Свариваемость разнородных сочетаний сталей

Свариваемость, т.е. пригодность сталей к формированию качествен­ных сварных соединений, является комплексной характеристикой, вклю­чающей по-казатели технологической прочности (стойкость против образо­вания горячих и холодных трещин) и показатели эксплутационной прочно­сти. Неоднородность различного типа, присущая сварным соединениям рассматриваемого вида, а также ее изменение во времени, обусловливает зависимость их эксплуатацион-ной прочности от времени и температуры. Поэтому свариваемость сочетания разнородных сталей неадекватна ее со­ставляющим и требует решения ряда до-полнительных самостоятельных проблем путем применения специальной тех-нологии сварки.

Они вызваны существенными отличиями сталей: по химическому соста-ву; коэффициентам линейного расширения; температуре плавления и тепло-физическим свойствам; температуре фазовых и структурных пре­вращений. Это приводит к получению швов аномального химического состава, которые прин-ципиально отличаются от каждой из свариваемых сталей по механическим свойствам и их стабильности, склонности к за­калке и структурным изменениям при нормальных и рабочих температу­рах в процессе эксплуатации.

Так, при сварке и наплавке сочетаний различных сталей, представ­ленных в табл. 10.1, происходит смешивание в различных соотношениях (табл. 10.3) перлитной стали с аустенитной или ферритной, либо ферритной с аустенитной. 10.3. Доли участия в шве перлитной и аустенитной сталей в зависимости от типа соединения и метода сварки

* РДС - ручная дуговая сварка.

** АДСФ - автоматическая дуговая сварка под флюсом.

*** ЭШС - электрошлаковая сварка.

Получаемый при этом химический состав шва имеет промежуточные значения по содержанию элементов и другую структуру, оцениваемую по эквивалентам хрома и никеля на диаграмме Шеффлера (рис 10.2).

Металл шва, соответствующий области А, имеет однофазную аустенит-ную структуру, весьма склонную к образованию горячих трещин кристалли-зационного и подсолидусного типа. Шов со структурой А + Ф, т.е. с аустенит-но-ферритной структурой, при повторных нагревах пре­терпевает охрупчивание в результате превращения феррита в сигма-фазу - Fe -> ). Для швов со структурой Ф (феррит) характерен рост зерна при высоких температурах и хрупкость при нормальных. Швы со струк­турой М, М + А, М + Ф, М + А + Ф имеют мартенситную составляющую, вызывающую образование холодных трещин. Это осложняет обеспече­ние свариваемости при сварке сочетаний раз-нородных сталей, так как различные дефекты возникают не только в шве, но и в околошовной зоне.

Рисунок 10.2 - Схема определения структуры в корневом шве и в отдельных слоях многопроходного шва с помощью диаграммы Шеффлера

Неоднородность химического состава сварного соединения, сло­жившаяся после его кристаллизации, вызывает внутренние напряжения, их концентрацию в отдельных зонах с пониженной прочностью, что при­водит к локальным раз-рушениям соединения или понижению его анти­коррозионных свойств.

Высокотемпературная эксплуатация сварных соединений иницииру­ет развитие диффузионных процессов, приводящих к перемещению от­дельных атомов в более стабильное, с термодинамических позиций, по­ложение, что вызывает образование хрупких и малопрочных прослоек, понижение их дли-тельной прочности, коррозионной стойкости и агрегат­ной прочности всего соединения.

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 режи-мов сварки применяют качественные и количественные методы оценки сопро-тивляемости образованию горячих и холодных трещин по ГОСТ 26389-84 и 26388-84.