Материал: Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

Применение методов, способствующих измельчению кристал­ лов и устранению столбчатой структуры, повышает стойкость швов против образования горячих трещин. Одним из наиболее эффективных методов является получение швов, имеющих не­ которое количество [~ 2 —6% (объемн.)] первичного. 6-фер­ рита. Благодаря ферриту изменяется схема кристаллизации металла шва, возрастает растворимость в нем ликвирующих примесей, достигается измельчение и дезориентация структуры. Получение аустенитно-ферритных швов достигается дополни­ тельным легированием их через электродную проволоку, по­ крытие или керамический флюс элементами-ферритизаторами (Cr, Si, Mo, Nb, V).

Холодные трещины могут возникать как в процессе остыва­ ния сварных соединений, например в интервале 500—700 °С, так и при комнатной температуре спустя некоторое время после окончания сварки. Причиной появления холодных трещин мо­ гут явиться фазовые превращения, например, в результате об­ разования в значительных количествах a-фазы, мартенситной составляющей либо другой охрупчивающей фазы [4]. Они могут наблюдаться также в швах и околошовной зоне материалов, не претерпевающих структурных превращений, но обладающих малым запасом пластичности из-за чрезмерно высокой степени упрочнения твердого раствора. Холодные трещины в отличие от горячих могут иметь внутрикристаллитный характер. Оча­ гами их зарождения могут быть также горячие трещины.

17.2.3.Хрупкие разрушения при эксплуатации

17.2.2.2.Коррозионное растрескивание. Процесс коррозии под напряжением (КРН) является следствием циклического механоэлектрохимического эффекта в агрессивных средах. В местах поверхностных дефектов и на участках концентрации напряже­ ний в сварных соединениях происходит образование микротреЩин. Функционирует микрокоррозионная пара: вершина тре­ щины (анод)— остальная поверхность под оксидной пленкой (катод). Накапливающиеся на аноде продукты коррозии заку­ поривают трещину и расклинивают ее.

Связь между разрушающим напряжением (а) и временем до разрушения для коррозионностойких сталей описывается за­ висимостью, приведенной на рис. 17.2. Напряжение акр является Пределом длительной коррозионной стойкости материалов.

Сварные соединения аустенитных сталей могут быть под­ вержены КРН в водных растворах хлористых солей, растворах Щелочей, некоторых азотнокислых солей и др., а также в паровдй фазе [1].

В наибольшей степени склонны к КРН сварные соединения аустенитных хромоникелевых сталей типа 18-10, 17-13-2, а также

хромоникельмарганцевая сталь 10Х14Г14Н4Т, для которых ха­ рактерно низкое отношение Окр/^в (0,25—0,4). Напротив, фер­ ритные и аустенитно-ферритные коррозионностойкие стали и их

кконцентрации напряжений. При

оценке механических свойств важно установить соотношение между характеристиками, используемыми для расчета конст­ рукции и склонностью материала к концентраторам напряже­ ний или хрупкому разрушению.

К категории сравнительных испытаний, отражающих чувст­ вительность металла к концентраторам напряжений (хрупкому

аустенитных сталей (от до 500—550 МПа), сплавов на железной и никелевой основе с сгт до 700 МПа, в том числе дисперсионнотвердеющих, а также сталей аустенитно-мартенситного и мар­ тенситного классов (<гт до 1150—1200 МПа).

17.3. Технология сварки и свойства соединений

17.3.1. Выбор сварочных материалов

Выбор сварочного материала определяется условиями получе­ ния бездефектного металла шва, удовлетворяющего по своим свойствам требованиям, предъявляемым к нему условиями экс­ плуатации конструкции. Вследствие повышенной склонности аустенитных швов к образованию горячих трещин, понижен­ ной их коррозионной стойкости, трудности легирования.легкоокисляюшимися элементами (Al, Ti и другими) часто ориенти­ руются на получение швов, по химическому составу отличаю­ щихся от свариваемого металла. В табл. 17.2 приведены рекомендации по выбору материалов для сварки различными способами коррозионностойких сталей.

При сварке сталей с большим запасом аустенитности, осо­ бенно толщиной более 14—16 мм, высокая трещиноустойчивость достигается при легировании швов дополнительно Мп, Mo, N, ограничении содержания S (до 0,010%), Р (до 0,01 %), Si (до 0,2—0,3%), исключении'в них Ti, Nb, А1, а в ряде слу­ чаев использовании композитного по составу и структуре мно­ гослойного металла шва [13]. В последнем случае 70—80 % сечения шва («несущие» слои) выполняются с использованием сварочных материалов, отличных по химическому составу от свариваемой стали и обеспечивающих аустенитно-ферритную структуру. Остальная часть шва, обращенная в сторону агрес­ сивной среды, выполняется материалами близкого химического состава свариваемой стали.

17.3.2- Выбор режимов сварки

Специфическими особенностями физических свойств высоколеги­ рованных сталей являются пониженные температура из плавле­ ния и теплопроводность, высокие электросопротивление и коэф­ фициент линейного расширения. Эти особенности и предопреде­ ляют поведение аустенитных сталей при сварке.

Ток при дуговой сварке коррозионностойких сталей и спла­ вов снижают (на 10—30%) по сравнению со сваркой углеро­ дистых сталей. При его назначении необходимо учитывать тип соединения, наличие разделки кромок, качество сборки, наличие Или отсутствие подкладки, положение шва в пространстве

и т. Д- При контактной точечной и шовной сварке, напротив, при­

меняют более жесткие режимы сварки (в меньшей мере по току и в большей по усилию на электродах).

зии, если изделия эксплуатируются при температуре выше 350 °С, либо в средах, вызывающих коррозионное растрески­ вание. В последнем случае применяют медленное охлаждение.

17.3.4. Коррозионная стойкость

Коррозия сварных соединений может быть равномерной и со­ средоточенной. К сосредоточенной относятся: межкристаллитная, структурно-избирательная, ножевая, точечная. Межкристалйитная коррозия — наиболее опасный вид коррозионного разрушения. Применяют следующие способы повышения стой­ кости сварных соединений аустенитных сталей против этого вида коррозии:

1) уменьшение содержания углерода (^0,03% ) в стали и швах (применение низкоуглеродистых конструкционных ста­ лей и соответствующих сварочных материалов);