации являются не полностью оплавленные зерна на кром­ках металла. Они наращиваются затвердевающими частицами метал­ла сварочной ванны. Из сварочной ванны появляются зародыши но-
вьцс растущих зерен. При затвердевании металла к первоначально об^зовавшимся зародышам зерен присоединяются новые зерна, и происходит их рост.

Кристаллизация металла сварных швов имеет прерывистый ха­рактер. Под действием сил, появляющихся в процессе сварки и кри­сталлизации, металл сварочной ванны постоянно находится в движе­нии. Эти силы придают металлу шва слоистый характер при любых условиях сварки (рис. 4.3). Чем сильнее теплоотвод и меньше объем жидкого металла в сварочной ванне, тем тоньше кристаллизацион­ный слой.

Находящиеся в жидком металле примеси и загрязнения имеют бо­лее низкую температуру затвердевания, чем сталь, они располагаются по границам зерен, ослабляя их сцепление между собой. Форма шва влияет иа расположение неметаллических включений. В широких и неглубоких швах эти включения вытесняются наверх н могут быть легко удалены; в узких и глубоких швах загрязнения часто остаются между зернами. При попадании в металл сварного шва легкоплавких загрязнений, с температурой плавления ниже, чем у стали, в охлаж­даемом шве могут появиться горячие трещины. Они возникают под действием растягивающей усадочной силы при охлаждении металла.

Трещины могут также возникать в металле из-за действия водорода. Атомарный водород соединяется в молекулы и создает большие Дав­ления внутри зерен, что приводит к образованию трещин. Трещины могут возникать в металле под влиянием мартенситного превраще­ния. Мартенсит обладает меньшей удельной плотностью, что ведет к созданию дополнительных внутренних напряжений между частицами металла, вызывая появления трещин. Трещины могут возникать и от выпадения из растворов частиц сульфидов, нитридов, закиси железа и др., что тоже является причиной внутренних напряжений.

Особенно сильно подвержены отрицательным воздействиям при сварке изделия из чугуна. Низкая пластичность чугуна приводит к появлению трещин при напряжениях, достигающих временного со­противления. Эти напряжения могут быть внутренними, обусловлен­ными неравномерностью нагрева и охлаждения деталей из чугуна. При высоких скоростях охлаждения проявляется склонность чугуна к закаливанию с образованием закалочных структур. Кроме повы­шенной твердости и хрупкости, закалочные структуры вредны еще и потому, что их образование сопровождается появлением закалочных напряжений и образованием трещин. Способность чугуна к отбели - , ванию при быстром охлаждении места сварки обычно приводит к об­разованию тонкой отбеленной прослойки на границе сварного шва и металла изделия. Эта отбеленная прослойка имеет низкую пластич­ность по сравнению с другими участками сварного соединения, и под влиянием растягивающей силы, возникающей. при охлаждении сварного соединения, она вместе с наплавленным металлом откалы­вается от основного металла или вызывает трещину по границе отбе­ленной прослойки в основном металле. Чтобы получить достаточное качество сварных соединений, сварка чугуна проводится по специ­альным методикам, о чем подробно будет сказано дальше. В быто­вых условиях это всегда вызывает определенные трудности и далеко не всегда дает положительный результат в смысле качества. При вос­становлении сваркой чугунные детали могут впоследствии разру­шиться еще в более значительной степени. Поэтому по возможности чугунные детали следует стремиться заменять на стальные.

Строение сварного соединения. Соединение, выполняемое свар­кой плавлением, состоит из четырех зон: 1) металл шва; 2) зона сплав­ления; 3) зона термического влияния; 4) основной металл (рис. 4.4),

Основной металл — металл, подвергающихся сварке деталей. Зона термического влияния — участок основного металла, не подвергший­ся расплавлению, структура и свойства которого изменились в резуль­тате нагрева и пластической деформации при сварке. Зона сплавле­ния — металл, находящийся на границе основного металла и шва. Ме­талл шва — сплав, образованный переплавленным основным и наплавленным металлом. Поверхность сварного соединения, выпол­ненного покрытым электродом, покрыта слоем затвердевшего шлака, состоящего из выделений покрытия электрода и всплывших на по­верхность загрязнений металла.

Наиболее критичным местом в сварном соединении является зо­на термического влияния, ширина которой составляет 5...6 мм при ручной сварке, в ней еще различают шесть дополнительных участ­ков. На стыке между основным металлом и швом находится тонкий переходной участок, относящийся к зоне термического влияния, — участок неполного расплавления. Роль этого участка очень важна: здесь происходит сплавление — образование металлической связи между металлом шва и свариваемой деталью. Бели между зернами имеется пленка окислов или осажденных газов, то в этом месте не произойдет прочной металлической связи и будут возникать трещи­ны в зоне сплавления. Сразу за этим участком находится еще более критичное место — участок перегрева. Для него характерен значи­тельный рост размеров зерна. Перегрев снижает механические свой­ства стали, в основном пластичность и стойкость к ударным нагруз­кам. Эти свойства тем хуже, чем больше размер перегретых зерен и шире участок перегрева. Перегретый металл является самым сла­бым местом в сварном соединении, поэтому здесь он чаще всего и разрушается.

/

Таким образом, если по прочности соединений, работающий на статическую нагрузку, сварка может быть сопоставима с прочностью основного металла, то в случае ударной нагрузки сварные соедине­ния находятся в значительно менее выгодном положении. В общем случае прочность сварного соединения зависит от многих факторов: качества наложения шва и его чистоты, прочности металла, характе­ра прилагаемых нагрузок и температурного режима работы сварен­ных деталей...