Сварка разнородных сталей

В сварных конструкциях, применяемых в энер­гетическом и химическом машиностроении, атомной, ракет­ной технике; их отдельные части могут работать в разных условиях: при высоких температурах, в агрессивных средах. Они должны быть изготовлены из сталей, обла­дающих жаропрочностью и коррозионной стойкостью, в то время как другие части конструкции, работающие при нормальных температурах в неагрессивных средах, могут изготавливаться из недорогих обычных сталей.

Естественно, что в практике возникает необходимость сварки разнородных сталей в самых различных сочета­ниях. Особую группу комбинированных конструкций из разнородных сталей составляют так называемые биметал­лические конструкции, в которых из легированной стали

изготовляют не отдельные детали, а лишь их поверхност­ные слои, непосредственно примыкающие к агрессивной среде или к источнику интенсивного износа.

В практике эксплуатации комбинированных конструк­ций из аустенитной хромоникелевой стали с неаустенит- ными имелись случаи разрушений разнородных соеди­нений. Основной причиной таких разрушений считают диффузию углерода из участков металла соединения, в ко­тором углерода больше, в сторону металла с пониженным содержанием углерода, пли в направлении такой струк­турной составляющей, которая более легко растворяет углерод, как например аустенпг. Скорость диффузии увеличивается с повышением температуры и времени выдержки при этой температуре, а количество углерода, которое диффундирует через поверхность в единицу времени, пропорционально разности концентрации угле­рода в обеих сталях. Так, в комбинированном соедине­нии из ферритной или перлитной стали с хромоникелевой аустенитной по линии сплавления наблюдается диффузия углерода из ферритной стали в аустенитную, в которой меньше углерода и больше хрома. В результате диффузии в ферритной или перлитной стали образуется обезугле - роженный слой, а в пограничном участке аустенитной стали содержание углерода резко возрастает, достигая 1 % и более. При работе таких сварных соединений под нагрузкой разрушение может произойти либо по разу - нрочненному слою ферритной (перлитной) стали, либо по хрупкому подуглероженному слою в аустенитной стали. Явление диффузии углерода из неаустенитной стали в аустенитную наблюдается в производстве двух­слойных сталей, при сварке этих сталей и при эксплуата­ции конструкций из двухслойной стали. Для уменьшения диффузии углерода при сварке разнородных сталей пред­лагается легирование неаустенитной стали более энергич­ными, чем хром, карбидообразователями — титаном, нио­бием. Тогда, полагают, углерод будет связан в устойчи­вые карбиды и не будет диффундировать навстречу хрому. Или же рекомендуется предварительная облицовка кромок неаустемитной стали высоконикелевым сплавом типа Х15Н60. В этом сплаве углерод диффундирует крайне медленно.

Существенное влияние на качество комбинированных соединений оказывает различие физических свойств сва­риваемых сталей, что иногда являлось причиной разру - иібИия сварных соединении разнородных сталей еще в процессе термической обработки. В комбинированных конструкциях используется большое разнообразие марок сталей как по химическому составу, так и по структуре; и в каждом случае требуется частное решение как по выбору сварочных материалов, так и по технологии сварки.

При изготовлении комбинированных конструкций из разнородных сталей могут быть использованы все способы электрической сварки плавлением и те же разделки кро­мок, что и для конструкции из стали одной марки. Но наи­большее распространение получила ручная дуговая свар­ка, как более маневренная и при которой можно полу­чить меньшую долю участия основного металла в ме­талле шва. Большое влияние на выбор сварочных мате­риалов и технологии изготовления оказывает требование снижения до минимума или полного исключения диффу­зионных прослоек в зоне сплавления.

В образовании шва при сварке разнородных сталей, кроме электродного, участвуют еще два других основных металла, зачастую существенно отличающихся по составу и свойствам. Вследствие этого сварные соединения раз­нородных сталей имеют значительную химическую струк­турную и механическую неоднородность, что особо про­является при многослойной сварке, так как но мере выполнения каждого последующего слоя химический со­став его будет меняться в связи с изменением в нем доли участия основного и наплавленного металла со стороны каждой из свариваемых сталей. Это приводит к возник­новению прослоек переменного химического состава, про­тяженность которых составляет 0,2—0,6 мм.

Если сварка сталей одного структурного класса про­изводится электродами, обеспечивающими получение на­плавленного металла того же структурного класса, то прослойки его не оказывают существенного влияния на работоспособность соединения. Если сварку сталей раз­ных классов, например перлитного и аустенитного, вы­полняют сварочными материалами, обеспечивающими по­лучение металла шва аустенитного класса, то у границы сплавления со стороны стали перлитного класса за счет перемешивания аустенитного металла с перлитным обра­зуются прослойки переменного состава, содержание 3— 12 % Сг и 2—8 % N і, имеющие мартенситную структуру и обладающие высокой твердостью. Это может явиться причиной появления трещин в металле шва. Поэтому такие соединения следует выполнять сварочными мате­риалами, которые обеспечивают получение наплавлен­ного металла с большим запасом аустенита.