Выбор способов и режимов сварки

Одна из причин пониженной свариваемости перлитной и аустенит­ной сталей - образование хрупкого мартенситного слоя или карбидной гряды в объеме переходной кристаллизационной прослойки, у которой уровень леги-рования металла снижается, приближаясь к перлитной ста­ли. Образование этой прослойки объясняется ухудшением перемешива­ния жидкого металла в прис-теночных слоях. При небольшом запасе аустенитности металла шва толщина этой прослойки может достигнуть критической величины, при которой проис-ходит хрупкое разрушение сварного соединения.

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 луч, лазер, плазма);

- разделкой кромок или их наплавкой (рис.10.9), уменьшающей долю участия сталей;

- выбором режимов свар­ки с минимальной глубиной проплавления;

- переходом к дуговой сварке в защитных газах, обеспечивающей интенсивное пере­мешивание металла ванны.

Рис. 10.9. Схема комбинированной наплавки свариваемой кромки: - 1- углеродистая сталь; 2 - перлитный стабилизированный слой;

3 - аустенитный ­слой; 4 - аустенитная сталь

Преимущества сварки комбинированных конструкций в защитных газах связаны с увеличением температуры расплавленного металла, сни­жением по-верхностного натяжения и, соответственно, увеличением ин­тенсивности его перемешивания, что вызвано ростом приэлектродного падения напряжения сварочной дуги и увеличением кинетической энер­гии переноса капель элек-тродного металла и плазменного потока в дуге.

Добавление в аргон кислорода, азота, углекислого газа усиливает от­ме-ченные преимущества. Добавки кислорода повышают температуру ванны так-же тем, что вызывают экзотермические окислительно-восстановительные реа-кции. В результате отмеченных явлений снижается уровень структурной и ме-ханической неоднородности в зоне сплавления перлитной стали с аустенитным швом.

При ручной дуговой сварке положительные результаты получают в про-тивоположном варианте, т.е. при снижении температуры сварочной ван­ны, что зависит от температуры плавления электрода. Снижения температу­ры плавле-ния электрода достигают увеличением содержания никеля и мар­ганца. Приме-нение таких электродов является наиболее радикальным меро­приятием и при сварке под флюсом, одновременно уменьшающем ширину кристаллизацион-ных и диффузионных прослоек (рис. 10.10).

При сварке под флюсом перемешивание ванны также может быть усилено увеличением силы тока, напряжения или скорости сварки. Одна­ко рост этих параметров приводит к неблагоприятному изменению схемы кристаллизации (увеличению угла срастания кристаллитов), что увеличи­вает риск образования горячих трещин. Скорость сварки, как правило, не должна превышать 25 м/ч. Интенсивному электромагнитному перемеши­ванию ванны препятствует наличие шунтирования магнитного поля пер­литной сталью, а также нарушение шлаковой защиты. В этом процессе весьма эффективен ввод внутренних стоков тепла в виде охлаждающей присадки (рис. 10.ll), также снижающей температуру ванны.

Рис. 10.10. Снижение толщины кристаллизационных (а) и

диффузионных (б) прослоек в зоне сплавления стали 20 и

12Х18Н10Т при увеличении содержания никеля в металле шва:

1 - без подогрева; 2 - подогрев до 500⁰С; 3 - обезуглероженная прослойка в углеродистой стали, подогрев до 550°С, выдержка 1000 ч.; 4 - то же, подогрев до 650 °; 5 - науглероженная прослойка в аустенитном шве, подогрев до 650 °С, выдержка 1000 ч

Рисунок. 10.11– Сокращение толщины слоя переменного состава при вводе в ванну внутренних стоков тепла в виде охлаждающей присадки при сварке под флюсом стали марки 30Н4МФДА при равном расходе электрода и присадки типа Св-08Х20Н9Г7Т:

1 - сварка без присадки; 2 - сварка с присадкой по схеме 3