9. Влияние оксидных включений в металле швов на их свойства

Влияние кислорода на механические свойства сварных швов изучалось давно и достаточно подробно. В настоящее время отрицательное влияние неметаллических оксидных включений на механические свойства металла швов, особенно пластичность и ударную вязкость, признается всеми исследователями. При этом наиболее детально этот вопрос рассмотрен применительно к сварке низкоуглеродистых сталей, однако влияние оксидных включений для других групп сталей имеет практически аналогичный характер.

Кислород находится в металле шва преимущественно в виде мелкодисперсных включений оксидов размером до 0,03 мкм. Увеличение количества таких включений в металле шва как при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей ферритно-перлитного класса, так и коррозионно-стойких хромистых и аустенитно-ферритных повышает склонность металла швов к хрупкому разрушению. В тоже время запас пластичности матрицы низкоуглеродистой стали позволяет использовать металлургические варианты сварки плавлением, увеличивающие концентрацию кислорода в металле шва до 0,08%.

По сравнению с низкоуглеродистыми, низко- и среднелегированные стали более чувствительны к общему количеству кислорода в металле швов. Эта чувствительность повышается пропорционально суммарному количеству легирующих добавок, от которого зависит запас пластичности металла.

Оптимальное содержание кислорода в металле швов при сварке низко- и среднелегированных сталей находится в пределах 0,02-0,035 %. Повышение склонности металла швов к хрупкому разрушению при увеличении в них общей концентрации кислорода свыше 0,035 % обусловлено выделением в феррите микроскопических оксидных включений, частично располагающихся по границам зерен. Эти включения блокируют диссоциации и являются местами зарождения трещин при деформации металла.

Швы с пониженным содержанием кислорода (менее 0,02 %) также имеют тенденцию к снижению пластичности, поскольку, с одной стороны, ферритно-перлитная матрица повышенной чистоты склонна к образованию неравновесных структур при охлаждении, а с другой – при отсутствии оксидных включений изменяется характер выделения из расплава серы и фосфора от шаровидной формы к плёнкообразной.

Сварка плавлением коррозионно-стойких сталей ферритного и ферритно-аустенитного классов связана с получением в шве еще больших количеств кислорода по сравнению не только с обычными низкоуглеродистыми, но даже с низко- и среднелегированными сталями. Это вызвано тем, что в окислительно-восстановительных процессах активно участвуют элементы с большим сродством к кислороду (хром, ванадий и др.) Швы, выполненные на коррозионно-стойких сталях также чувствительны к общему содержанию кислорода. Пластичность и ударная вязкость аустенитных швов уменьшается пропорционально увеличению в них концентраций кислорода. Поэтому следует ограничивать его количество в металле шва в пределах до 0,06 % при уровне феррита не меньше 2 %.

Снижение количества оксидных включений в швах может быть получено введением в сварочную ванну элементов, снижающих температуру плавления оксидов в металле.

Легкоплавкие мелкодисперсные оксидные включения значительно лучше коагулируют и всплывают на поверхность сварочной ванны. Однако более надежно уменьшать количество неметаллических включений, предотвращая их образование. Чаще всего этого добиваются, используя сварочные материалы с меньшей химической активностью по отношению к свариваемому металлу.