Материал: Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

21.2.2.1. Трещины при сварке. При сварке гомогенных никеле­ вых сплавов (типа Х20Н45, ХН69ВТ, ХН78Т) возможно обра­ зование кристаллизационных и подсолидусных горячих трещин в металле шва.

При сварке гетерогенных сплавов наряду с возникновением горячих трещин в шве более вероятно их появление в ЗТВ, где велика протяженность ТИХ из-за наличия легкоплавких ликватов (В и т. д.) и мала пластичность из-за крупнозернистой структуры.

Металлургические способы предотвращения горячих тре­ щин:

повышение чистоты сплавов по примесям (переплав, гра­ нульная металлургия) (табл. 21.3);

ограничение полноты рекристаллизации при прокатке спла­ вов, позволяющее инициировать рекристаллизацию при сварке и соответственно снизить сегрегацию в условиях ускоренной миграции границ зерен в ЗТВ при сварке;

сварка в аустенитизированном или перестаренном состо­ янии. Значение окр, несмотря на неизменность химического со­ става шва, при сварке в аустенитизированном состоянии повы­ шается в 1,5—2 раза.

Технологические способы предотвращения трещин:

снижение до минимума погонной энергии (сварка неплавящимся электродом, ЭЛС, лазер, импульсная дуга);

ограничение скорости сварки; применение электромагнитных полей и других внешних

ТАБЛИЦА 21.4

СОПРОТИВЛЯЕМОСТЬ МЕТАЛЛА ШВА ОБРАЗОВАНИЮ ГОРЯЧИХ ТРЕЩИН И ЕГО ДЛИТЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ ПРИ 800 °С

ние закалки и старения. На этапе медленного нагрева в интер­ вале дисперсионного твердения возникают трещины.

Сплавы с 2(Ti + A l ) ^ 4 % весьма склонны к трещинам при термообработке сварных соединений. Сравнительная оценка

способы рафинирования сплавов, измельчения зерна в ЗТВ, сни­ жение сегрегаций по их границам, сведение к минимуму вре­

21.2.3.1. Высокотемпературное. В процессе длительной высо­ котемпературной эксплуатации происходит снижение предела длительной прочности и пластичности основного металла и свар­ ных соединений. Однако интенсивность их снижения выше для металла шва и ЗТВ, особенно в условиях циклического высо­ котемпературного нагружения по следующим причинам:

изменение морфологии у'-фазы в результате высокотемпе­ ратурной деформации при сварке, приводящее к пластинчатой форме выделений ц-фазы с ромбической решеткой, некогерент­ ной матрице;

преобразование первичных карбидов МеС во вторичные Ме6С и Ме2 зС6, имеющие пластинчатую форму и выпадающие на границах;

образование оксидов Ме20, способствующих диффузион­ ному окислению сплавов по межзеренным границам [6];

разнозернистость металла в ЗТВ; межзеренное проскальзывание в ЗТВ в процессе сварки,

приводящее к зарождению трещин у включений и ступенек, образовавшихся при выходе дислокаций на границах.

Чем короче длительность высокотемпературного нагрева при сварке и меньше разница в сопротивлении деформированию металла шва, ЗТВ и основного металла, тем слабее развива­ ются указанные необратимые изменения, выше эксплуатацион­ ные свойства и свариваемость сплавов.

21.2.3.2. Под воздействием агрессивных сред охрупчивание металла вызывается преимущественно сульфидной и межкристаллитной коррозией. Сульфидная коррозия связана с образо­ ванием легкоплавких сульфидов никеля NiS (Гил = 810 °С) при наличии в газовом потоке сернистых соединений. Сульфиды имеют больший объем, что вызывает разрыхление металла и проникновение сульфидов по границам зерен, особенно сильное в восстановительных средах, где нет плотных окисных защит­ ных пленок. Чем крупнее зерно в ЗТВ, чем больше напряже­ ния и длительность высокотемпературного нагрева при сварке, тем ниже стойкость сварных соединений против газовой корро­ зии по отношению к основному металлу.

Межкристаллитная коррозия вызывается распадом твердого раствора при сварочном нагреве в интервале 550—750 °С и вы падением карбидов в результате диффузии С и Сг на грани­ цах зерен. В условиях контакта с электропроводной средой образуется многофазная система анод—катод, что приводит к растворению наиболее электроотрицательной фазы, распола­ гающейся вдоль границ зерен. Подавлению склонности швов к межкристаллитной коррозии способствует легирование нио­ бием, исходя из соотношения Nb/C^20 при работе соединений

ниже 550 °С и N b/C ^40 при более высоких температурах дли­ тельной эксплуатации, ограничение содержания С не более 0,03—0,06 % и аустенитизация сварных соединений.

21.2.3.3. Радиационное. Под воздействием нейтронов, а-ча- стиц в кристаллической решетке металлов образуются гелиево­ водородная фаза, а также вакансии, .так как атомы твердого тела выбиваются из своих регулярных положений и переходят в междоузлия, что снижает пластичность. Высокотемператур­ ные свойства под действием облучения изменяются по различ­ ным законам в зависимости от химического состава сплавов и его структуры. Наиболее сильно снижаются длительная проч­ ность у дисперсионно-твердеющих сплавов (особенно для свар­ ных швов), содержащих Со, N, В и др. Значительно меньшее влияние оказывает нейтронный поток на гомогенные сплавы, не склонные к дисперсионному твердению. Их свойства восста­ навливаются после отжига при 0,5ГПл К.

Свариваемость облученного материала (что важно при раз­ работке ремонтной технологии ядерного оборудования) также понижена в связи с повышенной склонностью к порообразова­ нию, а также к образованию горячих трещин в ЗТВ по меха­ низму гелиевой хрупкости. Выбор сварочных материалов и тех­ нологии должен быть направлен на снижение гетерогенности швов и концентрации высокотемпературных деформаций, влия­ ющих не только на появление горячих трещин, но и на дли­ тельную прочность сварных соединений.

21.3. Технология сварки и свойства соединений

21.3.1. Выбор сварочных материалов

При выборе сварочных материалов необходимо предотвратить горячие трещины в шве и ЗТВ, трещины при термообработке, а также обеспечить равную жаропрочность сварных соедине­ ний и основного металла. При сварке гомогенных сплавов при­ меняют присадочные проволоки, близкие по химическому со­ ставу к основному. Отличия состоят в увеличении доли элемен­ тов, повышающих энергию активации процессов диффузии (Мо, W, Мп), и в уменьшении упрочняющих добавок (Ti, А1) [7].

Типовые составы присадочных материалов приведены в табл. 21.5.

При сварке гетерогенных сплавов с большим содержанием Ti и А1 применяют присадочные проволоки, в которых часть титана заменена ниобием.