Сварка разнородных сталей

Листать книгу

Страницы: ... ... ...

Факторы,определяющие образование и степень развития структурной неоднородности в нестабильной зоне сплавленияЕсли исходить из сложившегося уже представления о природе и механизме образования структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей, то становится очевидным, что появление этой неоднородности и степень ее развития должны определяться теми факторами, которые способствуют перемещению углерода из менее легированного металла в более легированный
...
Таким фактором может быть прежде всего температура, так как большинство конструкций, изготовляемых из разнородных сталей, работают при повышенных температурах
...
Следовательно, вторым фактором, способствующим перемещению углерода в зоне сплавления разнородных сталей, может быть время выдержки ее при высоких температурах
...
В этом случае наблюдается лишь изменение структуры углеродистой►или, заключающееся в постепенном увеличении ферритных учлстков в направлении границы сплавления (рис
...
При нагре-т- в области температур до 350° С характерной структурной неоднородности не наблюдается даже в том случае, если менее легиро-пниным металлом является обычная углеродистая сталь марки СтЗ, которая практически не содержит элементов, связывающих углерод в стойкие карбиды
...
Рассматриваемая же структурная неоднородность — явление, специфичное только для соединений сталей, заметно отличающихся по химическому составу и физическим свойствам
...
Перемещение углерода, происходящее в период сосуществования жидкого металла с твердым, не вызывает образования той структурной неоднородности, которая считается характерной для нестабильной зоны сплавления разнородных сталей
...
При этом считалось, что зона сплавления первого и второго валиков отличалась от зоны сплавления второго и третьего только тем, что в первом жидкой фазой был металл второй (аустенитной) наплавки, а во втором — первой (неаустенитной)
...
Замеченное различие авторы объясняют тем, что в первой зоне направление реактивной диффузии совпадает с направлением диффузии, обусловленной сосуществованием жидкой и твердой фаз, в то время как во второй зоне эти направления противоположны
...
При этом с помощью спектрального анализа установлено, что, несмотря на небольшое проплавление основного металла {второго валика), химический состав металла третьего валикасущественно отличается от состава металла первого валика, хотя наплавки выполнены одной и той же электродной проволокой
...
Это сделано потому, что в большинстве случаев сварки разнородных сталей в высоколегированном металле углерода содержится меньше, чем в сплавляемом с ним менее легированном металле, на основании чего, по-видимому, рассматриваемый фактор и принят как определяющий образование и степень развития структурной неоднородности в нестабильной зоне сплавления разнородных сталей
...
Содержание углерода, %, в аустеиитиом и неаустеиитиом металле исследованных соединений_Полученные результаты показали, что даже при таком весьма малом содержании углерода в неаустенитном металле как 0,04% в зоне сплавления его с аустенитной сталью после длительной выдержки соединения при высокой температуре обнаруживается заметное развитие структурной неоднородности
...
Образования ее здесь нельзя ожидать, если исходить из положения, что перемещение углерода в зоне сплавления разнородных сталей обусловливается «общим содержанием этого элемента в сплавляемых металлах
...
Если исходить из установившегося представления, то образование здесь неоднородности должно свидетельствовать о перемещении углерода из металла с меньшим содержанием этого элемента в металл, содержащий углерода больше
...
Согласно общим положениям физической химии в этой системе, как и вообще в реальных растворах, направление и скорость любых диффузионных процессов определяется не градиентом концентрации диффундируемого элемента, как это имеет место в идеальных растворах, а градиентом его химического потенциала или термодинамической активности
...
Лишь замена действительной концентрации элемента эффективной концентрацией или термодинамической активностью позволяет использовать закономерности идеальных растворов для реальных систем
...
В таком случае образование и степень развития рассматриваемой неоднородности должна определяться также и теми факторами, которые изменяют содержание углерода в твердом растворе стали
...
Следовательно, наличие в одном из сплавляемых металлов более высокого по сравнению с другим содержания элементов, способных образовывать карбиды, или элементов с более сильным сродством к углероду, чем железо или другие карбидообразующие элементы, содержащиеся во втором сплавляемом металле, действительно может быть одним из тех факторов, которые определяют образование и степень развития структурной неоднородности, наблюдаемой97
...
Согласно механизму перемещения углерода в зоне сплавления разнородных сталей содержание карбидообразующих элементов в более легированном металле, используемом в данном соединении, должно способствовать образованию и развитию этой неоднородности
...
И наоборот, в том случае, когда менее легированный металл сварного соединения разнородных сталей содержит элементы, образующие стойкие карбиды, диссоциация последних должна затрудняться и процесс перемещения углерода в более легированный металл неполучает существенного развития
...
Автором исследована зона сплавления в наплавках, выполненных на углеродистую сталь марки СтЗ железоникелевым сплавом, дополнительно легированным одним из известных карбидообразующих элементов
...
Наплавки выполняли таким образом, чтобы в наплавляемом металле обеспечивалось более 24,0% никеля, что, исходя из диаграммы состояния, необходимо для получения железоникелевых сплавов аустенитной структуры
...
Но при этом во многих случаях трудно было проследить за изменением ширины обезуглероженной прослойки, так как околошовная зона стали марки СтЗ под воздействием термического цикла сварки получила грубозернистую феррито-пер-литную структуру
...
Однако обращает на себя внимание и гот факт, что интенсивный рост ширины обезуглероженной прослойки наблюдается лишь до определенного содержания каждого карбидообразующего элемента
...
Основанием для такого построения послужило представление о процессах, происходящих в металле при его легировании карби-дообразующими элементами, согласно которому влияние на образование и степень развития структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей зависит как от содержания карби-дообразующего элемента в высоколегированном металле, так и отсодержания в нем углерода
...
Характерным для этого графика является наличие на горизонтальной оси начального участка, отсекаемого каждой кривой, которое свидетельствует о том, что при концентрациях карбидообразую-щего элемента и углерода, соответствующих отношению Ме/С в пределах этого участка, обезуглероживание менее легированного металла не происходит
...
Отношение Ме/С позволяет определить эффективное (свободное) количество содержащегося в более легированном металле карбидообразующего элемента, которое вызывает образование структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей
...
Как показали исследования, несовершенства строения металла играют важнейшую роль в выделении углерода из а-железа, так как имеющиеся при этом дислокации служат каналами для диффузии этого элемента [94]
...
Ускорение диффузии при пластической деформации обусловлено возникающими при этом подвижными дефектами типа вакансий, концентрация и время «жизни» которых на много порядков выше, чем термически равновесных [89]
...
Как показали математические расчеты, при нагреве такого образца в сечений, совпадающем с его торцом, вследствие сведенного здесь до минимума сопротивления тепловому расширению высоколегированного металла со стороны менее легированного, в зоне сплавления напряжения (растягивающие со стороны менее легированного металлаи сжимающие со стороны более легированного) снижаются до нуля
...
Темнотравящаяся прослойка, хотя в обоих сечениях она проявляется практически на одинаковой ширине, в среднем сечении является более плотной, чем на торце
...
Это свидетельствует о содержании в ней большого количества карбидов и о том, что в середине образца большее количество углерода переместилось из углеродистой стали в аустенитную
...
В среднем сечении образца, по сравнению с его торцом, содержание углерода значительно выше со стороны аустенитного металла, чем со стороны углеродистой стали (рис
...
Способы предотвращения образования структурной неоднородности, характерной для нестабильной зоны сплавленияСогласно вышеизложенному, способы предотвращения образования структурной неоднородности, характерной для нестабильной зоны сплавления разнородных сталей, должны сводиться к предотвращению перемещения углерода из менее легированного металла в более легированный
...
Опыт сварки разнородных сталей показывает, что изыскание и использование при изготовлении конструкций из разнородных сталей средств, исключающих в зоне сплавления перемещение углерода, особенно в соединениях, подвергаемых последующему нагреву, представляет собой сложную технологическую задачу, не имеющую еще окончательного решения
...
Сплавление разнородных сталей производится автоматической наплавкой или заливкой высоколегированного (аустенитного) металла на сточенный на конус отрезок трубы из менее легированной (перлитной) стали
...
Более того, имеются сведения, из которых следует, что расположение границы сплавления разнородных сталей под углом, особенно 45° к направлению разрушающих усилий, не улучшает, а даже ухудшает работоспособность сварного соединения
...
Обусловлено это тем, что при изготовлении сварного соединения разнородных сталей в виде отдельных вставок из коротких отрезков можно выполнить механическую обработку не только наружной, но и внутренней стороны сварного соединения и при этом удалить те его участки, которые наиболее часто имеют дефекты
...
С нашей точки зрения, электрошлаковый способ изготовления вставок заслуживает внимания, особенно в том случае, если переплавлять штанги, комбинируемые таким образом, что в получаемой вставке обеспечивается изменение состава от высоконикелевого сплава до применяемой в данной конструкции аустенит-ной стали и исключаются композиции, представляющие собой малопластичный металл
...
Практическое решение этой задачи предусматривает прежде всего выбор наиболее приемлемого химического состава (марки) той стали, которая используется в данной конструкции в качестве менее легированной
...
Общей рекомендацией здесь является применение низко- или среднелегированных сталей с достаточным содержанием сильных карбидообразующих элементов, таких, как ниобий, титан, ванадий, которые обладают наиболее высоким сродством к углероду
...
В этом случае можно ожидать довольно прочного связывания углерода, что, как показано в этой главе, должно уменьшить вероятность перемещения этого элемента в более легированную сталь
...
В тех случаях, когда в изготовляемой конструкции в качестве менее легированной должна применяться сталь с карбидообразующими элементами, недостаточно прочно связывающими углерод, сварку ее с высоколегированной сталью рекомендуется производить через вставку из стабилизированной стали, т
...
Более приемлемой является облицовка свариваемых кромок нестабильной низко- или среднелегированной стали слоем металла, содержащего большее количество карбидообразующих элементов либо такие из них, которые обладают большим сродством к углероду, чем элементы, входящие в состав используемой в данной конструкции высоколегированной стали
...
Для этого в большинстве случаев не нужна даже специальная сварочная проволока, так как легирование на-плавляемого металла здесь может изменяться в широких пределах за счет обмазки электродов (при ручной сварке) или керамического флюса (в случае автоматической сварки)
...
В данном случае облицовка предназначена для получения требуемого состава металла, поэтому выполняться она должна так, чтобы разбавление наплавляемого металла основным (проплавляемым) было минимальным
...
Наиболее приемлемой является облицовка при расположении кромки под углом примерно 15° по отношению к вертикали и при таком же угле наклона электрода, только в другую сторону (рис
...
Причиной этого является то обстоятельство, что во многих случаях для предотвращения перемещения углерода в зоне сплавления разнородных сталей металл облицовки должен быть такого состава, при котором в нем неизбежно образуются трещины в процессе выполнения облицовки, либо при последующей сварке собственно шва
...
Как было показано в § 1 главы IV, мягкая прослойка существенно снижает прочность сварного соединения при статическом нагружении, особенно в случае длительного воздействия нагрузки
...
Облицовка же свариваемой кромки менее легированной стали слоем металла с низким содержанием углерода сама является в сварном соединении обезуглероженным участком
...
Рекомендация эта исходит из установленного практикой факта, что сварные соединения разнородных сталей с металлом шва на никелевой основе являются наиболее приемлемыми как по стабильности структуры в зоне сплавления, так и по работоспособности в условиях высоких температур
...
Таким швом соединяются, как правило, аустенитные стали с неаустенитными, хотя в литературе можно встретить отдельные сообщения о возможности соединения таких сталей неаустенитным швом
...
Во многих случаях аусте-нитный шов следует применять также в сварных соединениях перлитных сталей с высокохромистыми ферритными, содержащими 17—28% хрома
...
Обусловлено это тем, что высокохромистые ферритные стали весьма склонны к росту зерна и поэтому при сварке сильно охрупчиваются в зоне термического влияния
...
В тех случаях, когда по каким-либо причинам нельзя применить предварительный подогрев и последующую термообработку, соединение таких сталей аустенитным швом является единственно возможным
...
Хандок и Хеат сварку аустенитных сталей с неаустенитными предлагали выполнять с предварительной облицовкой свариваемых кромок неаустенитной стали слоем никеля
...
Перечисленные рекомендации не представляют практического интереса, так как они либо трудновыполнимы, либо связаны с использованием дорогостоящего дефицитного материала
...
Напряжения в зоне сплавления разнородных сталей и пути их сниженияОдним из факторов, вызывающих образование характерной для нестабильной зоны сплавления разнородных сталей структурной неоднородности, являются напряжения, возникающие вследствие различия коэффициентов температурного расширения сплавляемых металлов
...
Совершенно очевидно, что для того, чтобы регулировать возникающие в зоне сплавления разнородных сталей напряжения, необходимо знать характер и особенности напряженного состояния их сварных соединений
...
Возникают они в основном вследствие неравномерного нагрева свариваемых элементов в процессе их сварки, а также жесткости этих элементов, которые препятствуют свободному развитию в них тепловых деформаций
...
Что касается конструкций, свариваемых из разнородных сталей, указанные характеристики которых в большинстве случаев значительно отличаются друг от друга, то исследованию возникающих в них напряжений посвящены пока лишь отдельные работы
...
Вместе с тем эти работы показали, что в сварных соединениях разнородных сталей напряженное состояние зоны сплавления может существенно отличаться от напряженного состояния сплавляемых материалов
...
Это обстоятельство, с учетом того, что зона сплавления в сварном соединении разнородных сталей является наиболее слабым местом, позволяет заключить, что отпуск конструкций, свариваемых из разнородных сталей, нельзя признать приемлемым, так как в них при этом не только не снимаются напряжения, но и ухудшается (для работоспособности сварного соединения) их распределение
...
У большинства современных соединений разнородных сталей они могут достигать величин, при которых окажут заметное влияние на работоспособность конструкции
...
Эпюры остаточных напряжений в дисках, сваренных из перлитной и аустенитной стали, после термической обработки:а — наружная часть диска выполнена из аустенитной стали; б — из перлитной
...
При этом можно ожидать не только улучшения распределения напряжений в зоне сплавления соединений, подвергнутых отпуску [47], но и снижения в ней их величины в состоянии после сварки
...
В связи с этим представляет интерес изучение изменения напряженного состояния в сварном соединении с увеличением содержания никеля в аустенитном металле
...
Поскольку этот вопрос изучен пока еще недостаточно, автором использовалось приближенное представление о распределении тепловой мощностиПредполагалось, что ошибки в распределении эффективной мощности в силу принципа местного влияния существенно проявляются только в высокотемпературной зоне, а затем быстро уменьшаются
...
При исследованиях использовалось также представление, что тепловая мощность дуги распределена равномерно по сечению шва в прямоугольнике с высотой, равной толщине свариваемой пластины, и основанием, равным средней ширине разделки, шва
...
На обратной поверхности образцов напряжения сгуу мало зависят от металла шва, так как полученные экспериментальные данные для разных его вариантов удовлетворительно укладываются на одну кривую (кривая 2)
...
Эпюра напряжений имеет резкое изменение (скачок) величины с изменением знака продольных напряжений при переходе от одного металла к другому (в зоне сплавления)
...
Поэтому наибольший интерес представляет влияние изменения содержания никеляп металле шва на те напряжения, которые возникают от различия Кициентв линейного расширения сплавляемых металлов щ-Свл«гося при эксплуатации сварного соединен^
...
Из этих данных следует, что максимальные напряжения, возникающие в соединении разнородных сталей при эксплуатации его в условиях высоких температур вследствие различия коэффициентов линейного расширения сплавляемых металлов, практически не зависят от содержания никеля в металле шва
...
Однако с увеличением его концентрации существенно уменьшается скачок напряжений в зоне сплавления металла шва с перлитным основным металлом, которая является наиболее слабым местом сварного соединения разнородных сталей вследствие скоп-
...
При использовании в сварных соединениях разнородных сталей высоконикелевого шва, и особенно шва из сплава на никелевой основе, коэффициенты линейного расширения сплавляемых металлов сближаются и тем самым снижаются дополнительно появляющиеся в зоне сплавления напряжения
...
Можно воспользоваться рекомендацией — сварку разнородных сталей производить таким образом, чтобы между ними получить один или несколько слоев аустенитного металла, имеющего промежуточный коэффициент линейного расширения
...
С этой целью сварку перлитных теплоустойчивых сталей с аустенитными предлагается производить через вставку из сплава, обладающего промежуточным коэффициентом линейного расширения по отношению к этим коэффициентам свариваемых сталей
...
Имеется также предложение применять вставку, в которой коэффициент линейного расширения изменялся бы постепенно от одного свариваемого металла к другому, что достигается изготовлением переходника из смеси порошков [124]
...
Принцип выбора аустенитного металла, сплавляемого с неаустенитнымВ настоящее время основным направлением сварки разнородных сталей следует считать применение сварочных материалов, которые обеспечивают наличие в металле шва аустенитной стали с высоким содержанием никеля или даже сплава на никелевой основе
...
Следовательно, в металле шва сварных соединений разнородных сталей содержание никеля должно иметь оптимальное значение, которое выбирается, исходя из условий, выдвигающих диаметрально противоположные требования: большее —■ для предупреждения структурной неоднородности в зоне сплавления и меньшее — с целью получения швов без трещин
...
Следовательно, содержание никеля в металле шва сварных соединений разнородных сталей должно определяться прежде всего температурой, которую может иметь зона сплавления
...
Зависимость температуры, при которой образуется структурная неоднородность в зоне сплавления аустенитного металла с углеродистой сталью марки СтЗ (с) и с перлитными сталями (б), от содержания никеля в аустенитном материале
...
Поэтому уже при 400° С в стали с нелегированным ферритом (углеродистая феррито-перлитная сталь) происходит коагуляция цементита, снижающая прочность стали
...
Атомы этих легирующих элементов наряду с упрочнением твердого раствора замещают часть атомов железа в цементите, увеличивая прочность межатомной связи, что затрудняет диффузию и, следовательно, коагуляцию карбидов
...
Из подвергнутых такому нагреву наплавок изготовлялись микрошлифы, которые исследовались на наличие или отсутствие характерной структурной неоднородности в зоне сплавления
...
Как видно из рисунка, содержание никеля в аустенитном металле, необходимое для предотвращения появления структурной неоднородности, характерной для нестабильной зоны сплавления разнородных сталей, существенно изменяется в зависимости от того, к какой из указанных выше категорий относится сварное соединение
...
Пользуясь этими данными, нетрудно показать, что в сварочной проволоке для соединений, работающих при температурах до 350° С, содержание никеля должно определяться, исходя из необходимости получения металла шва аустенитной структуры (с учетом разбавления его неаустенитным металлом), стойкого против образования трещин, так как образование структурной неоднородности в зоне сплавления этих соединений маловероятно
...
Поэтому для таких соединений могут быть использованы стандартные сварочные проволоки, обеспечивающие аустенитный металл шва с учетом разбавления его неаустенитным
...
Состав аустенитной проволоки, необходимой для получения требуемой аустенитной структуры в металле шва при таком проплавлений неаустенитной стали, можно определить, используя известную диаграмму Шеффлера
...
Известно, что при сварке обеими проволоками получают двухфазный аустенито-ферритный наплавленный металл, что в настоящее время является наиболее эффективным способом предотвращения появления трещин в обычном аустенитном металле шва
...
Как уже указывалось, в конструкциях, подвергаемых нагреву, при котором получают заметное развитие диффузионные процессы (термообработка или эксплуатация при высоких температурах), ■с повышением содержания марганца в хромоникелевом аустените существенно снижается пластичность металла зоны сплавления с неаустенитным металлом, что может вызвать преждевременное разрушение сварного соединения
...
В рассматриваемой группе соединений, поскольку они эксплуатируются при температурах до 350° С и их нет смысла подвергать какой-либо термообработке, применение аустенитного металла шва с повышенным содержанием марганца вполне допустимо
...
Если же эта сталь по каким-либо причинам применяется в соединениях, работающих при температурах, заметно ниже тех, для которых она предназначена, ее можно сваривать с высоколегированной сталью проволокой с меньшим содержанием никеля
...
Такой принцип позволяет дифференцировать содержание никеля в металле шва и тем самым более эффективно использовать этот дефицитный и дорогой легирующий металл, высокое содержание которого в сварных соединениях, длительно работающих при высоких температурах, необходимо для сохранения стабильности зоны сплавления
...
Оптимальный состав сплава для металла шва сварных соединений разнородных сталейДля предотвращения появления структурной неоднородности в зоне сплавления неаустенитного металла с аустенитным последний должен иметь высокое содержание никеля
...
Эта неоднородность, как показано рядом исследований, совершенно отсутствует при любых выдержках в условиях сколь угодно высоких температур, если в качестве аустенитного металла используется чистый технический никель; Однако чистый никель нельзя применить для со-единения разнородных сталей, так как его механические свойства не удовлетворяют тем требованиям, которые предъявляются к конструкциям, комбинируемым из этих материалов
...
Подтверждается это данными по исследованию возможности повышения прочности железонике-левого наплавленного металла легированием его алюминием, который может образовывать интерметаллидную фазу типа №3А1, позволяющую повысить прочностные характеристики сплава [97]
...
Как видно из рисунка, при легировании железоникелевого сплава алюминием несколькоповышаются прочностные характеристики; Дальнейшее увеличение концентрации алюминия нежелательно, так как имеются сведения, что при содержании этого элемента в никелевом сплаве более 3—4% значительно ухудшается деформируемость в горячем состоянии
...
Физическая сущность этого упрочнения состоит в том, что алюминий сильно снижает растворимость титана в никеле и тем самым способствует образованию интерметаллидной фазы N1X1 (г)-фаза)
...
Снисаря показали, однако, что в железоникелевом металле шва совместным легированием алюминием и титаном нельзя получить нужных прочностных характеристик
...
По эффективности карбидообразования хром занимает, как показано выше, всего лишь третье место в ряду всех карбидообразующих элементов, расположенных по возрастающей степени сродства к углероду
...
Следовательно, желательное с целью упрочнения сплава повышение содержания хрома не должно ограничиваться исходя из возможности развития структурной неоднородности в зоне сплавления с низколегированным металлом
...
Как видно из рисунка, в случае высокого содержания никеля в металле шва даже при 35 % Cr после длительной выдержки при высокой температуре неI происходит существенных структурных изменении как в зоне , сплавления с перлитной сталью, так и в самом шве
...
Поэтому окончательной оценкой пригодности сплавов, удовлетворяющих требованиям к механическим свойствам, должна быть стойкость наплавляемого металла против образования горячих трещин
...
По этой причине, а также вследствие того, что молибден является дефицитным материалом, его содержание в металле шва сварных соединений разнородных сталей желательно ограничивать
...
Известно, однако, что по мере повышения концентрации хрома ухудшается деформируемость высоконикелевого сплава в горячем состоянии, причем ухудшение это может быть настолько значительным, что существенно затруднит изготовление из него12
...
Сварка жестких стыков показывает, что при таких содержаниях никеля для надежного предупреждения горячих трещин в металле шва сварочная проволока должна иметь молибдена соответственно не менее 1, 3, 7 и 10%
...
Сварочные материалы для соединения разнородных сталейВ результате проведенных исследований был установлен оптимальный состав сплава, пригодный для металла шва соединений разнородных сталей
...
Требование это обусловлено тем, что во многих металлах при неблагоприятном составе вследствие длительного воздействия высокой температуры происходит изменение структуры, в результатечего металл теряет присущие ему механические свойства
...
В углеродистых и легированных перлитных сталях при этом происходит сфероидизация цементита и коагуляция карбидных выделений, что приводит к охрупчиванию металла
...
В настоящее время имеются данные, свидетельствующие о том, что эта хрупкая структурная составляющая образуется не только из феррита вследствие превращения б(а) ■— о, но и непосредственно из аустенита по схеме V -»■ °- Иными словами, сейчас принято считать, что к образованию о-фазы при нагреве склонны не только двухфазные, но и чисто аустенитные стали
...
Более точно оценить склонность аустенитного металла к появлению а-фазы — позволяет исследование микроструктуры после длительного нагрева в интервале температур 650—875° С
...
При этом следует только учитывать, что наплавляемый аустенитный металл в случае сварки разнородных сталей разбавляется расплавляемым свариваемым металлом, часть которого в конструкциях, изготовляемых из разнородных сталей, как правило, является неаустенитным
...
В таких условиях надежно предупредить образование в металле шва мартенситной структуры можно лишь при условии, что используемые электроды обеспечивают получение наплавленного металла с достаточным запасом аус-тенитности
...
Такой металл шва настолько склонен к образованию трещин, что появления их нельзя избежать при применении почти всех ранее существовавших электродов, обеспечивающих высоконикелевый металл шва
...
Так, в ряде случаев трещины, особенно при выполнении швов больших сечений, обнаруживаются в верхней части валика, выполняемого электродами типа ЭА-ЗМ6, при которых наплавленный металл содержит 25% никеля, и их по предложенной классификации следует отнести к электродам второго типа
...
Кроме того, металл шва, получаемый при сварке электродами ЦТ-28, имеет невысокие пластические свойства и большую склонность к старению, что вполне допустимо для сварных соединений никелевых сплавов, работающих при 800—850° С, для которых предназначены эти электроды, и неприемлемо для сварных соединений разнородных сталей
...
Для предупреждения при таком сравнительно небольшом содержании хрома и столь высокой концентрации никеля образования трещин в металле шва в обмазку этих электродов вводится 30% молибденового порошка
...
При этом в металле шва получается такое количество молибдена (10—12%), которое при указанном содержании хрома и никеля не всегда исключает образование трещин в металле шва
...
Такие свойства вполне допустимы для соединения ряда жаропрочных сплавов, что соответствует назначению электродов ИМЕТ-4, но они неприемлемы для сварных соединений разнородных сталей в конструкциях, эксплуатируемых при температурах выше 550° С
...
Указанные температуры относятся к тем случаям, когда менее легированная сталь в изготовляемом соединении выбрана, исходя из допустимых для него температур эксплуатации
...
С учетом указанных температур, электроды АНЖР-1 могут быть использованы прежде всего для изготовления энергетического оборудования из разнородных сталей
...
Для сравнения на рисунке нанесены графики, построенные по приведенным в литературе данным о длительной прочности сталей, которые использованы в соединениях как менее легированные составляющие при сложных (более низких и болеевысоких) температурах
...
Как видно из рисунка, длительная прочность сварных соединений, выполненных предложенными электродами, полностью удовлетворяет предъявляемым требованиям
...
В сварных соединениях разнородных сталей в отличие от соединений сталей с близким химическим составом, которые при испытании на длительную прочность разрушаются всегда в одном и том же месте и имеют один и тот же характер разрушения, с изменением температуры испытания и величины нагрузки изменяются место и характер разрушения
...
Сварные соединения, разрушаемые при одних условиях по основному металлу вдали от зоны сплавления и с высокими показателями пластичности, с изменением условий испытания могут разрушаться хрупко по зоне сплавления
...
В таких соединениях с повышением температуры испытания в зоне сплавления развивается структурная неоднородность, которая приводит к преждевременному разрушению конструкции
...
При довольно высоких нагрузках, вызывающих разрыв испытываемых образцов за сравнительно короткое время (до 1500 ч) разрушение происходит по основному (перлитному) металлу вдали от зоны сплавления и имеет вязкий характер
...
Обусловленная этим различная их деформационная способность в условиях высоких температур приводит к тому, что при определенных температурах и времени воздействия приложенной нагрузки деформация испытываемого образца локализуется в зоне сплавления, что создает здесь концентратор напряжений, который и вызывает разрушение
...
Следовательно, одним из путей устранения разрушения сварных соединений разнородных сталей по зоне сплавления может быть приближение жаропрочности металла шва к жаропрочности используемой в соединении перлитной стали
...
Шлаковые включения в многослойном аустенитном шве при сварке в защитных газах и механизм их образованияЗначительная часть конструкций, комбинированных из разнородных сталей, имеет такие размеры и форму, что для механизации сварочных работ наиболее приемлемой является сварка в среде защитных газов
...
Этот вид сварки обладает рядом особенностей, в силу которых он в ряде случаев является наиболее приемлемым, а иногда и единственно возможным способом механизированной сварки
...
Между тем, появляется все больше конструкций, где указанным способом необходимо сваривать специальные высоколегированные стали с низко- или вовсе нелегированиыми сталями
...
Почти все имеющиеся в настоящее время сообщения об успешном применении такой сварки для соединения аустенитным швом относятся к однослойной сварке или к двухслойной, выполняемой с двух сторон
...
Из-за образования на поверхности наплавляемого металла трудноудаляемого слоя окислов возможно чрезмерное загрязнение металла шва шлаковыми включениями [75]
...
При этом было лишь установлено, что количество шлаковых включений можно несколько уменьшить, если сварку производить проволокой, не содержащей молибдена
...
В настоящее время сварка в аргоне является основным способом сварки в защитных газах конструкций из тонколистовых нержавеющих и других высоколегированных сталей и сплавов
...
При наплавке на углеродистую сталь марки СтЗ отдельных валиков и заварке канавок несколькими слоями, установлено, что сварка аустенитной проволокой даже в одном аргоне, т
...
Отсюда следует, что для предотвращения появления шлаковых включений в многослойном шве при сварке аустенитной проволокой в защитных газах необходимо исключить образование на поверхности наплавляемого металла слоя окислов или существенно уменьшить его толщину
...
Поэтому естественно предположить, что образование шлаков, наблюдаемых в многослойных швах при сварке в защитных газах аустенитной проволокой, связано с химическим составом получаемого при этом металла шва
...
Содержание других элементов в современных аустенитных сталях и в предназначенных для их сварки проволоках определяется условиями, в которых эти стали и их сварные соединения должны работать
...
Отсюда следует, что для сварки в защитных газах сталей, требующих аустенитных швов, так же, как и при сварке неаустенитных сталей в углекислом газе, необходимо применять специальную проволоку, особенно для выполнения многослойных швов
...
Как показано выше, при всех используемых в настоящее время для сварки газах, несмотря на то, что выполняется она в защитной среде, происходит некоторое, а иногда и довольно интенсивное окисление наплавленного металла кислородом, который всегда в том или ином количестве присутствует в используемом газе
...
Окислы, образующиеся при окислении жидкого металла, скапливаются в виде шлака на зеркале сварочной ванны и затем кристаллизуются на поверхности металла шва, образуя шлаковую корку
...
Наличие этой пленки и ее толщина являются первым условием, определяющим химическое сцепление шлаковой корки с металлом шва и, следовательно, ее отделимость
...
Вторым условием появления химического сцепления шлаковой корки с металлом шва является наличие в шлаке окислов, кристаллизующихся с образованием решетки, подобной решетке соединений, которые составляют окисную пленку на поверхости наплавленного металла
...
В связи с этим здесь исключается химическое сцепление шлаковой корки с металлом шва, что позволяет полностью ее удалить и тем самым предупредить образование шлаковых включений в многослойном шве
...
В результате этого при наложении последующего слоя отдельные участки образовавшейся на предыдущем слое шлаковой корки могут оставаться нерасплавленными, что и приводит к образованию шлаковых включений в многослойном шве
...
Даже в случае, когда при наложении последующего слоя шлаковая корка на предыдущем слое переплавляется полностью, не исключено, что в отдельных (удаленных) участках ее расплав будет перегрет недостаточно, и, следовательно, будет обладать высокой вязкостью, в силу чего он не сможет всплыть на поверхность сварочной ванны и останется в закристаллизовавшемся металле в виде шлакового включения
...
Следовательно, от слоя к слою при многослойной сварке в защитных газах аустенитной проволокой должна повышаться вероятность образования в металле шва шлаковых включений
...
Сказанное подтверждается тем, что в верхней части многослойного аустенитного шва, выполняемого сваркой в защитных газах, шлаковые включения обнаруживаются даже тогда, когда их нет в нижней его части [35]
...
Отмеченное в некоторой степени свидетельствует о состоятельности изложенного механизма образования шлаковых включений в металле шва при многослойной сварке в защитных газах аустенитной проволокой
...
Способы предотвращения образования шлаковых включенийПричиной образования шлаковых включений в многослойном шве при сварке в защитных газах аустенитной проволокой является наличие на поверхности каждого слоя прочно удерживающейся тугоплавкой окисной пленки
...
Кроме того, дуга в аргоне характеризуется неустойчивым положением катодного пятна на поверхности свариваемого металла, вследствие чего усиление имеет неровные края [119]
...
Как узкое и высокое усиление, так и пальцеобразный провар затрудняют сплавление отдельных слоев в многослойном шве, в силу чего в последнем образуются шлаковые включения
...
Это обстоятельство позволяет заключить, что для предотвращения образования шлаковых включений в металле шва многослойную сварку в аргоне следует производить на докритических токах, хотя они; как известно, не обеспечивают оптимального характера процесса и разбрызгивания
...
Это обстоятельство позволяет считать, что основной причиной шлаковых включений, наблюдаемых в аустенитном многослойном шве при сварке в аргоне, является образование на поверхости каждого слоя (валика) прочноудержи-ваемой и тугоплавкой шлаковой корки
...
В силу этого еще менее вероятно получение без шлаковых включений аустенитных многослойных швов при сварке их в таких распространенных защитных средах, как углекислый газ и смесь аргона с кислородом
...
Такая проволока должна иметь химический состав, при котором затруднено образование и рост окисного слоя на поверхности наплавляемого металла или исключено образование в шлаке соединений, из которых достраивается этот слой [33, 34]
...
Как видно из рисунка, в этой области температур, а также при температурах, при которых металл сварочной ванны находится в жидком состоянии, наименьший термодинамический потенциал (наибольшую его убыль) имеют окислы циркония
...
Следовательно, цирконий является элементом, который из всех практически возможных составляющих металла шва в условиях сварки обладает наибольшим сродством к кислороду
...
Это означает, что цирконий может наиболее эффективно предотвратить окисление хрома, молибдена, ванадия и вольфрама при сварке в защитных газах слож-нолегированной аустенитной проволокой и, следовательно, улучшить отделимость шлаковой корки, а тем самым и предотвратить образование шлаковых включений в многослойном шве
...
Стретовичем разработан специальный колеба-тель, с помощью которого требуемая амплитуда колебания электрода устанавливается автоматически и изменяется без прекращения процесса [37]
...
Отличительной особенностью предложенного механизма является и то, что он позволяет осуществить непрерывную сварку многослойного шва, автоматически изменить при этом не только амплитуду колебания электрода, но и его подъем от сйШ- к слою
...
Сварка высокохромистых разнородных сталейВ современных металлоконструкциях в ряде случаев возникает необходимость высоколегированные стали сваривать не только со средне- и низколегированными или обычными углеродистыми, но и между собою
...
При этом необходимо соединять стали разных классов, например высокохромистые мартенситные с ферритными или аустенитными или перечисленные стали со сталями переходного класса (аустенито-ферритными, аустенито-мартенситными и мар-тенсито-ферритными)
...
Поэтому для их сварки нет надобности применять сварочные материалы, обеспечивающие получение металла шва химического состава, промежуточного между составом свариваемых сталей
...
Поэтому необходимо принимать меры, исключающие образование околошовных трещин или уменьшающие снижение вязких свойств в зоне термического влияния свариваемой стали, которое здесь не может быть восстановлено даже последующей термической обработкой
...
Это снижение зависит от химического состава свариваемой стали, и прежде всего от содержания углерода и легирующих элементов, снижающих температуру у М превращения и упрочняющих твердый раствор
...
С понижением погонной энергии (снижение тока или повышение скорости сварки) металл околошовной зоны охлаждается быстрее, вследствие чего повышается степень его закалки и поэтому увеличивается вероятность образования околошовных трещин
...
Если эти стали используются в конструкциях, предназначенных для эксплуатации без динамических (ударных) нагрузок, сварку их без подогрева можно производить и при больших толщинах
...
Поэтому конструкции, в которых используются высокохромистые стали фер-ритного класса, следует сваривать на режимах, обеспечивающих минимально возможную погонную энергию, т
...
Чем выше его разогрев, тем медленнее охлаждается металл зоны термического влияния и тем больше времени пребывает он при температурах, вызывающих рост зерна
...
Более того, многослойную сварку таких конструкций необходимо производить с охлаждением после наложения каждого слоя до минимально возможной температуры, вплоть до комнатной
...
В случае изготовления конструкции, в которой высокохромистая ферритная сталь должна свариваться со сталью мартенситного класса, сварку которой, как показано выше, следует производить с подогревом, чтобы избежать вредного влияния его на околошовную зону ферритной стали, свариваемые кромки последней облицовываются слоем металла, менее склонного к росту зерна
...
Воздействие же на эти стали термического цикла сварки, для которого характерны высокотемпературный нагрев и быстрое охлаждение, приводит к потере общей коррозионной стойкости в зоне термического влияния и появлению склонности к межкристаллитной коррозии
...
Поэтому для того, чтобы получить сварное соединение, стойкое против коррозии, его следует подвергать отпуску по режиму, применяемому для обработки стали соединения, требующей более низкой температуры отпуска
...
При изготовлении конструкций, предназначенных для работы в агрессивных средах, следует учитывать, что наплавленный металл аустенитного класса, если он является хромоникелевым сплавом, из-за большого содержания никеля в серосодержащих средах склонен к сульфидной коррозии
...
Последние появляются вследствие того, что при содержании углерода выше предела растворимости образующаяся аустенитная структура стали находится в состоянии неустойчивого равновесия
...
Выпадение карбидов хрома приводит к снижению содержания этого элемента в пограничных участках зерна, так как диффузия углерода из центральных участков зерна к границе вследствие значительно большего ее коэффициента, чем коэффициент диффузии хрома, протекает значительно быстрее и поэтому вновь поступивший в пограничные участки углерод соединяется с содержащимся здесь хромом
...
Снижение содержания хрома в пограничных участках зерна, особенно ниже так называемого порога устойчивости, равного 12,5%, приводит к потере в этих участках способности к пассивации, что
...
При выборе конкретною содержания этого элемента необходимо учитывать, что чем меньше сталь содержит углерода, тем после более длительной выдержки в области критических температур она становится склонной к межкристаллитной коррозии
...
При наличии этих элементов в стали углерод, выделившийся в процессе повторного нагрева из твердого раствора, прочно связывается и тем самым исключается его соединение с хромом, приводящее к обеднению этим элементов пограничных участ-ков зерен
...
В результате этого участки околошовной зоны такой стали при кратковременных нагревах в области критических температур (600—800° С) не становятся склонными к межкристаллитной коррозии
...
Поэтому прежде всего ими должна быть легирована хромоникелевая аустенитная сталь, используемая в конструкции, предназначенной для работы в агрессивных средах, и содержащая углерода больше предела его растворимости
...
Совершенно очевидно, что содержание этих элементов в указанной стали должно быть таким, чтобы обеспечить соединение всего углерода, выделяющегося из твердого раствора при повторном нагреве, количество которого равно разности между концентрацией углерода в стали и его предельной растворимостью, равной, как принято считать, 0,02%
...
При этом необходимо полученное количество несколько завысить, так как некоторая часть его должна оставаться в твердом растворе, а часть может быть израсходована на взаимодействие с другими находящимися в стали элементами
...
Из сказанного следует, что в конструкциях, требующих высоколегированных хромоникелевых сталей и предназначенных для работы в агрессивных средах, лучше использовать не аустенитные, а аус-тенито-ферритные стали
...
Даже в том случае, если конструкции подвергаются одновременному воздействию и высокой температуры и агрессивной среды, применять для их изготовления коррозионно-стойкую двухфазную аустенито-ферритную сталь не следует
...
Поэтому даже в тех случаях, когда в аустенитном металле, используемом в конструкциях, предназначенных для эксплуатации в условиях высоких температур, необходимо наличие феррита, например для предотвращения появления в металле шва горячих трещин, содержание его следует ограничивать
...
На этом основании некоторые исследователи полагают, что 475-градусная хрупкость высоколегированных сталей вызывается образованием в твердом растворе богатых хромом комплексов, которые при последующем отпуске рас-сеиваются вследствие происходящего при этом выравниваниясодержания хрома
...
Сварка высокохромистых сталей с хромоникелевымиВысокохромистые ферритные, мартенсито-ферритные и мартенситные стали могут свариваться с хромоникелевыми аустенитными, аустенито-ферритными и аустенито-мартенситными сталями
...
При сварке высокохромистых сталей с хромоникелевыми прежде всего необходимо предпринимать меры, исключающие образование околошовных трещин (если используются мартенситные или мартенсито-ферритные стали) и чрезмерный рост зерна в зоне термического влияния (в случае использования ферритных сталей)
...
Кроме того, при сварке высокохромистых сталей с хромоникелевыми должно быть исключено изменение структуры свариваемой стали в околошовной зоне, вызывающее ее охрупчивание
...
Если рассматриваемая композиция сталей используется в конструкциях, предназначенных для работы в агрессивных средах, необходимо принимать меры, позволяющие исключить появление склонности к межкристаллитной коррозии, или устранить ее, если она появилась
...
Требование к ним исключить образование в сварном соединении структурной неоднородности, характерной для нестабильной зоны сплавления разнородных сталей, может не учитываться
...
В зоне сплавления сварных соединений этих сталей вследствие высокого содержания в них хрома, являющегося довольно сильным карбидо-образующим элементом, процесс перемещения углерода не получает сильного развития
...
Использование других материалов неизбежно приводит к образованию в металле шва мартенситной структуры, которая снижает его пластичность и даже может вызвать возникновение в нем трещин
...
При этом следует применять такие из них, которые в случае получения металла шва аустенитной структуры обеспечивают образование в нем определенного количества феррита
...
Если шов должен содержать большее количество углерода, его необходимо легировать элементами, обладающими более высоким сродством к углероду, чем хром, например, титаном, ниобием, ванадием, вольфрамом, цирконием или танталом
...
Особенности сваркиОсновной особенностью сварки разнородных сталей является необходимость исключить образование в зоне сплавления особой структурной неоднородности, которая приводит к настолько сильному изменению структуры и следовательно, свойств сплавляемых металлов, что в процессе эксплуатации сварного соединения происходит преждевременное его разрушение
...
Подобная структурная неоднородность обнаруживается также в соединениях сталей, относящихся к одному классу (однородных сталей), но существенно отличающихся по химическому составу
...
Как показал опыт, при сварке сталей одного структурного класса различие химического состава их наиболее существенно влияет на образование в зоне сплавления структурной неоднородности в соединениях перлитных сталей
...
Поэтому в настоящей главе рассматриваются особенности сварки только этих сталей и только применительно к ним излагается сущность мер, необходимых для предотвращения образования в зоне сплавления характерной структурной неоднородности
...
Следовательно, в сварном соединении таких сталей в зоне сплавления может образоваться структурная и механическая неоднородность, снижающая работоспособность конструкции, особенно при эксплуатации ее в условиях повышенных температур
...
Возможные варианты технологии сваркиИз предыдущего параграфа следует, что технология сварки' перлитных сталей различного легирования должна быть такой, чтобы в сварном соединении исключалось образование околошовных трещин и структурной неоднородности, характерной для нестабильной зоны сплавления разнородных сталей
...
При затруднениях в использовании аустенитного шва сварку можно выполнять с предварительной облицовкой кромки закаливающейся стали, применение которой, как это следует из гл
...
Облицовка должна выполняться металлом, не склонным к закалке, и на толщину, превышающую ширину закаливающегося участка в зоне термического влияния, для режима, на котором осуществляется последующая сварка
...
В случае сварки с предварительной облицовкой отпуску могут подвергаться только облицованные элементы конструкции, что существенно облегчает его выполнение
...
В этом случае создается наименьшая вероятность появления в металле шва, особенно в слоях, примыкающих к более легированной стали, малопластичных структур, которые снижают пластические свойства и даже могут привести к образованию трещин
...
Однако при использовании этого принципа при сварке сталей, существенно отличающихся содержанием углерода и карбидообразующих элементов, например углеродистых сталей с среднелегированными в сварных соединениях, подвергаемых термообработке или длительно эксплуатируемых в условиях повышенных температур, в зоне сплавления возможно образование структурной и механической неоднородностей, которые снижают работоспособность конструкции
...
Чтобы предотвратить образование этой неоднородности, или снизить вероятность ее появления, свар-ку перлитных сталей, существенно отличающихся по содержанию углерода и карбидообразующих элементов, в конструкциях, подвергаемых термообработке или предназначенных для работы в условиях повышенных температур, следует производить материалами, обеспечивающими получение металла шва химического состава, являющегося промежуточным между составом свариваемых сталей
...
Рекомендуемые материалы для сварки перлитных сталей, существенно отличающихся по химическому составуВ связи с ограниченным выбором сварочных материалов, которые обеспечивают получение металла шва промежуточного химического состава, возможен и другой вариант сварки перлитных сталей, существенно отличающихся по химическому составу
...
В этом случае рекомендуется сначала приварить переходной элемент к части'конструкции, изготовленной из среднелегированной стали, произвести отпуск сварного соединения или полученной при этом заготовки в целом, а затем
...
Использование переходных элементов также нельзя признать способом, позволяющим полностью решить задачу сварки углеродистых сталей со среднелегирован-ными
...
Облицовка позволяет довольно легко получить свариваемый металл любой степени легированное™ за счет изменения состава обмазки электродов при выполнении ее вручную или керамического флюса в случае автоматической сварки под флюсом
...
Поэтому в случае изготовления тонкостенных конструкций из перлитных сталей, существенно отличающихся по химическому составу, наиболее приемлемым является использование переходных элементов
...

Основы сварки давлением
Охрана труда при сварке в машиностроении
Сварка химически активных и тугоплавких металлов и сплавов
Сварка разнородных сталей
Пористость сварных швов и меры борьбы с ней
Теория сварочных процессов
Дефекты сварных швов и соединений

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Сварка разнородных сталей