IMG33

6.4.1. Wzrost prędkości chłodzenia

Drobnoziarnistą strukturę spoiny można otrzymać w różny sposób. Jednym z nich jest zwiększenie prędkości chłodzenia jeziorka spawalniczego. Zwiększenie to może być osiągnięte na drodze zmniejszenia liniowej energii spawania. Im mniejsza jest energia liniowa, tym mniejsza jest objętość jeziorka spawalniczego. Przy krystalizacji małych objętości stopu wzrost kryształów słupkowych jest ograniczony i nie osiągają one znacznych wymiarów. Oprócz tego przy krystalizacji małych objętości ciekłego metalu w warunkach intensywnego odprowadzania ciepła może nastąpić podhartowanie, co znacznie pogarsza właściwości plastyczne. Dlatego też nadmierne ograniczanie energii spawania stali nie prowadzi do uzyskania pozytywnych efektów.

Polepszenie właściwości lanego metalu spoiny otrzymane w rezultacie rozdrobnienia struktury nie zawsze jest w stanie zapobiec pęknięciom wywołanym przez zwiększone naprężenia rozciągające, szczególnie wówczas, kiedy spawany metal zawiera znaczne ilości domieszek sprzyjających segregacji. Dlatego też przy spawaniu stali węglowych oraz nisko-i średniostopowych zmniejsza się szybkość chłodzenia, stosując wstępne podgrzewanie, zmniejszające wielkość naprężeń rozciągających. W tych przypadkach, w których rozdrobnienie struktury osiąga się bez podwyższania szybkości chłodzenia, mechaniczne właściwości spoin i ich odporność na powstawanie pęknięć znacznie wzrastają.

6.4.2. Modyfikowanie struktury spoin

Innym - mającym duże perspektywy - sposobem rozdrobnienia struktury w procesie krysta-lizacji jest modyfikowanie jeziorka spawalniczego. Znane są dwa sposoby modyfikowania:

1)    wprowadzanie bardzo drobnych nierozpuszczalnych cząstek,

2)    wprowadzanie substancji powierzchniowo aktywnych.

Technika modyfikowania jest szeroko stosowana w procesie odlewania metali. Polega ona na dodawaniu modyfikatorów do ciekłego metalu w celu zwiększenia liczby zarodków. W rezultacie modyfikowania uzyskuje się drobnoziarnistą strukturę. Podobną technikę zastosowano do rozdrobnienia ziania podczas spawania łukowego w stali niskowęglowej. Stosując proszek węglika tytanu lub mieszaninę żelazotytanu i węglika tytanu, uzyskano drobnoziarnistą równoosiową strukturę spoin [66]. Rozdrobnienie ziarna uzyskali także Heintze i McPherson [67] podczas spawania stali C-Mn i stali austenitycznej nierdzewnej z tytanem. Na rysunku 6.27 przedstawiono wpływ wielkości ziarna spoiny stali austenitycznej Cr-Ni modyfikowanej podczas spawania azotkiem aluminium na ciągliwość w temperaturze 925°C.

Wysoką efektywność rozdrobnienia ziaren w wyniku modyfikacji uzyskuje się podczas spawania stopów aluminium. Jako modyfikatorów używa się spoiw zawierających tytan lub cyrkon. Tytan i cyrkon tworzą z aluminium związki, na przykład Al₃Ti lub Al₃Zr, które są zarodkami dla równoosiowych ziaren [69, 70, 71].

Modyfikatory, takie jak bor, tytan, cer, cyrkon, wapń i magnez, wprowadzane w procesie spawania niekoniecznie muszą powodować rozdrabnianie ziarna w wyniku zwiększania liczby heterogenicznych zarodków. Mogą działać jak substancje powierzchniowo aktywne. Już tysięczne części procenta tych dodatków prowadzą do znacznego rozdrobnienia struktury

243