Прерывистость процесса кристаллизации металла ванны X основная причина слоистости шва (рис. 138). Швы малого селения имеют четкое и тонкое столбчатое слоистое строение (рис. 139/а, б). В швах же большого сечения слои кристаллизации выявляются

Рис. 139. Столбчатость и слоистость строения сварного шва.

лишь вблизи линии сплавления с основным металлом. В средней части таких швов кристаллизационные слои выражены слабо и могут не наблюдаться.

Исследование кристаллизационных слоев с помощью радиоактивных изотопов выявило их химическую неоднородность. Установлено, что такой слой имеет три характерных участка (рис. 140):

1)нижний начальный участок / с наибольшим содержанием ликви-рующих примесей;

2)средний наиболее широкий участок 2, где содержание лидирующих примесей отвечает их среднему содержанию в шве;

3)верхний участок 3 с малым содержанием ликвирующих примесей.

Наличие трех участков в кристаллизационном слое объясняется существованием поверхности раздела твердой и жидкой фаз и, в связи с этим, развитием диффузионных процессов. При кристаллизации 1-го слоя его участок / образуется в результате затвердевания тонкой жидкой прослойки металла, которая непосредственно прилегает к основному металлу и успевает обогатиться ликвирую-

Рис. 140. Схема химической неоднородности по слоям кристаллизации в сварных швах.

щими примесями, перешедшими из него. Участок 2 слоя кристаллизуется уже из жидкого металла исходного состава и относительно однороден. Наконец, при замедлении или прекращении роста кристалла на границе раздела твердой и жидкой фаз развивается гетерогенная диффузия, обогащающая пограничный объем жидкости ликвирующими примесями и обедняющая ими участок 3 слоя. Последующие слои формируются аналогично рассмотренному.

Очевидно, что в ходе образования кристаллизационных слоев действуют законы избирательной кристаллизации. При этом диффузионная кристаллизация протекает в той части объема металла, которая находится вблизи границы сплавления, а в центральной части преобладает бездиффузионная кристаллизация.

Изучение первичной структуры столбчатого кристаллита выявляет его дендритное строение, свойственное литому металлу вообще. Естественно, чем крупнее столбчатый кристалл, тем более развиты и его дендриты. Обычно у корня шва (первый кристаллизационный слой) расположены более мелкие дендриты, имеющие оси только первого порядка. В верхней же части шва дендриты более развиты: они имеют оси второго, а иногда н третьего порядка. Дендритное строение кристаллов свидетельствует о наличии в них так называемой дендритной неоднородности, т. е. разницы в составе их центральной и наружной частей. По мере продвижения фронта растущих столбчатых кристаллов в глубь металла оставшаяся жидкость, или маточный раствор, обогащается и насыщается различными примесями. Поэтому центральный участок шва и его периферия могут иметь различный состав. Оба эти явления подробнее будут рассмотрены при изучении ликвации в сварных швах.

Кристаллизация металла сварочной ванны второго типа. Схематическое продольное и поперечное сечение кристаллизующегося металла в сварочной ванне второго типа показано на рис. 104. Для ванны подобного типа характерны такие особенности кристаллизации:

1)большой объем и замедленное охлаждение металла, приводящие к увеличению размеров кристаллов;

2)равномерный теплоотвод по всему периметру шва, определяющий радиально-осевое направление роста кристаллов;

3)непрерывное наличие над растущими кристаллитами значительного объема жидкого металла и шлака, облегчающее отделение от металла неметаллических включений.

Растущие кристаллы также имеют столбчатое, слоистое и дендритное строение. Растут они нормально к поверхности охлаждения в направлении, обратном теплоотводу. В рассматриваемом случае столбчатые кристаллы имеют две зоны (рис. 141): зону 1 крупных кристаллов, расположенных по периметру, и зону 2 относительно тонких кристаллов, развивающихся в центральной части шва. Иногда непосредственно у зоны сплавления наблюдается еще и узкая полоска очень мелкого зерна. Крупные и тонкие столбчатые кристаллы имеют некоторый дополнительный изгиб в сторону теплового