» » Структура и свойства сварных соединений
18.01.2016

Сварное соединение, выполненное сваркой плавлением, включает сварной шов, образующийся в результате кристаллизации сварочной ванны; зону сплавления, в которой металл при нагреве находился в твердожидком состоянии, зону термического влияния, где металл в твердом состоянии подвергался тепловому влиянию, вызывающему изменение структуры и свойств.
Литая юна (сварной шов) характеризуется литой структурой первичной кристаллизации, тип которой зависит от условий кристаллизации шва.
При сварке плавлением, согласно теории гетерогенного зародышеобразования, хорошее смачивание подложки расплавом способствует образованию центров кристаллизации, поскольку подложка содержит частично расплавленные зерна основного металла.
В зависимости от формы и расположения кристаллитов затвердевшего металла различают равноосную, столбчатую и дендритную структуру. При равноосной структуре зерна обычно не имеют определенной ориентации. Такая структура характерна для металла шва при его довольно быстром охлаждении, а столбчатая и дендритная структура — для швов при медленном охлаждении.
Направление роста кристаллов связано с интенсивностью отвода теплоты от ванны жидкого металла. Кристаллы растут перпендикулярно к границе сплавления в направлении, противоположном потоку тепла.
Существуют различные классификации сварочных макроструктур, наблюдаемых в процессах сварки плавлением. Практически все макроструктуры характеризуются наличием столбчатой зоны, которая может дополняться центральной зоной равноосных зерен.
Несмотря на то что расплав металла при сварке находится в турбулентном движении, существует неподвижный слой жидкого металла по краям ванны. Эта область характеризуется свойствами, отличными от свойств большей части сваренного металла, и может являться местом возникновения микротрещин, а также повышенной коррозионной чувствительности.
Jono термического влияния (ЗТВ) — область металла, примыкающая к сварному шву, в пределах которой вследствие теплового воздействия источника нагрева протекают фазовые и структурные превращения без оплавления. ЗТВ, как правило, имеет отличную от основного металла микроструктуру.
В ЗТВ выделяют околошовную зону (ОШЗ). Она располагается непосредственно у сварного шва и содержит крупные, в том числе оплавленные, зерна.
Поверхность сплавления отделяет металл шва с литой структурой от ЗТВ, нмеюшей структуру проката, литую или рекристаллизованную структуру. На металлографичеких шлифах сварного соединения она при небольших увеличениях наблюдается как линия или граница сплавления (ЛC).
Зона сплавления (ЗС) — это зона сварного соединения, где происходит сплавление наплавленного и основного металла. Распределение элементов по ширине ЗС определяется процессами перемешивания наплавленного и основного металла, диффузионного перераспределения элементов между твердой и жидкой фазами, а также в твердой фазе на стадии охлаждения.
При сварке металл в зоне термического влияния на границе литой зоны нагревается до температуры солидуса, в результате чего возможно оплавление сегрегационных зон, включений с низкой температурой плавления.
Основной металл не претерпевает изменений при сварке, однако превращения в ЗТВ зависят от его структуры, определяемой способом обработки металла (прокатка, литье, ковка, деформирование в холодном состоянии) и последующей термической обработкой (отжиг, нормализация, закалка с отпуском, закалка со старением и т.п.).
В зоне термического влияния металл подвержен неоднородному термоциклированию, в результате которого формируются структуры, характеризующиеся различными размерами зерен; степенью распада твердого раствори, коагуляции частиц избыточной фазы и рекристаллизацией при сварке деформированною металла.
Анализ разрушений сварных конструкций показывает, что многие из них происходят по околошовной зоне. Это объясняется тем, что сварной шов обычно более мощный, чем основной металл, a переходная зона ослаблена.
Зона термического влияния для различных видов сварки (дуговой, плазменной и электрошлаковой) имеет неоднородную структуру и значительные остаточные напряжения. Резкие изменения температуры в околошовной зоне приводят к существенным пластическим деформациям.
Сварка с помощью импульсных и модулированных источников сварочного тока позволяет уменьшить зону термического влияния, улучшить структуру металла шва, снизить количество дефектов.
На прочность сварного соединения влияют трещины, которые могут образовываться из-за градиента температур и возникающих в результате этого внутренних напряжений.
Элементы, расширяющие интервал между линиями ликвидуса и солидуса, повышают чувствительность к горячим трещинам, которые возникают главным образом в самом шве в момент его кристаллизации, когда шов находится в полутвердом состоянии. Так, углерод в сталях расширяет интервал кристаллизации и тем самым способствует образованию горячих трещин.
Холодные трещины в сталях возникают в результате мартенситного превращения. Поэтому легирующие элементы, способствующие переохлаждению аустенита до температуры мартенситного превращения в зонах, нагретых выше критической точки, способствуют образованию холодных трещин.
Углерод увеличивает объемный эффект мартенситного превращения и поэтому усиливает склонность стали к образованию холодных трещин.
В связи с этим содержанке углерода обычно лимитируют определенным значением не более 0,22—0,25 %.
Легированием литой зоны сварного шва различной по составу электродной проволокой можно формировать оптимальную структуру и создать шов, равнопрочный с основным металлом.
Динамические воздействия на сварочную ванну тепловым и электромагнитными ударами резко снижают количество пор, существенно повышают качество сварного соединения, уменьшают количество дефектов.
Для устранения неблагоприятного воздействия операции сварки сварные изделия подвергают термообработке (отпуску для снятия напряжений, нормализации). Однако из-за больших размеров сварных изделий осуществить это часто весьма затруднительно.
Строительная сталь предназначается для изготовления строительных конструкций — мостов, газо- и нефтепроводов, ферм, котлов и т.п. Все строительные конструкции, как правило, являются сварными, и свариваемость — одно из основных свойств строительной стали. Поэтому строительная сталь — это низкоуглеродистая сталь с содержанием углерода < 0,22—0,25%. Повышение прочности достигается легированием обычно дешевыми элементами — марганцем и кремнием. В этом случае сталь называют низколегированной. При низком содержании углерода предел текучести составляет до 400—450 МПа (предел прочности до 500— 600 МПа), а при использовании термической обработки и более.
При сварке легированных сталей химический состав металла сварного шва, обеспечивающий заданную структуру, определяют с помощью структурной диаграммы (рис. 19.7) по эквивалентным концентрациям хрома и никеля:
Структура и свойства сварных соединений

Поскольку формирование структуры в значительной мере зависит от условий кристаллизации, а структурная диаграмма разработана применительно к ручной дуговой сварке, то в большинстве случаев по структурной диаграмме возможна только качественная оценка,
Структура и свойства сварных соединений

Диаграмма Шеффлера дает представление о характере структуры сварного шва в зависимости от содержания в нем хрома и никеля, Согласно этой диаграмме существуют четыре области легирования, соответствующие неудовлетворительным свойствам металла шва (см. рис. 19.7):
— при высоком содержании хрома ферритная структура металла шва с крупным зерном характеризуется низкой вязкостью разрушения при комнатной температуре;
— мартенситная или мартенситосодержащая структура сварного шва склонна к образованию закалочных трещин;
— ферритная, аустенито-ферритная или аустенитная структура сварного шва с высоким содержанием хрома охрупчивается вследствие выделения σ-фазы;
— чисто аустенитная структура шва характеризуется склонностью к образованию кристаллизационных горячих трещин.
Важная роль диаграммы заключается и прогнозировании структуры сварного шва и его свойств при сварке легированных сталей присадочными материалами с иной концентрацией легирующих элементов.
При сварке сталей, поскольку состав металла шва и состав основного металла различаются по карбидообразующим элементам, возможно перераспределение углерода, обладающего повышенной диффузионной подвижностью по сравнению с другими компонентами стали.
Это может привести к формированию в области границы сплавления диффузионных прослоек: обезуглероженной со стороны металла, имеющего пониженное содержание карбидообразующих элементов, и с повышенным содержанием углерода со стороны металла, имеющего большое содержание карбидообразующих элементов.
Для предотвращения развития указанных процессов целесообразно использовать комплексное легирование металла шва хромом, молибденом, ванадием, вольфрамом, чтобы градиент концентраций по каждому элементу в зоне сплавления был минимальным.
При сварке сталей к термообработанном состоянии прочность сварного соединения определяется прочностью зоны разупрочнения. Более высокие свойства сварного соединения получают, используя режимы с малой погонной энергией.
Режимы сварки с заведомо большой погонной энергией способствуют более интенсивному формированию структур перегрева.
В неблагоприятных условиях сварка сталей может привести к повышению склонности к межкристаллитной коррозии. При нагреве металла в зоне термического влияния вблизи литой зоны до 550—650 °С на границах зерен образуются карбиды хрома, а приграничные области, как экспериментально установлено, обедняются хромом, что сопровождается падением коррозионной стойкости приграничных областей в узкой зоне сварного шва, развитием ножевой коррозии. Поэтому при изготовлении сварных конструкций, предназначенных для работы в агрессивных средах, используют хромоникелевые стали, стабилизированные титаном или ниобием.
При оптимальном соотношении Ti/C (Nb/C) - 10—17 в стабилизированных сталях углерод практически полностью связан и термодинамически прочные карбиды MeC, так что его содержание в аустените не превышает растворимости при комнатной температуре. В связи с этим выделение на границах зерен частиц карбида хрома и обеднение хромом приграничных областей в зоне термического влияния при сварке предотвращается, повышается стойкость к ножевой коррозии.
Ножевая коррозия не наблюдается также при сварке сталей, содержание углерода я которых не превышает 0,02—0,03 %.
Структура основного металла определяется технологией получения заготовок перед сваркой.
В зависимости от способа изготовления, режимов обработки давлением и термической обработки структура основного металла имеет дефекты различного вида.
Состояние основного металла отражается в первую очередь на склонности к меж кристаллитным разрушениям металла околошовной зоны. Как правило, исходный мелкозернистый металл менее подвержен разрушениям при сварке.
Структура основного металла оказывает заметное влияние на склонность к образованию горячих трещин в сварном соединении.
При сварке литых сплавов металл шва менее стоек против образования трещин, чем при сварке деформированных сплавов. Это связано в первую очередь с более крупнозернистой структурой шва при сварке литого сплава по сравнению с горячекатаным деформированным сплавом.
Большое значение имеет также вид термической обработки основного металла, предшествующий сварке. Так, при сварке сплавов ниобия в состоянии наклепа растрескивание сварных швов наблюдается чаще, чем при сварке тех же сплавов после отжига на снятие напряжений. Закалка и дисперсионное твердение никелевых сплавов, термически упрочняемых сплавов алюминия уменьшают стойкость металла сварных швов против образования горячих трещин по сравнению с металлом, не подвергнутым термической обработке.
При сварке плавлением металлов, в которых нет полиморфных превращений, разупрочнение зоны термического влияния неизбежно, поскольку в результате сварочного нагрева плотность дефектов в этой зоне уменьшается по сравнению с плотностью дефектов основного металла.
Зона термического влияния представляет собой область с неоднородной структурой, в которой деформированный металл претерпевает возврат и рекристаллизацию.
При сварке крупнозернистого рекристаллизованного металла или отливок в зоне термического влияния происходит рост зерна, или вторичная рекристаллизация.
Если свариваемый металл является полиморфным или легированным сплавом, то наряду со структурными изменениями в зоне термического влияния наблюдаются также фазовые превращения. Степень развития этих процессов в зоне термического влияния зависит от максимальной температуры нагрева слоя, длительности нахождения при температуре, превышающей температуру фазового или структурного превращения, скорости на фена и охлаждения.
Химическая неоднородность металла сварных соединений. Сварные соединения характеризуются наряду с неоднородностью структуры также химической неоднородностью, которая обусловлена неравновесными условиями кристаллизации, неполнотой протекании процессов диффузионной или конвективной гомогенизации расплава и выравнивающей диффузии в твердой фазе.
В литом сплаве обычно в макромасштабе развивается нормальная сегрегация с повышением концентрации примеси в направлении затвердевания. Увеличение протяженности зоны затвердевания при сварке сопровождается усилением нормальной сегрегации.
В металле сварных швов на микроуровне формируется также ячеистая и дендритная сегрегация — химическая неоднородность, связанная с соответствующими формами роста кристаллов.
Критическое состояние, при котором осуществляется переход от плоского фронта кристаллизации к ячеистому, определяется условием равенства градиента фактической температуры расплава G и градиента равновесной температуры ликвидуса расплава, обогащенного легирующими элементами, понижающими температуру плавления.
Градиент температур в твердой фазе и поверхностное натяжение на границе кристалл — расплав, определяющие отвод тепла через выступ на плоской поверхности, способствуют увеличению устойчивости плоского фронта.
Плоский фронт кристаллизации может сохраняться при наличии в расплаве некоторого концентрационного переохлаждения. Подавление образования ячеистой структуры в литом металле возможно в условиях медленного роста твердой фазы, позволяющего примеси диффундировать в расплав.
На начальной стадии затвердевания сварочной ванны, когда первые слои твердой фазы формируются на оплавленных зернах околошовной зоны, возможно существование плоского фронта. В связи с этим ячейки образуются на некотором расстоянии от нее, когда возникает зона концентрационного переохлаждения.
Неравновесное затвердевание сплавов систем эвтектического типа в области составов, соответствующих граничным твердым растворам, вначале происходит с образованием ячеек и дендритов. По достижении расплавом перед фронтом кристаллизации эвтектического состава в междендритных пространствах образуется эвтектика.
В литой зоне сварных швов молибденового сплава ЦМ2А (Mo — 0,015 Zr — 0,11 Ti — 0,003 С, %) при электронно-микроскопическом анализе на границах зерен обнаружены включения гексагонального карбида молибдена Mo2C эвтектического происхождения. В то же время предельная растворимость углерода в молибдене при эвтектической температуре составляет 0,12—0,14 %.
Эвтектические карбиды присутствуют в металле шва только при сварке с дополнительным подогревом расфокусированным электронным лучом, т.е. при низкой скорости охлаждения (-30 К/с) в интервале температур 2600—1600 °С.
Увеличение скорости охлаждений до 500—1000 К/с при затвердевании литой зоны сварного шва за счет применения электронно-лучевой сварки в непрерывном и импульсном режимах приводит к устранению эвтектических карбидов по границам зерен.
Таким образом, при кристаллизации сварных швов сплавов с эвтектической диаграммой состояния формируется ячеисто-дендритная структура с неравновесной эвтектикой.
Зависимость внутри кристаллической неоднородности химического состава от скорости охлаждения при кристаллизации можно представить в виде кривой с максимумом, соответствующим средним скоростям охлаждения.
При малых скоростях охлаждения неоднородность уменьшается за счет диффузионного выравнивания, при больших — за счет развития бездиффузионного процесса кристаллизации.
Высокоскоростное затвердевание при быстрой закалке сплавов из жидкого состояния позволяет получать мелкозернистые, химически однородные и аморфные структуры — так называемые металлические «стекла».
В диапазоне реальных скоростей охлаждения литого металла сварных швов, как и слитков (от единиц до сотен градусов в секунду), бездиффузионный механизм кристаллизации не реализуется. Элементный состав осей и пограничных зон ячеек и дендритов в слитках и сварных швах остается практически неизменным и определяется положением солидуса при соответствующей температуре затвердевания.
Увеличение скорости охлаждения приводит к измельчению элементов ячеисто-дендритной структуры.
В экспериментах по быстрой закалке малолегированных молибденовых и ниобиевых сплавов с добавками углерода и карбидообразующих метал лов (Mo—Zr, Ti—C, Nb—Zr—С) установлено формирование ячеистых структур при скоростях охлаждения до 5*10в5 К/с.
Таким образом, столь высокие скорости кристаллизации недостаточны для предотвращения ликвации в этих сплавах.
Степень дендритной неоднородности влитом металле определяется характером диаграмм состояния, а именно шириной температурного интервала кристаллизации, наклоном линий ликвидуса и солидуса. Увеличение коэффициента распределения приводит к сужению обогащенного примесью слоя по границам ячеек или зерен.
Повышенная склонность к старению литого металла сварных соединений обусловлена ячеисто-дендритной кристаллизацией, в результате которой концентрация легирующих элементов и примесей по границам ячеек намного превосходит их среднюю концентрацию в сплаве.
Распад твердого раствора в металле сварных швов происходит более интенсивно, с большей скоростью и большим эффектом упрочнения, чем в основном металле.
Микросегрегация, формирующаяся при кристаллизации, заметно отражается на структуре и свойствах сплавов, претерпевающих полиморфные превращения.
Рассмотрим сварные соединений низколегированной стали 09ХГ2НАБДЧ (% мас.): 0,10 С — 1,3 Mn — 0,39 Si — 0,47 Cr — 1,15 Ni — 0,6 Cu — 0,07 Nb — 0,035 Al, которую применяют для изготовления оборудования, работающего в наводороживающих средах, например при обустройстве газоконденсатных и нефтяных месторождений, содержащих сероводород.
Исследование металла шла после испытаний на замедлен нос разрушение при наводороживании показывает, что зарождение трещин происходит чаще всего по границам раздела перлитная колония — феррит, сульфид — матрица, выполняющим по отношению к водороду роль коллекторов и ловушек.
В работах, выполненных на инструментальных и хромоникелевых cлоях, суперсплавах никеля, алюминиевых сплавах, убедительно показано, что сверхмелкие зерна в быстрозакаленном литом металле (скорости затвердевания 10в5-10в6 К/с) разделены однорядными высокоугловыми границами. Малоугловые дислокационные границы являются элементами внутризеренного строения быстро-закаленного кристаллического металла.
Кристаллы литого металла, затвердевающие в неравновесных условиях при высоких скоростях охлаждения, содержат большое количество точечных и линейных дефектов.
Экспериментально установлено влияние скорости охлаждения при затвердевании на плотность дислокаций в образцах кремнистого железа, полученных спиннингованием расплава, а также путем проплавления листов электронным лучом на различных режимах.
Плотность дислокаций в литом быстрозакаленном металле на 1—2 порядка выше, чем в исходном рекристаллизованном. С увеличением скорости кристаллизации и дефектности металла подложки плотность дислокаций в литом металле возрастает.
После собирательной рекристаллизации (1200 °С, 5 ч; диаметр зерна -10 мм) плотность дислокаций составляет (3—4)*10в6 см-2.
В околошовной зоне вблизи линии оплавления диаметр зерна 0,2 мм, а плотность дислокаций равна (3—4)*10в7 см-2.
При кристаллизации сварного шва со скоростью охлаждения 600 К/с на крупнозернистой подложке плотность дислокаций достигает (5—6)*10в8 см-2, а на мелкозернистой подложке — (7—8)*10в8 см-2.
Быстрозакристаллизованный металл, полученный высокоскоростным охлаждением расплава со скоростями, достигающими 5*10в5 К/с, имеет плотность дислокаций (8—9)*10в8 см-2.
В литом металле сварных швов, где плотность вакансий из-за быстрого затвердевания и охлаждения в твердом состоянии повышена, полигонизация должна проходить более интенсивно. Однако, как правило, вследствие малой длительности пребывания металла выше температуры 0,4Tпл полигональная субструктура, формирующаяся при охлаждении расплава в литой зоне, несовершенна, процесс полигонизации проходит неоднородно.
Результаты измерения межзеренного проскальзывания по продольным границам кристаллитов в трех областях литой зоны сварного шва (вблизи линии оплавления, где кристаллиты ориентированы в основном хаотически; в зоне столбчатых кристаллитов, вытянутых в направлении теплоотвода; в центральной зоне шва) показали, что межзеренное проскальзывание как характеристика высокотемпературной деформации при сварке достигает максимальной величины в зоне столбчатых кристаллитов и существенно ниже в центральной зоне.
Уменьшение погонной энергии и переход от непрерывных режимов сварки к импульсным приводит к уменьшению длительности пребывания металла в области температур интенсивного межзеренного проскальзывания и, соответственно, к снижению вероятности образования горячих трещин.
Повышение технологической прочности при сварке аустенитных сталей за счет ограничения межзеренного проскальзывания достигается совместным легирование металла шва углеродом и ниобием в соотношении 1:10, которое является стехиометрическим для карбида ниобия NbC. Частицы тугоплавкого карбида препятствуют формированию в металле шва зоны столбчатых кристаллитов, где межзеренные сдвиги достигают максимальной величины.
Кроме того, в связи с торможением мигрирующих границ на карбидных частицах границы зерен приобретают сложную извилистую форму, что является эффективным способом предупреждения локальных разрушений сварных швов при эксплуатации.
Межзеренное проскальзывание в металле сварных соединений зависит от скорости деформации и длительности нахождения в температурном интервале хрупкости. Сокращение длительности пребывания металла в этом температурном интервале достигается за счет уменьшения погонной энергии сварки и применения теплоотводящих устройств.
Использование импульсных режимов сварки, режимов с малой погонной энергией, сильное переохлаждение сварочной ванны, электромагнитное или ультразвуковое перемешивание сварочной ванны приводят к измельчению структуры металла шва, уменьшают степень ликвации.
Таким образом, высокие скорости охлаждения при кристаллизации, достигаемые в результате увеличения скорости сварки и перехода от непрерывных режимов к импульсным, усиливают зубчатость границ и измельчение зерен, повышают технологическую пластичность при сварке.
Сварка быстрозакаленных алюминиевых сплавов. Применение сплавов на основе алюминия в разнообразных конструкциях связано обычно с использованием сварки.
Дисперсно-упрочненные алюминиевые сплавы, полученные методом компактирования быстрозакаленных порошков (RSR-метод) представляют новый класс алюминиевых сплавов с уникальными свойствами.
Эти сплавы соответствуют заэвтектической области системы Al-Fe с добавлением в качестве третьего легирующего элемента Mo, Ce или Ni. В результате быстрой закалки расплава подавляется образование грубых выделений первичной интерметаллидной фазы, и расплав затвердевает с формированием высокодисперсной, пересыщенной α-фазы и квазиэвтектики.
Оптимальные условия компактирования и термомеханической обработки быстрозакаленных граyул способствуют формированию высокодисперсных термически устойчивых дисперсоидов, которые обеспечивают высокий уровень прочности и других сервисных свойств полуфабрикатов.
Быстрозакаленный порошок сплава Al—8Fe—2Mo был получен методом центробежного распыления быстровращающегося электрода. Принудительное охлаждение гелием распыленных капель расплава, позволяющее достичь скорости охлаждения 10в4-10в6 К/с, препятствует образованию на поверхности оксидов, гидратов, обычно наблюдающихся при использовании метода газового распыления.
Листы сплава Al—8Fe—2Mo толщиной 0,65 мм с содержанием водорода ниже 1 ppm получали компактированием быстрозакаленных порошков в среде инертного газа с последующей термомеханической обработкой.
Электронно-лучевая сварка листов сплава Al—8Fe—2Mo %, полученных методом гранульной металлургии из быстрозакаленных микрослитков — гранул, проводилась с использованием электронного пучка различной удельной мощности.
Существует отчетливое различие между сварными швами, полученными при высокой и низкой подводимой мощности.
При электронно-лучевой сварке сплава Al—8Fe—2Ni% быстрая закалка расплавленной зоны обеспечивает возможность восстановления быстрозакаленной структуры литой зоны и уменьшения степени коагуляции структуры в соседней зоне термического влияния.
Сварные соединения листов сплава Al—8Fe—2Ni (% мас.) толщиной 1,27 мм, изготовленные с использованием электронного пучка, характеризуются эффективностью соединения, превышающей 70 %.
Сварные швы, полученные при высокой удельной мощности, характеризуются наличием я литой зоне двух различных областей: темной травящейся центральной области и светлой области, примыкающей к границе литой области. Исследование при большом увеличении показало, что центральная область состоит из равноосных зерен дисперсных дендритов α-Аl-матрицы. Несмотря на значительное различие температур плавления интерметаллидной фазы (-1150 °С) и α-Al (-650 °С), в центральной области литой зоны сварного шва происходит полное оплавление и последующее затвердевание.
Участки литой зоны вблизи ее границы с зоной термического влияния содержат довольно крупные частицы интерметаллидов и дендритные зерна α-Al-матрицы. Эта область с грубой структурой образуется вблизи поверхности плавления в результате снижения температуры расплава, препятствующего полному оплавлению и растворению дисперсных фаз.
He растворившиеся при оплавлении дисперсоиды и последующем при охлаждении служат центрами роста для образования грубых выделений интерметаллидов.
Ширина этой зоны сокращается при уменьшении подводимой мощности (увеличении скорости охлаждения) и существенно ограничивается при сварке с наиболее высокими скоростями.
Уменьшение энергии электронного луча сопровождается увеличением скорости охлаждения при затвердевании сварного шва, что приводит к повышению дисперсности структуры расплавленной зоны, содержащей первичные интерметаллидные выделения и дендриты α-Al.
Сварной шов, полученный при минимальной энергии электронного луча, характеризуется максимальным повышением твердости по сравнению с основным металлом, эффективности соединения (превышает 85 %) при приемлемой пластичности. Использование сварки при минимальной подводимой энергии предотвращает образование области грубой структуры в зоне термического влияния вблизи границы литой зоны, которая является ослабленным участком сварного соединения при повышенной энергии электронного луча.
Разрушение сварного шва в области с грубой структурой происходит по границам грубых интерметаллических выявлений в α-Al-матрице,
Сварные швы, полученные при минимальном уровне подводимой мощности, имеют два участка различной травимости влитой зоне (темный и светлый).
Темный участок состоит из дисперсных, равноосных первичных интерметаллидов в матрице с дисперсными дендритными зернами α-Al, дисперсность которых повышается с понижением подводимой мощности и, соответственно, с ростом скорости охлаждения.
Светлые участки микроструктуры литой зоны состоят из высокодисперсных первичных интерметаллидов, расположенных ка больших расстояниях друг от друга и служащих центрами зарождения для больших равноосных зерен дисперсной фазы α-Al и эвтектики.
Несмотря на то что максимальные скорости охлаждения составляли 10в4-10в5 К/с, зарождение первичных интерметаллидов в этой зоне не удалось полностью подавить.
Зона термического влияния вблизи границы литой зоны характеризуется существенной коагуляцией дисперсных фаз.
Увеличение скорости охлаждения при сварке с более высокой скоростью перемещения электронного пучка приводит к повышению твердости литой зоны, что согласуется с выявленным повышением дисперсности микростуктуры.
В сварных швах, полученных при низкой подводимой энергии, наряду с повышенной твердостью литой зоны сварного шва по сравнению с основным металлом, отсутствует пограничная литая область с грубой структурой и наблюдается пониженная твердость в зоне термического влияния сварного шва (рис. 19.8).
Структура и свойства сварных соединений

Такой уровень твердости сравним со значениями твердости, характерными для участка литой зоны с грубой структурой и зоны термического влияния для сварных швов, полученных при высокой подводимой мощности.
Механические испытания поперечных образцов сварных швов, полученных при наименьшей подводимой мощности, выявили высокую эффективность соединения, превышающую 85 % (прочность на растяжение 360 МПа), что отражает повышение более чем на 70 % значений соответствующих величин для сварных швов, полученных при высокой подводимой мощности.
При испытаниях на растяжение установлено паление пластичности а зоне термического влияния сварного шва по сравнению с пластичностью основного металла (удлинение — 1,6 % и 9,7 % соответственно).
Зарождение трещин в этих сварных швах происходит вблизи линии сплавления.
Экспериментальные результаты показывают, что при электронно-лучевой сварке тонких листов, изготовленных компактированием быстро закаленных порошков сплава Al—SFc-2Мо, формируются сварные швы высокой плотности, свободные от дефектов.
Электронно-лучевая сварка листов быстрозакаленного сплава Al—8Fe—2Мо толщиной 0.65 мм с параметрами, обеспечивающими максимальные скорости затвердевания и охлаждения, позволяет достичь оптимальной прочности литой зоны и зоны термического влияния, устранения пограничного участка литой зоны с грубой структурой.
Уменьшение подводимой мощности при сварке обеспечивает получение высокодисперсной микроструктуры, которая обладает высокой твердостью и прочностью. Коагуляция дисперсоидов и сопутствующее снижение прочности в зоне термического влияния сварного шва обусловливает преимущественное разрушение в этой области.