При сварке разнородных сталей в образовании шва, кроме до­полнительного (электродного) металла, участвуют еще два других основных металла, зачастую существенно отличающихся по со­ставу и свойствам.

Поэтому при сварке разнородных сталей необходимо учиты­вать дополнительные факторы, от которых зависит выбор основ­ного и присадочного металлов и работоспособность сварного соединения: изменение состава шва в участках, примыкающих к основному металлу; образование в зоне сплавления разнородных материалов (линия сплавления и примыкающие к ней участки металла основного и шва) малопрочных и иепластичиых кристал­лизационных и деформационных прослоек переменного состава;

наличие остаточных сварочных напряжений в сталях разного структурного класса; эти напряжения в большинстве случаев не могут быть сняты термообработкой ввиду различных оптимальных условий термообработки сталей различного типа и различия ве­личин коэффициентов линейного расширения.

Таким образом, сварные соединения разнородных сталей имеют значительную химическую, структурную и механическую неоднородность. При многослойной сварке разнородных сталей может наблюдаться химическая неоднородность металла шва, т. е. неодинаковый химический состав металла различных слоев шва. Химический состав каждого слои шва определяется долями участия наплавленного у„ и проплавленного основного металла Тої и Vo2 со стороны каждой из свариваемых сталей.

При сварке второго и последующего слоев в состав металла данного слоя определенной долей будет входить металл преды­дущего слоя yn_j, в связи с чем содержание элемента, переходя­щего в шов из одной или другой свариваемой стали, будет несколь­ко уменьшаться, а содержание элементов, переходящих в шов из наплавленного металла, немного увеличится (табл. 85).

В результате несовершенства перемешивания наплавляемого металла с основным у границы сплавления со стороны шва воз­никают прослойки металла переменного состава. Протяженность этих прослоек обычно составляет 0,2—0,6 мм. При соединении сталей одного структурного класса и перлитных сталей с хро­мистыми (12% Сг) свойства этих прослоек в большинстве случаев имеют промежуточные значения между свойствами основного металла и металла шва (если шов выполнен электродами, обеспе­чивающими получение наплавленного металла того же структур­ного класса, что и основной металл). Наличие подобных прослоек обычно не оказывает заметного влияния на работоспособность соединения.

Если же сварку выполняют сварочными материалами, обеспе­чивающими получение металла шва аустенитного класса, то в рас-
гматриваемой зоне у границы сштаплсния со стороны стали дру­гого структурного класса образуются прослойки переменного состава, содержащие 3—12% Сг н 2—8% Ш, имеющие мартенсит­ную структуру и обладающие высокой твердостью. Протяженность таких прослоек тем больше, чем меньше запас аустенитностп металла шва. Поэтому при выборе сварочных материалов для выполнения подобных соединений целесообразно использовать такие электроды, которые обеспечивают получение наплавленного металла с большим запасом аустепитности.

Существенное влияние на строение зоны сплавления и свой­ства сварного соединения оказывает развитие в ней переходных прослоек, обусловленных диффузней углерода из нелегировэнного металла в металл, содержащий в большом количестве энергич­ные карбпдообразующие элементы. Такие диффузионные прос­лойки возникают при сварке разнородных перлитных сталей, и особенно в соединениях перлитных с высоколегированными мартенситными, ферритными и аустенитными сталями. В зоне сплавления со стороны менее легированной стали или шва обра­зуется обезуглероженная зона, со стороны легированной составля­ющей — прослойка науглероженного металла высокой твердости, содержащего большое количество карбидов.

Протяженность таких прослоек зависит от разницы в леги­ровании контактируемых материалов и достигает наибольшей величины в зоне сплавления углеродистой стали с аустенитной. В исходном состоянии (после сварки) размеры этих прослоек не­велики. Наибольшего развития они достигают при нагреве до температуры 800° С и выдержке при этой температуре. Диффузия углерода в зоне сплавлення вызывается разной термодинами­ческой стойкостью карбидов в контакти русліыхг материалах и связана с реакцией образования на границе раздела стойких кар­бидов за счет углерода, поступающего из нелегированной стали.

Интенсивность развития диффузионных прослоек зависит от прочности связи углерода в карбид в коптактирусмых материалах. При контакте высоколегированного шва с углеродистой сталью диффузионные прослойки образуются при наличии в шве таких карбидообразующих элементов, как хром, молибден, вольфрам, ванадий, марганец, ниобий, титан.

Количество углерода в менее легированном металле опреде­ляет ширину науглсроженной и обезуглероженной прослоек. При меньшем содержании углерод диффундирует из более отдаленных объемов металла, и ширина обезуглероженной прослойки увели­чивается. Повышение содержания углерода увеличивает и про­тяженность науглерожениой прослойки. Интенсивность этого про­цесса зависит также от температуры и времени. Влияние длитель­ности и температуры старения на размеры образующейся обезуг­лероженной прослойки в зоне сплавлення углеродистой стали с аустенитным хромоникелевым швом со стороны основного металла может быть охарактеризовано рис. 1-46.

Интенсивность процесса диф­фузии углерода, а следовательно, и степень химической неоднород­ности у границы сплавления можно снизить за счет замены углеродистой стали низколегиро­ванной с малым содержанием угле­рода и наличием элементов-карби - дообразователей в количестве, до­статочном для полного связывания углерода.

В соединениях метастабпльпых перлитных сталей с высоколегиро­ванной сталью уменьшить хими­ческую неоднородность вблизи границы сплавления можно пред­варительной облицовкой кромок перлитной стали более стабиль­ным перлитным наплавленным металлом; включением промежу­точных конструкционных элементов из более стабильной пер­литной стали; ограничением температуры эксплуатации в месте соединения перлитной стали с аустенитной путем рационального проектирования конструкции; отказом от термообработки сварен­ного изделия или снижением температуры отпуска до значений, при которых ширина обезуглероженной проелойкп будет иметь минимальные размеры; промежуточной наплавкой на кромки перлитной стали высоконикелевого слоя.

Наличие диффузионных прослоек влияет на работоспособ­ность сварных соединений. Вероятность разрушений но зоне сплавления свазана с появлением в этой зоне объемного напря­женного состояния и увеличением хрупкости пограпичных участ­ков шва. Кроме этого, может произойти разрушение по металлу обезуглероженной прослойки со стороны менее легированной стали ввиду его меньшей прочности при воздействии коррозион­ной среды и напряжений, а также коррозионное растрескивание по обезуглероженной прослойке.