Что касается аустенитного металла швов, то убедительно показано, что в зависимости от их состава, наличия или отсутствия в них легкоплавких соединений эвтектического типа такие швы могут иметь либо подсолидусные горячие трещины (рис. 39, а), образующиеся после полного затвердевания металла, либо надсолидусные (кристаллизационные) (рис. 39, б), образующиеся в твердо-жидком состоянии металла.
Первые из них образуются вследствие наличия повышенного количества вредных примесей (серы, фосфора, кремния, водорода) в твердом растворе пограничных слоев вторичных границ кристаллитов с повышенной разрыхленностью решетки этих границ, обуславливающих низкую их высокотемпературную пластичность и прочность.
Рис. 39. Горячие подсолидусные трещины в шве типа 06Х23Н28МЗДЗТ, содержащем 0,35 Si (а) и горячие надсолидусные (кристаллизационные) трещины в шве типа 05Х21Н24М3Д3С2Б, содержащем 1,5% Si и 0,5% Nb (б).
Для предотвращения таких трещин швы, кроме снижения содержания отмеченных вредных примесей, легируют молибденом, вольфрамом, марганцем или лучше марганцем совместно с азотом, применяют электромагнитное воздействие на дугу и сварочную ванну, выполняют сварку на скорости 10 м/ч и менее.
Момент возникновения горячих трещин в аустенитных швах, в которых образуется эвтектическая фаза, зависит от температуры плавления этой фазы и от величины и темпа нарастания растягивающих сварочных напряжений и деформаций в металле шва.
В швах, содержащих значительные количества эвтектических соединений с низкой температурой затвердевания, намного ниже температуры затвердевания основы металла шва, трещины образуются в момент пребывания его в твердо-жидком состоянии.
В случае же, когда образующаяся эвтектическая фаза имеет сравнительно высокую температуру затвердевания (например, 1114°С в швах 03Х8Н20С6 на стали такого же состава), лишь немногим ниже температуры кристаллизации основы металла (1337—1289°С), то при малых значениях растягивающих продольных деформаций металла шва, например при дуговой сварке сравнительно тонких широких пластин продольным швом с полным проваром, горячие трещины в нем образуются после полного затвердевания, в том числе и после затвердевания эвтектической фазы.
При высоких значениях растягивающих деформаций металла таких швов (при сварке узких пластин) горячие трещины в них образуются во время пребывания металла в твердо-жидком его состоянии.
Для предотвращения таких горячих трещин прибегают к усложненной технологии сварки — применению электромагнитного перемешивания металла сварочной ванны и сварке на скоростях менее 10 м/ч, а также вводят в металл шва модификаторы, измельчающие его структуру.
При сварке углеродистых и низколегированных конструкционных сталей, чтобы предотвратить образование горячих трещин, чаще швы легируют марганцем, применяя для этого соответствующую проволоку и флюс.
На рис. 40 схематически показана зависимость между содержанием углерода, серы и марганца и образованием горячих трещин в сварных угловых швах, выполняемых на конструкционной стали автоматической сваркой под флюсом АН-348.
При увеличении содержания серы и углерода для предотвращения образования горячих трещин в швах на конструкционных сталях необходимо повысить содержание марганца. Увеличение содержания углерода более 0,16% в таких швах даже при содержании до 0,03% серы затрудняет предотвращение образования горячих трещин.
Для этого необходимо уменьшить погонную энергию сварки, повысить коэффициент формы шва (отношение его ширины к глубине проплавления), выполнять сварку на режимах, обеспечивающих направление роста кристаллитов так, чтобы их оси имели бы максимальный изгиб в центре шва, т. е. минимальный угол направления кристаллитов с осью центра шва по его длине.
Рис. 40. Влияние марганца и серы при различном содержании углерода на склонность угловых низколегированных швов к горячим трещинам (коэффициент формы шва 1,5).
При электрошлаковой сварке горячие трещины образуются преимущественно в центре шва при значительной глубине металлической ванны, обусловленной применением повышенного сварочного тока (большой скорости подачи электрода) и взаимно встречным направлением кристаллитов, растущих от противоположных стенок свариваемого металла к центру шва (рис. 41). Значительно более трещиноустойчивым является электрошлаковый шов с макроструктурой, показанной на рис. 35, а.
То же самое относится и к швам, выполняемым дуговыми методами сварки, причем как углеродистых низколегированных и среднелегированных конструкционных сталей, так и высоколегированных.
Рис. 41. Горячие трещины в сварных швах, выполненных электрошлаковым способом при повышенной скорости подачи электродной проволоки: а — разрез вдоль шва, б — разрез поперек шва.