Возможная потеря коррозионной стойкости металла;

Усиление процессов охрупчивания металла сварного соединения во время эксплуатации;

Возникновение пор в наплавленном металле.

 

Кристаллизационные трещины в наплавленном металле и в около шовной зоне. Повышенная склонность металла шва с аустенитной структурой к возникновению кристаллизационных трещин при сварке объясняется:

Теплофизическими особенностями аустенитного металла;

Транскристаллитным строением металла шва;

Наличием легкоплавкой эвтектической составляющей, располагающейся на границах столбчатых кристаллов.

Теплофизические свойства аустенитных сталей (табл. 46) способствуют появлению в них кристаллизационных трещин.

Например, пониженная теплопроводность и повышенный коэффициент теплового расширения хромоникелевых сталей повышают напряжения, действующие в металле шва при его кристаллизации, и способствуют крайне неравномерному их распределению.

 

Транскристаллическая структура - структура, состоящая практически из одних столбчатых кристаллов. Транскристаллитное грубое дендритное строение первичной структуры связано с отсутствием структурных превращений в затвердевшем металле. Поэтому независимо от числа слоев в аустенитном шве кристаллы каждого последующего слоя становятся продолжением кристаллов предыдущего.

Легкоплавкая эвтектическая составляющая, располагающаяся на границах кристаллов, получила название межкристаллитных прослоек эвтектического характера. Эти прослойки по своему составу и структуре резко отличаются от самих кристаллов аустенита. Температура их затвердевания, как правило, ниже температуры затвердевания металла. Например, сульфидные эвтектики типа Ni₃S₂+Ni имеют температуру плавления 645 °С. Эвтектики, образуемые ниобием в системе Ni—Nb, имеют температуру плавления около 1270 °С и т. д.

Легкоплавкие эвтектики, образующие в процессе кристаллизации межкристаллитные прослойки, чрезвычайно облегчают появление кристаллизационных трещин в шве (рис. 200) и ухудшают свариваемость стали.

На основании многочисленных исследований установлено, что для придания металлу достаточной стойкости к образованию кристаллизационных трещин нужно иметь в аустенитном шве 2—5% первичного феррита (см. диаграмму). Если феррита больше, опасность появления горячих трещин уменьшается, однако при работе такого металла в области высоких температур может происходить его охрупчивание, связанное с переходом феррита в хрупкую a-фазу, залегающую по границам зерен аустенита.

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

 

Чтобы получить двухфазное строение металла, следует правильно выбрать его химический состав. Для этого нужно повысить содержание в шве элементов-ферритизаторов (Сг, Mo, Si, Ti, Nb, Zr, W, V, Al и др.) и уменьшить или ограничить содержание элементов-аустенизаторов (С, Мп, N, Си, Со).

Основным ферритизатором служит хром. По отношению к нему ферритизирующая способность остальных элементов может быть оценена такими коэффициентами: А1—2; Si — 1,5; Mo —- 1,25; W — 1; Nb — 0,5.

Аустенизирующая способность элементов-аустенизаторов по отношению к никелю выразится так: С—30; N — 30; Мп — 0,5.

Установив предварительно химический состав металла шва, можно, пользуясь приведенными коэффициентами, приближенно определить его первичную микроструктуру при помощи структурной диаграммы Шеффлера (рис.202).

Если нужно сохранить чисто аустенитную структуру сварного шва, то способами повышения стойкости металла шва к образованию трещин могут быть дополнительное легирование некоторыми элементами и измельчение его первичной структуры. Прежде всего ограничивают содержание в металле Р, S и Si, но повышают до 0,2—0,3% содержание С.

Можно заменить часть никеля марганцем (7—8%).

Наконец, дополнительно легируют шов такими элементами, как Mo, W, Nb, N и др.

 

Весьма перспективно измельчение первичной структуры однофазных швов. Как показали исследования, хорошие результаты дает воздействие на сварочную ванну ультразвуковых и механических колебаний с частотой 20— 50 кгц, а также введение элементов-модификаторов (например, Sr, Се, Ti, В и др.).

 

Повысить стойкость аустенитных швов к трещинам можно и технологическими мерами, направленными на изыскание рациональных способов режимов сварки плавлением, снижающих темп нарастания внутренних деформаций, особенно в ТИХ. Большое значение при этом приобретает форма сварочной ванны, определяющая направление роста осей кристаллитов и ориентацию их границ по отношению к оси шва. В узкой, глубокой и удлиненной сварочной ванне (большая скорость сварки) кристаллиты растут наиболее неблагоприятно — навстречу друг другу с образованием зоны слабины в центре шва. Формируемый в этом случае шов обладает низкой технологической прочностью, так как его деформационная способность в ТИХ существенно снижена.