Влияние неметаллических включений на сопротивляемость металла сварных швов хрупким разрушениям

Согласно статистике, до 80% всех фиксируемых аварий металлоконструкций связаны со сварными соединениями. При этом большинство аварийных разрушений, как правило, инициируемых неметаллическими включениями в металле шва, носит хрупкий характер. Вероятность хрупкого разрушения уменьшается с повышением его пластичности. А пластичность, в значительной степени зависящая от подвижности дислокаций, уменьшается при снижении температуры и увеличении скорости деформации. Пластичность металла является структурно чувствительным свойством и зависит от типа кристаллической решетки, определяющего количество плотноупакованных направлений и плоскостей скольжения. Низколегированные стали, в основном, используемые в сварных металлоконструкциях, имеют объемно-центрированную кубическую решетку со сравнительно небольшим количеством плоскостей и направлений скольжения. Эти стали пластичны при относительно высоких температурах и становятся хрупкими при отрицательных. Единственным средством повышения пластичности металла без существенного уменьшения его прочности является измельчение зерна. Одним из эффективных способов получения мелкозернистой структуры металла шва является введение в сварочную ванну модификаторов в виде тугоплавких соединений (оксиды, карбиды, нитриды), которые в зоне кристаллизации сварочной ванны являются центрами кристаллизации и увеличивают число зерен в единице объёма. Исследования модифицирования кристаллизующегося металла в условиях литья и сварки плавлением показали, что перегрев расплава снижает эффект модифицирования. При электродуговой сварке с температурой дуги более 6000 К опасность дезактивации модификатора велика. Одним из способов уменьшения перегрева и повышения эффективности модификаторов при сварке является введение модифицирующих частиц в сварочную ванну в комплексе с более массивными гранулами в виде рубленой проволоки, служащими микрохолодильниками. Этот способ, получивший название «сварка с металлохимической присадкой (МХП)», успешно применяется в мостостроении. Модифицирование сварочной ванны тугоплавкими частицами наряду с положительным эффектом измельчения зерна в сварном шве содержит и отрицательный момент: остающиеся в шве модифицирующие частицы в виде неметаллических включений являются концентраторами напряжений и могут стать очагами зарождения трещин. В работе с позиций механики разрушения Д.А.н анализ путей минимизации вредного воздействия неметаллических включений на охрупчивание металла шва на примере автоматической сварки стали 10ХСНД с модифицирующей металлохимической присадкой. Сформулированы основные требования к параметрам и физико-химическим свойствам неметаллических включений, обеспечивающие высокую стойкость металла шва против охрупчивания.