ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Специфика формирования структуры в шве и Особенности технологии сварки комбинированных конструкций из сталей различных структурных классов из "Сварка Резка Контроль Справочник Том2 " Свариваемость, т.е. пригодность сталей к формированию высококачественных сварных соединений, является комплексной характеристикой, включающей в себя показатели технологической [стойкость против образования горячих и холодных трещин (ГТ и ХТ)] и эксплуатационной прочности. Неоднородность различного типа, присущая сварным соединениям рассматриваемого вида, а также ее изменение во времени обусловливают зависимость их эксплуатационной прочности от времени и температуры. Поэтому свариваемость разнородного сочетания неадекватна ее составляющим и требует решения ряда дополнительных самостоятельных проблем с применением специальной технологии сварки. [c.176] Это приводит к получению швов аномального химического состава, которые принципиально отличаются от каждой из свариваемых сталей по механическим свойствам, их стабильности, склонности к закалке и структурным изменениям при нормальных и рабочих температурах в процессе эксплуатации. [c.176] при сварке и наплавке сочетаний различных сталей, представленных в табл. 13.1, происходит смешивание в различных пропорциях (см. табл. 13.2) перлитной стали с аустенитной или ферритной либо ферритной с аустенитной. Получаемый при этом химический состав шва имеет промежуточные значения и различную структуру, оцениваемую по эквивалентам хрома и никеля на диаграмме Шеффлера (рис. 13.2). Металлу шва, соответствующему области А, свойственна однофазная аустенитная структура, весьма склонная к образованию ГТ кристаллизационного и подсолидусного типов. Шов со структурой А + Ф, т.е. с аустенитно-ферритной структурой, при повторных нагревах претерпевает охрупчивание в результате превращения феррита в сигма-фазу (5-Ре ст). [c.176] Для швов со структурой Ф (феррит) характерны рост зерна при высоких температурах и хрупкость при нормальных. Швы со структурами М, М + А, М + Ф, М+А + Ф имеют мартенситную составляющую, вызывающую образование ХТ. Это осложняет обеспечение свариваемости при сварке разнородных сочетаний, так как различные дефекты возникают не только в шве, но и в ОШЗ сочетаний каждой стали. [c.177] Неоднородность химического состава сварного соединения, сложившаяся после его кристаллизации, вызывает внутренние напряжения, их концентрацию в отдельных зонах с пониженной прочностью, что приводит к локальным разрушениям соединения или понижению его антикоррозионных свойств. [c.177] Высокотемпературная эксплуатация сварных соединений инициирует развитие диффузионных процессов, способствующих перемещению отдельных атомов в более стабильные с термодинамических позиций положения, что влечет за собой образование хрупких и малопрочных прослоек, понижение их длительной прочности, коррозионной стойкости и агрегатной прочности всего соединения. [c.177] Специальная технология сварки позволяет свести к минимуму указанные негативные явления путем управления формированием структуры при сварке сталей в разнородных сочетаниях. При выборе сварочных материалов и режимов сварки применяют качественные и количественные методы оценки сопротивляемости образованию ГТ и ХТ по ГОСТ 26388-84 и 26389-84. [c.177] При формировании сварочной ванны неодинаковы доли участия аустенитной и перлитной сталей. Они обусловлены различиями в температуре их плавления, теплопроводности и теплоемкости (см. табл. 13.2). Как правило, аустенитная и перлитная стали составляют 60 и 40 % объема шва соответственно в условиях равного теплового воздействия. [c.177] Толщина переходных кристаллизационных прослоек изменяется от 0,05 до 0,6 мм в зависимости от скорости охлаждения шва, а также от степени его аустенитности. Чем выше концентрация никеля в шве, тем раньше стабилизируется аустенитная структура с ГЦК-решеткой и тоньше переходная кристаллизационная прослойка от перлитной стали к аустенитной (рис. 13.4). [c.178] Нагрев стенок ванны влечет за собой преимущественное оплавление границ зерен, их обогащение по законам восходящей диффузии из объемов зерен легирующими элементами и примесями в связи с повышенной растворимостью элементов в жидкой фазе. Последующая кристаллизация таких межзеренных прослоек обособленно от ванны создает микрохимическую неоднородность в ОШЗ, негативно влияющую на сопротивляемость ГТ и ХТ, жаропрочные и коррозионные свойства сварного соединения средне- и высоколегированных сталей. Снижение такого перегрева может быть обеспечено металлургическими и технологическими средствами. Последнее достигается вводом в ванну внешних и внутренних стоков теплоты, применением электродов с высоким содержанием никеля, снижающим температуру плавления металла шва и сварочной ванны. [c.179] Принято считать, что минимизация ширины зоны переменной твердости до 0,15... 0,25 мкм позволяет устранить склонность к ХТ. Это объясняется снижением объемного напряженного состояния в сверхтонких закаленных слоях. [c.180] На этапе охлаждения сварного соединения после сварки, термообработки или эксплуатации характерно аномальное возникновение напряжений вследствие различия температурных коэффициентов линейного сокращения (рис. 13.8). В аустенитной стали возникают растягивающие напряжения, так как она имеет значительно больщее уменьшение объема по сравнению с перлитной (см. табл. 13.2). Поэтому эпюры остаточных напряжений при сварке перлитной стали перлитными или ау-стенитными сварочными материалами принципиально отличаются. Эти напряжения в большинстве случаев не могут быть сняты термообработкой и создают опасность как paspjaue-ния, так и изменения размеров конструкции во времени. Нецелесообразность термообработки соединений с аустенитным швом обусловлена развитием диффузионных процессов обезуглероживания и охрупчивания отдельных зон соединения, а для швов с аустенитно-ферритным швом - охрупчивание шва в результате перехода ферритной фазы в хрупкую с-фазу. Лишь для швов, эксплуатируемых при высоких температурах и в агрессивных средах, необходимы (см. гл. 10) аустенитизация (1150 °С) и стабилизация (850 °С). Напротив, для соединений с перлитным низколегированным швом, а также для швов с мартенситно-ферритным швом требуются подогрев и отпуск для предотвращения ХТ и повышения пластичности металла. [c.181] При этом режимы термообработки назначают по наиболее легированной стали, входящей в разнородное сочетание. [c.181] Таким образом, сварные соединения разнородных сталей могут иметь значительную изменяющ)тося во времени химическую, стр тстурн)то и механическую неоднородности, наиболее сильно выраженные при сварке перлитной стали с аустенитной или наплавке. [c.181] Минимизация указанных видов неоднородности и обеспечение свариваемости достигаются обоснованным выбором сварочных материалов, способов и режимов сварки и термической обработки с учетом жесткости соединений, температуры эксплуатации и агрессивности среды. [c.181] Одна из причин пониженной свариваемости сочетания перлитной и аустенитной сталей - образование хрупкого мартенситного слоя или карбидной гряды в объеме переходной кристаллизационной прослойки, у которой уровень легирования металла снижается, приближаясь к перлитной стали. Образование этой прослойки объясняется ухудшением перемешивания жидкого металла в пристеночных слоях. При небольшом запасе аустенитности металла шва толщина этой прослойки может достигнуть критической величины, при которой происходит хрупкое разрушение сварного соединения. [c.181] Поэтому при выборе способов и режимов сварки отдают предпочтение технологии, при которой толщина кристаллизационной прослойки минимальна. Этого достигают следующими методами применением высококонцентрированных источников тепла (электронный л) , лазер, плазма) разделкой кромок или их наплавкой (рис. 13.9), уменьшающей долю участия сталей выбором режимов сварки с минимальной глубиной проплавления, переходом к дуговой сварке в защитных газах, обеспечивающей интенсивное перемешивание металла ванны. [c.181] Добавление в аргон кислорода, азота, углекислого газа усиливает отмеченные преимущества. Добавки кислорода повышают температуру ванны также тем, что вызывают экзотермические окислительно-восстановительные реакции. В результате отмеченных явлений снижается уровень структурной и механической неоднородности в зоне сплавления перлитной стали с аустенитным щвом. [c.182] При ручной дуговой сварке положительные результаты пол5 чают в противоположном варианте, т.е. при снижении температуры сварочной ванны, что зависит от температуры плавления металла щва. Это достигают увеличением никеля и марганца в составе электрода, снижающим температуру его плавления. Применение таких электродов является наиболее радикальным мероприятием и при сварке под флюсом, одновременно уменьшающем ширину кристаллизационных и диффузионных прослоек (рис. 13.10). [c.182] Вернуться к основной статье