Неметаллические включения при сварке.

Неметаллические включения не относятся к числу дефектов сварных швов, но оказывают заметное влияние на их качество и свойства. Рассмотрим различные типы неметаллических включений, встречающихся в сварных швах на стали.

Оксидные включения. В металле шва может содержаться до 0,1% кислорода, находящегося в виде неметаллических оксидных или смешанных включений. Химический и минералогический составы этих включений зависят от химического состава металла шва. При низком содержании кремния и марганца в металле шва и отсутствии других легирующих элементов оксидные включения содержат в основном FеО, остальное — SiO₂ и МnО.

При повышении содержания кремния и марганца в металле шва заметно увеличиваются концентрации окислов этих элементов в составе оксидных включений, соответственно уменьшается содержание в них окислов железа. Общее количество оксидных включений в шве при этом также уменьшается. С увеличением соотношения [% Si): [% Мn] в металле шва содержание SiО₂ во включениях растет, а МnО уменьшается.

Введение алюминия в металл шва уменьшает общее количество оксидных включений и ведет к появлению в их составе герцинита FеО-Аl₂О₃. Дальнейшее повышение содержания алюминия сопровождается образованием включений глинозема АL₂O₃. При наличии хрома в шве образуются включения хромита FеО-Сr₂О₃; продуктом раскисления сварочной ванны ванадием является окись ванадия V₂О₃. Низкая концентрация титана в металле шва ведет к образованию включений титаната железа FеО-Тi₂О₃, при высоком его содержании образуется оксид титана Тi₂О₃.

Выявленные в швах ручной дуговой сварки оксидные включения по минералогическому составу можно разделить последующие главные типы:

1) смешанные железомарганцевые оксиды, представляющие собой непрозрачные включения преимущественно шарообразной формы. Их образованию способствует высокая окисленность металла шва при низком содержании кремния и отсутствии других активных раскислителей;

2) железо-марганцевые силикаты, имеющие вид полупрозрачных округлых включений с вкраплениями темных частиц;

3) стекловидный кремнезем (прозрачные частицы шарообразной или неправильной формы), встречается преимущественно в хорошо раскисленных кремнием швах.

При сварке под флюсом вид и состав оксидных включений зависят от состава флюса. В швах, сваренных под высококремнистыми марганцевыми флюсами, включения преимущественно представлены высококремнистыми и железомарганцевыми силикатами. Это округлые, прозрачные и сравнительно крупные (0,002—0,02 мм) оксидные включения. Кроме того, в таких швах много межкристаллитных силикатных пленок. На рис. 1 показаны межкристаллитные силикатные пленки, выявленные в низкоуглеродистом шве при исследовании под электронным микроскопом. Пленки расположены на границах между кристаллитами металла шва и иногда сливаются с круглыми оксидными включениями.

Рис. 1. Межкристаллитныё силикатные пленки в шве, сваренном под высококремнистым марганцевым флюсом на низкоуглеродистой стали

При высококремнистых безмарганцевых флюсах во включениях преобладают округлые бесцветные выделения стекловидного кремнезема, наблюдаются и межкристаллитные силикатные пленки. В швах, сваренных под низкокремнистыми и бескремнистыми флюсами, основную массу включений составляют алюмосиликаты и шпинели. При сварке в защитных газах вид и состав оксидных включений определяются химическим составом металла шва и содержанием в нем кислорода. Кроме перечисленных видов включений встречаются и другие. Оксидные включения часто имеют неоднородный минералогический состав, они также могут образовывать сложные кислородсодержащие включения, например, оксисульфиды.

Оксидные включения и силикатные пленки снижают ударную вязкость и хладостойкость металла шва на углеродистых и низколегированных сталях. В аустенитных швах силикатные пленки уменьшают пластичность металла шва при испытаниях на растяжение и изгиб, не влияя, однако, на величину ударной вязкости.