ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ

При эксплуатации сварных конструкций зачастую условия работы разных узлов оказываются различными. Отдельные части конструкций, например, работают при высоких температурах и в агрессивных средах и поэтому должны быть изготовлены из мате­риалов, обладающих жаропрочностью н коррозионной стойкостью. К другим узлам этой же конструкции таких требований не предъяв­ляется, они должны обладать только определенным уровнем проч­ности при нормальных температурах и в неагрессивных средах.

Естественно, что во всех случаях изготовление всей конст­рукции из дорогостоящих сталей с особыми свойствами нецеле­сообразно Поэтому при проектировании и производстве таких конструкций для их узлов используют различные материалы, в связи с чем возникает необходимость их сварки.

Номенклатура сталей, применяемых для комбинированных конструкций, весьма широка и включает большинство сталей, тех­нология сварки которых рассмотрена в предыдущих главах. Н ком­бинированных сварных конструкциях рассмотренные стали могут встречаться в самых различных сочетаниях.

§ 1. ОБРАЗОВАНИЕ ШВА И ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ

При сварке разнородных сталей в образовании шва, кроме до­полнительного (электродного) металла, участвуют еще два других основных металла, зачастую существенно отличающихся по со­ставу и свойствам.

Поэтому при сварке разнородных сталей необходимо учиты­вать дополнительные факторы, от которых зависит выбор основ­ного и присадочного металлов и работоспособность сварного соединения: изменение состава шва в участках, примыкающих к основному металлу; образование в зоне сплавления разнородных материалов (линия сплавления и примыкающие к ней участки металла основного и шва) малопрочных и иепластичпых кристал­лизационных и деформационных прослоек переменного состава;

наличие остаточных сварочных напряжений в сталях разного структурного класса; эти напряжения в большинстве случаев не могут быть сняты термообработкой ввиду различных оптимальных условий термообработки сталей различного типа и различия ве­личин коэффициентов линейного расширения.

Таким образом, сварные соединения разнородных сталей имеют значительную химическую, структурную и механическую неоднородность. При многослойной сварке разнородных сталей может наблюдаться химическая неоднородность металла шва, т. е. неодинаковый химический состав металла различных слоев шва. Химический состав каждого слоя шва определяется долями участия наплавленного уя и проплавленного основного металла Тої 11 Тез со стороны каждой из свариваемых сталей.

При сварке второго и последующего слоев в состав металла данного слоя определенной долей будет входить металл преды­дущего слоя гпМ, в связи с чем содержание элемеита, переходя­щего в шов из одной или другой свариваемой стали, будет несколь­ко уменьшаться, а содержание элементов, переходящих в шов из наплавленного металла, немного увеличится (табл. 85).

В результате несовершенства перемешивания наплавляемого металла с основным у границы сплавления со стороны шва воз­никают прослойки металла переменного состава. Протяженность этих прослоек обычно составляет 0,2—0,6 мм. При соединении сталей одного структурного класса и перлитных сталей с хро­мистыми (12% Сг) свойства этих прослоек в большинстве случаев имеют промежуточные значения между свойствами основного металла и металла шва (если шов выполнен электродами, обеспе­чивающими получение наплавленного металла того же структур­ного класса, что и основной металл). Наличие подобных прослоек обычно не оказывает заметного влияния на работоспособность соединения.

Если же сварку выполняют сварочными материалами, обеспе­чивающими получение металла шва аустеннтного класса, то в рас - гматриваемой зоне у границы сплавления со стороны стали дру - юго структурного класса образуются прослойки переменного состава, содержащие 3—12% Сг и 2—8% Ni, имеющие мартенсит - ную структуру и обладающие высокой твердостью. Протяженность таких прослоек тем больше, чем меньше запас аустенитностп металла шва. Поэтому при выборе сварочных материалов для выполнения подобных соединений целесообразно использовать такие электроды, которые обеспечивают получение наплавленного металла с большим запасом аустенитности.

Существенное влияние на строение зоны сплавления и свой­ства сварного соединения оказывает развитие в ней переходных прослоек, обусловленных диффузней углерода из нелегировапного металла в металл, содержащий в большом количестве энергич­ные карбпдообразующие элементы. Такие диффузионные прос­лойки возникают при сварке разнородных перлитных сталей, и особенно в соединениях перлитных с высоколегированными мартен ситным и, ферритными и аустенитными сталями. В зоне сплавления со стороны менее легированной стали или шва обра­зуется обезуглероженная зона, со стороны легированной составля­ющей — прослойка науглерожеыного металла высокой твердости, содержащего большое количество карбидов.

Протяженность таких прослоек зависит от разницы в леги­ровании контактируемых материалов и достигает наибольшей величины в зоне сплавления углеродистой стали с аустенитной. В исходном состоянии (после сварки) размеры этих прослоек не­велики. Наибольшего развития они достигают при нагреве до температуры 800° С и выдержке при этой температуре. Диффузия углерода в зоне сплавления вызывается разной термодинами­ческой стойкостью карбидов в коптактируемых материалах и связана с реакцией образования на границе раздела стойких кар­бидов за счет углерода, поступающего из нелегированной стали.

Интенсивность развития диффузионных прослоек зависит от прочности связи углерода в карбид в коптактируемых материалах. При контакте высоколегированного шва с углеродистой сталью диффузионные прослойки образуются при наличии в шве таких карбидообразующпх элементов, как хром, молибден, вольфрам, ванадий, марганец, ниобий, титан.

Количество углерода в мепее легированном металле опреде­ляет ширину науглероженной и обезуглероженной прослоек. При меньшем содержании углерод диффундирует из более отдаленных объемов металла, и ширина обезуглероженной прослойки увели­чивается. Повышение содержания углерода увеличивает и про­тяженность науглероженной прослойки. Интенсивность этого про­цесса зависит также от температуры и времени. Влияние длитель­ности и температуры старения на размеры образующейся обезуг - лерожениой прослойки в зоне сплавления углеродистой стали с аустепитным хромоникелевым швом со стороны основного металла может быть охарактеризовано рис. 146.

Интенсивность процесса диф-
фузии углерода, а следовательно,
и степень химической неоднород-
ности у границы сплавления
можно снизить за счет замены
углеродистой стали низколегиро-
ванной с малым содержанием угле-
рода и наличием элемептов-карби-
дообразователей в количестве, до-
статочном для полного связывания
углерода.

В соединениях метастабильных
перлитных сталей с высоколегиро-
ванной сталью уменьшить хими-
ческую неоднородность вблизи
границы сплавления можно пред-

варительной облицовкой кромок перлитной стали более стабиль-
ным перлитным наплавленным металлом; включением промежу-
точных конструкционных элементов из более стабильной пер-
литной стали; ограничением температуры эксплуатации в месте
соединения перлитной стали с аустенитпой путем рационального
проектирования конструкции; отказом от термообработки сварен-
ного изделия или снижением температуры отпуска до значений,
при которых ширина обезуглероженной прослойки будет иметь
минимальные размеры; промежуточной наплавкой на кромки
перлитной стали высоконикелевого слоя.

Наличие диффузионных прослоек влияет на работоспособ-
ность сварных соединений. Вероятность разрушений но зоне
сплавления свазана с появлением в этой зоне объемного напря-
женного состояния и увеличением хрупкости пограничных участ-
ков шва. Кроме этого, может произойти разрушение по металлу
обезуглероженной прослойки со стороны менее легированной
стали ввиду его меньшей прочности при воздействии коррозион-
ной среды и напряжений, а также коррозионное растрескивание
по обезуглероженной прослойке.