Рис. 6-27. Цепочка сульфидных вклю- YlMf../fi. ЩЗ-* чений и сульфидная плен- * -т** * . г* W ъ

ка, послужившая причиной - /

возникновения кристаллизационной трещины; X 1500

ганцевых сульфидов. Повышение содержания углерода в металле шва заметно увеличивает размер сульфидных включений.

В зависимости от степени раскисленности металла сварочной ванны образуются суль- ,*5 *!.-.г л...*-> фидные включения трех типов. При окисленном металле, а также в присутствии марганца, хрома и кремния преимущественно образуются шаровидные оксисульфидные включения. Под влиянием небольших добавок сильных раскислителей (алюминия, титана, циркония и др.) сульфидные включения приобретают вид пленок и цепочек, расположенных по границам кристаллитов металла шва. Введение алюминия и циркония в количествах, больших необходимого для полного раскисления стали, может вызвать превращение пленок и цепочек во включения угловатой неправильной формы.

Наиболее опасными в отношении образования кристаллизационных трещин в сварных швах являются сульфидные пленки и цепочки. На рис. 6-27 показаны расположенные по границам кристаллитов низкоуглеродистого шва сульфидная пленка и цепочка сульфидных включений. Сульфидная пленка дала начало кристаллизационной трещине.

В связи с большей растворимостью серы в жидкой стали по сравнению с кислородом в процессе охлаждения и затвердевания металла сварочной ванны сульфидные включения образуются при более низких температурах, чем оксидные. Поэтому сера может выделяться на уже существующих оксидных включениях с образованием оксисульфидов. Аналогично образуются карбосульфид-ные и другие сложные сульфидные включения.

Фосфорсодержащие включения. Содержание фосфора в сварных швах на стали, как правило, невысокое - не больше 0,04- 0,06%. В швах на углеродистых и низколегированных сталях фосфор преимущественно находится в твердом растворе, а не в виде неметаллических включений. Это обусловлено низкой концентрацией фосфора в металле швов и относительно высокой его растворимостью в феррите. В связи с низкой растворимостью фосфора в аустените фосфорсодержащие включения значительно чаще встречаются в швах с аустенитной структурой. В этих включениях фосфор может находиться в виде фосфидов, фосфидных эвтекуик И фосфатов.

Рис. 6-28. Фосфидная эвтектика и горячая трещина на границе зерен основного металла; X 800

Фосфидные включения имеют червевидную форму и располагаются по границам кристаллитов металла шва. В зависимости от направления сечения на шлифах они имеют вид межкристаллитных прослоек или включений округлой формы. Фосфидные эвтектики находятся в виде прослоек по границам кристаллитов металла шва или зерен основного металла в околошовной зоне. Фосфидная эвтектика в зоне термического влияния марганцевой аустенитной стали Г13, показанная на рис. 6-28, расположена на границе двух зерен, между которыми проходит горячая трещина.

Вредное влияние фосфора на свойства сварных соединений заключается в снижении высокотемпературных характеристик металла щва вследствие ослабления межкристаллитных границ (при выделении легкоплавких включений) и в ухудшении механических свойств швов при нормальной и низких температурах. Последнее обусловлено снижением пластичности металла в результате растворения фосфора и наличием на границах кристаллитов хрупких неметаллических прослоек. Так как растворимость фосфора в аустените ниже, чем в феррите, опасность образования кристаллизационных трещин и снижения механических свойств металла щва значительно больше для швов с аустенитной структурой.

Для среднелегированных сталей вредное влияние фосфора и серы в отношении образования кристаллизационных трещин усиливается тем, что места ликвации этих элементов в металле щва совпадают. Обогащенные фосфором участки феррита лежат по границам первичных кристаллитов, где скапливаются и сульфидные включения.

Нитридные включения. В зависимости от надежности защиты зоны сварки от воздуха содержание азота в металле шва составляет 0,01-0,1%. Нитридные включения в сварных швах встре-

чаются значительно реже, чем оксидные или сульфидные. Это обусловлено низким содержанием азота в швах и меньшей стойкостью нитридов при высоких температурах. Образование отдельной нитридной фазы в жидкой стали возможно лишь в присутствии сильных нитридообразующих элементов (титана, циркония). В основном нитридные включения выделяются в процессе охлаждения или термообработки сварных соединений. Для их образования необходимо наличие в металле шва сравнительно высокой концентрации азота, что возможно, например, при сварке открытой дугой без защиты или же при повышенном содержании азота в основном металле.

Обычно в связи с быстрым охлаждением и низкой концентрацией азот в металле швов фиксируется в виде твердого раствора. Если этот твердый раствор перенасыщен азотом, то при работе сварных соединений в нормальных условиях или при нагреве из него выделяются включения нитридов. Этим обусловлено так называемое старение металла шва. Ввиду малой скорости диффузии азота в твердом металле этот процесс проходит медленно.

В швах низкоуглеродистой стали с повышенным содержанием азота иногда обнаруживаются иголки нитрида железа Fe4N и железонитридный эвтектоид, так называемый браунит. Нитридные иголки наблюдаются лишь в швах, сваренных на воздухе голым электродом или электродом с тонким покрытием.

§ 6-6. Прочие дефекты сварных соединений

Шлаковые каналы. Дефект представляет собой заполненную шлаком несплошность (рис. 6-29, а, б). Канал, как правило, не выходит на поверхность шва. Ширина канала совпа-даетсширинойзазорамежду свариваемыми кромками (рис. 6-29, а). Расстояние между дефектами во многих случаях равно или кратно длине сварочной ванны. Образуются шлаковые каналы главным образом при сварке под флюсом в первом проходе двусторонних стыковых швов, выполняемых на флюсовой или флюсомедной подкладках. Иногда наблюдаются при сварке односторонних швов с полным проваром кромок, значительно реже - при сварке угловых швов.

Вероятность образования дефектов возрастает с увеличением зазора. При зазоре до 3 мм дефекты подобного типа наблюдаются весьма редко. После наложения шва со второй стороны канал при малом его проникновении в толщу первого прохода полностью заваривается, а при более глубоком залегании частично остается в металле шва в виде округлого (рис. 6-29, в) или вытянутого по высоте слоя шлакового включения.

Механизм образования шлаковых каналов еще недостаточно ясен, что затрудняет изыскание рациональных путей их устранения. На практике для снижения вероятности появления шлаковых каналов обычно прибегают к тем же средствам, что и для пре-