ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Очень часто по разнообразным причинам в современной промышлен­ности применяют комбинированные конструкции с использованием для отдельных ее элементов различных материалов, свойства которых могут значительно отличаться друг от друга. Сочетания материалов могут быть весьма разнообразны, Чаще всего возникает необходи­мость сварки разнородных сталей. Здесь можно выделить два весьма характерных случая: свариваются стали одного структурного класса, но разного легирования и свариваются стали различных структур­ных классов (сварка сталей перлитного класса с высокохромистыми сталями мартенситного, мартенсито-ферритного или ферритного класса; сварка сталей перлитного класса с аустенитными хромонике­левыми сталями).

Сварка сталей одного структурного класса. Здесь технологию сварки выбирают по свойствам более легированной стали (в том числе и температуру подогрева в случае его необходимости). При­мер: при сварке стали 20 со сталями 15ХМ, 12МХ, 20XMJI, ЗОХМА при ручной сварке выбирают электроды типа Э42А-Ф, при сварке под флюсом — проволоку Св-08А. После сварки изделия либо не подлежат термообработке (при малом содержании углерода в бо­лее легированной стали), либо назначается термообработка

630.. .650 °С.

Если свариваются разнородные аустенитные стали, то необходи­мо, в зависимости от запаса аустенитности, выбирать сварочные ма­териалы, обеспечивающие предотвращение горячих трещин в метал­ле шва. При этом структура шва должна быть аустенитно-ферритной с нормированным содержанием феррита. Однако, если свариваются стали с большим запасом аустенитности, то шов должен иметь аусте- нитную или аустенитно-карбидную структуру с легирующими эле­ментами, повышающими сопротивляемость металла к образованию горячих трещин (например, ниобием), Пример: сварка стали 12Х18Н10Т со сталью 08Х17Н16М2Т. При ручной сварке могут быть применены электроды ЭА-1 или ЭА-1Б, при сварке под флюсом — проволока марки Св-04Х19Н9 или Св-05Х19Н9ФЗС2 (флюсы ос­новные).

Если есть необходимость снять остаточные сварочные напряже­ния после сварки, то назначают термообработку (стабилизацию при

500.. .850 °С)

Сварка сталей различных структурных классов. Если сварива­ются перлитные стали с 12%-ми хромистыми сталями, то выбира­ются сварочные материалы перлитного класса, ибо они обеспечива­ют максимальную пластичность металла шва; при этом металл шва должен легироваться карбидообразующими элементами.

Температура подогрева берется по более легированной (хромис­той) стали (так же, как и режим последующей термообработки). Если хром в стали находится в пределах 17...28%, то перлитные электроды не применяются из-за чрезмерного падения пластичности металла шва; здесь более целесообразно использовать материалы ферритно - аустенитного класса, иногда рекомендуются и электроды аустенит - ного класса (без последующей термообработки).

Сварка перлитных сталей с аустенитными ведется всегда аусте - нитными электродами (с учетом максимальной доли участия пер­литной составляющей в шве с аустенитной структурой). Для при­близительной оценки структурных составляющих в металле шва в зависимости от его химического состава стали и присадочного ме­талла можно пользоваться диаграммой Шеффлера. Соединения из перлитной и аустенитной стали термической обработке, как прави­ло, не подвергают. Это связано с тем, что режимы термообработки различны для перлитных и аустенитных сталей (что хорошо для од­ной, то может быть плохо для другой). Кроме этого, различие в коэф­фициентах линейного расширения у этих сталей при термообработке может вызвать не снятие остаточных сварочных напряжений, а их неблагоприятное распределение, что при сварке больших толщин может вызвать хрупкие разрушения.

Сварка разнородных металлов между собой. Принято считать, что хорошо свариваются между собой металлы, обладающие неограни­ченной взаимной растворимостью в твердом и жидком состоянии (при этом различие атомных диаметров элементов этих металлов не должно превышать 15%). Таких пар не очень много. Примерами мо­гут служить Ni-Cu, Ti-Zn, Ti-Nb, Ti-Ta и др. Остальные металлы об­разуют ограниченный ряд твердых растворов, эвтектики и химичес­кие соединения, снижающие механические свойства сварного соединения, что делает пары таких металлов трудно либо вовсе не - свариваемыми.

При образовании химических соединений шов характеризуется высокой твердостью, изменяется плотность, коэффициент теплового расширения и температура плавления. На пределы растворимости одного металла в другом, как и на свойства химических соединений, оказывают влияние легирующие элементы и примеси, что сказыва­ется также на свариваемости.

Классическим примером пар разнородных металлов, образующих химические соединения при ограниченной растворимости, являют­ся пары Ti-Fe и Al-Fe. Для таких пар получение качественного свар-
ного соединения методами сварки плавлением является сложной про­блемой (особенно если учесть характерную для этих металлов высо­кую химическую активность). Для таких металлов как ниобий, ти­тан, молибден, тантал, вольфрам взаимодействие с кислородом, азотом и углеродом приводит к опасности охрупчивания сварного соединения.

Способов соединения сваркой таких пар несколько. Так, для пары Al-Fe применяют расплавление более легкоплавкого металла (А1) с покрытием, нанесенным на слой более тугоплавкого металла. Металл покрытия должен либо повышать предел взаимной растворимости соединяемых металлов, либо способствовать торможению диффу­зионных процессов на границе контакта металлов или повышать пре­делы взаимной растворимости элементов, влияющих на образова­ние химических соединений. В этом случае на поверхность стали в районе сварки методом гальванизации наносят слой цинка 5 = 40...60мкм (если сталь хромоникелевая, то после нанесения цин­ка производится алитирование). Можно также наносить на стальную деталь слой алюминия (алитированием или с помощью ТВЧ). Техно­логия сварки требует точного подбора параметров режима во избе­жание проплавления нанесенного слоя.

Для соединения между собой крупных конструкций из разных металлов (например, стенок надстройки из алюминиевого сплава со стальной палубой корпуса) разработан биметалл сталь-алюминий, получаемый методом прокатки или сварки взрывом (рис. 8.7).

При сварке плавлением пар металлов с разной температурой плав­ления (например, при сварке ниобия со сталью) иногда применяют следующий прием. Дугу (или электронный луч) смещают в сторону более легкоплавкого металла, и сварка осуществляется практически в твердожидком состоянии. Режим и технологию сварки в этом слу­чае подбираются весьма точно — должна строго соблюдаться темпе­ратура нагрева подложки (металла нерасплавляемого) и время кон­такта жидкого металла с твердым (во избежание образования интерметаллических соединений).

Если же металлы образуют ряд непрерывных твердых растворов, но имеют существенное различие в теплофизических свойствах (Ti-Nb, Nb-Mo), а элементы соединяемых металлов имеют ограни­ченную растворимость, то возможна их непосредственная сварка ме­тодом плавления со строгой регламентацией концентрации элемен­тов в расплаве (это достигается смещением электрода с линии стыка и другими способами).

Сварка титана со сталью возможна способом плавления через ва­надиевую вставку (ванадий образует твердые растворы и с железом и с титаном) либо с применением биметаллических вставок Ti-Fe.