Пониженная стойкость металла шва к образованию кристаллизационных трещин, обусловленная повышенным содержанием углерода и легирующих элементов и воздействием серы;
Трудность получения металла шва, околошовной зоны и сварного соединения в целом с механическими свойствами, одинаковыми с основным металлом или близкими к его свойствам.
Холодные продольные трещины — наиболее распространенный дефект околошовной зоны при сварке среднелегированных сталей перлитного и мартенситного класса. Причины появления этих трещин здесь те же, что и у низколегированных термоупрочненных сталей, однако, чувствительность значительно большая и, к тому же, резко возрастающая с повышением прочности сварных соединений. Повышенное содержание в этих сталях углерода и легирующих элементов увеличивает устойчивость аустенита и смещает мартенситное превращение в область пониженных температур.
Опасность возникновения холодных трещин при сварке среднелегированных сталей можно существенно снизить замедлением скорости охлаждения в мартенситном интервале температур и созданием условий для развития самоотпуска мартенсита, в результате чего получится более пластичный металл.
Серьезной проблемой свариваемости среднелегированных сталей является пониженная сопротивляемость швов образованию горячих трещин. Это связано с необходимостью сохранения в шве повышенных концентраций углерода и других легирующих элементов для получения требуемых свойств металла шва.
Известно, что S и Р способствуют образованию межкристаллитных легкоплавких эвтектических прослоек, снижают сопротивляемость горячим трещинам. В то же время, добавки Сг, Мо, W, V и Ti влияют весьма благотворно.
Поэтому при сварке среднелегированных сталей следует тщательно выбирать композицию шва, осуществляя вместе с тем его рафинирование и модификацию.
Одновременно используют и технологические меры, применяя режимы, обеспечивающие высокий коэффициент формы провара, а также снижение темпа нарастания деформаций (например, предварительным подогревом).
Получение равнопрочных сварных соединений из высокопрочных среднелегированных сталей — не менее важная проблема их свариваемости. Трудность ее решения обусловлена высокими механическими свойствами этих сталей, получаемых с применением новейшей металлургической технологии (например, электрошлакового переплава), обжатия слитков на прессах перед прокаткой и сложной термической обработки (отжиг, нормализация, закалка с отпуском), улучшающих структуру, физическую и химическую однородность металла.
Сварные соединения аналогичным операциям не подвергают, поэтому литая столбчатая структура шва вместе с крупным зерном в околошовной зоне и участком разупрочнения оказываются неравноценными по свойствам основному металлу. Пути получения равнопрочных сварных соединений различны в зависимости от того, применяется ли после сварки термообработка.
Сварные соединения, не подвергающиеся термической обработке после сварки. Возможны два варианта получения таких сварных соединений:
1. Получение металла шва с пределом прочности при сохранении пластичности и вязкости, близких к этим свойствам основного металла. Этому отвечает образование в шве перлитных структур тонкого строения с минимальным выделением избыточного феррита.
2. Получение металла шва с аустенитной структурой и с пределом прочности до 55 кГ/мм2. Соответственно регулируя термический цикл сварки, в обоих случаях можно получить и околошовную зону с нужными свойствами.
Высокие механические свойства металлов шва и околошовной зоны для первого варианта достигаются путем измельчения первичной и вторичной структур металла. Измельчение первичной структуры возможно за счет следующих процессов:
1) модифицирования металла элементами-модификаторами (Ti, А1 и др.);
2) увеличения скорости кристаллизации металла ванны путем создания меньшего объема ванны или применения многослойной сварки.
Однако следует иметь в виду, что при сварке сталей sв > 75 кГ/мм2 пока еще не удается получить сварное соединение, равнопрочное с основным металлом. В этом случае пластичность и ударная вязкость металла шва будет ниже, чем у основного металла. Трудно избежать и разупрочнения взоне термического влияния.
При изготовлении особо ответственных конструкций, для которых последующая термическая обработка недопустима, выполняют сварные соединения по второму варианту, т. е. обеспечивают получение металла шва с аустенитной структурой, а для равнопрочности с основным металлом увеличивают сечение шва.
В этом случае металл шва, отличаясь по химическому составу от основного металла, обладает очень высокой пластичностью и вязкостью (несмотря на наличие грубой литой структуры) и сохраняет высокую деформационную способность как при низкой температуре, так и при ударном приложении нагрузки. Наряду с большой деформационной способностью таких швов, наблюдается повышенная стойкость околошовной зоны к образованию холодных трещин, в особенности, отколов.
Сварные соединения, подвергающиеся термической обработке после сварки.
Если металл шва близок по химическому составу к основному, то все соединения целесообразно подвергнуть полной термической обработке — закалке с высоким отпуском. Этим достигается равноценность сварного соединения основному металлу по всему комплексу физико-химических свойств.
Однако получить наплавленный металл того же химического состава, что и основной, очень трудно из-за низкой стойкости швов к образованию кристаллизационных трещин. Поэтому часто идут по пути некоторого снижения содержания в шве С и Si и замены их другими легирующими элементами, повышающими стойкость шва к образованию трещин.
Когда наплавленный металл по своему химическому составу несколько отличен от основного, используют режим термической обработки, установленный для свариваемой стали, но с корректировкой параметров применительно к сварным соединениям. Если, например, наплавленный металл содержит меньше углерода и легирующих элементов, чем основной, назначают нагрев под закалку до более высоких температур, благоприятно влияющих на изменение структуры околошовной зоны.
Иногда термическая обработка ограничивается лишь высоким отпуском — для получения более равновесных структур и полного снятия сварочных напряжений. Перекристаллизацию в наплавленном металле и в околошовной зоне высокий отпуск не обеспечивает. Поэтому с его помощью нельзя устранить грубую столбчатую структуру или крупнозернистость околошовной зоны.
Во всех случаях термическую обработку сварных соединений, выполненных из среднелегированных сталей, следует производить своевременно, т. е. в период от окончания сварки до возможного появления холодных трещин. В зависимости от состава стали, типа соединения и других факторов этот период может длиться от десятков часов до нескольких минут.
……………………………………………………………………………………………………….
