IMG17

Proces narastania dendrytów odbywa się na powierzchniach elipsoid, odpowiadających rozkładowi izoterm temperatury solidus. Rysunek 6.4 schematycznie przedstawia przesuwające się jeziorka spoiny oraz zależność między szybkością wzrostu R i prędkością spawania V_x. Odległość, którą dany punkt musi pokonać od granicy jeziorka w kierunku normalnym n podczas bardzo małego odstępu czasu dt, wynosi:

R_ndt = (V_sdt)cos a = (Rdt)cos (a -P)    (6.2)

gdzie: R_n - prędkość wzrostu na kierunku normalnym do granicy jeziorka.

Dzieląc równanie (6.2) przez dt cosinus (a~P), otrzymamy:

(6.3)

_ V. cos a K = —--

cos (tx — P)

gdzie:

a - kąt między kierunkiem spawania i normalną n do granicy jeziorka,

P - kąt między kierunkiem spawania i kierunkiem wzrostu osi dendrytów (kierunek <100> w metalach o sieci regularnej).

Jeśli różnica między dwoma kątami a i P jest mała (cos 0° = 1), można w przybliżeniu przyjąć, że:

(6.4)

R = V, cos a

s

Jak pokazano na rysunku 6.5, dla a = 0° (w osi spoiny) szybkość krzepnięcia w środku spoiny wynosi R_s = V_s i jest maksymalna, natomiast dla a = 90° na linii wtopienia R_L= 0 jest minimalna. Ponieważ jeziorko ma kształt wydłużony, odległość między maksymalną temperaturą jeziorka (7_max) i granicą wtopienia (linią likwidus, T_L) jest większa w osi spoiny niż w linii wtopienia (rys. 6.6), zatem gradient temperatury G_s w osi spoiny jest mniejszy od gradientu G, w pobliżu linii wtopienia. Ponieważ G_s^<G_l \ R_s » R_l, to:

'G)

Uz

«

yRj

(6.5)

Kierunek odprowadzania ciepła oraz kierunek wzrostu dendrytów są prostopadłe do linii wtopienia, a zatem przemieszczanie się jeziorka spawalniczego powoduje również zmianę kierunku wzrostu dendrytów. Orientacyjne makroskopowe osie dendrytów (BA i B’A) w płaszczyźnie rysunku zaznaczono linią przerywaną na rysunku 6.3a. W rzeczywistych spoinach osie wzrostu dendrytów są krzywymi przestrzennymi, co uwarunkowane jest zmianami kształtu i rozmiarów jeziorka spawalniczego w płaszczyznach równoległych do powierzchni spawanego elementu i przemieszczaniem się pola temperatur w kierunku spawania (rys. 6.7a). W wypadku spawania blach cienkich, kiedy źródło ciepła można traktować jako liniowe, a jeziorko ma stały kształt na grubości blachy, przestrzenny schemat krystalizacji zmienia się na płaski. Krzywoliniowe osie wzrostu dendrytów są wówczas usytuowane na równoległych płaszczyznach (rys. 6.7b). Przykład kierunków wzrostu dendrytów na powierzchni lica spoiny stali austenitycznej pokazano na rysunku 6.8.

227