Материал: Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

влияют условия теплоотвода и режимы сварки. С увеличением vCB сокращается время существования жидкой ванны и умень­ шается степень насыщения металла газами. При этом сокраща­ ется протяженность зоны термического влияния, уменьшается размер кристаллитов, а также изменяется схема кристалли­ зации металла шва, что благоприятно сказывается на механи­ ческих свойствах сварных соединений и прежде всего на вели­ чине низкотемпературной пластичности. Однако повышение vCB возможно до определенного предела, так как ухудшается фор­ мирование швов и во многих случаях снижаются их пластиче­ ские свойства.

Для соединений сеток и катодов из молибденовых сплавов успешно применена микроплазменная сварка. Тонколистовой молибден можно также сваривать в вакууме и среде инертных газов лазерным лучом.

Вольфрам и его сплавы сваривают в камерах с контролируе­ мой атмосферой инертного газа неплавящимся электродом и электронно-лучевым способом — единственным, который мож­ но применить для металла толщиной более 3—4 мм, так как он обеспечивает наиболее благоприятное соотношение глубины ванны к ее ширине. Помимо этого, незначительная протяжен­ ность зоны термического влияния при наиболее узком шве явля­ ется во многих случаях обязательным условием повышения ка­ чества сварных соединений.

Сварка сплавов хрома возможна при использовании приса­ дочной проволоки из никелевых сплавов и выполнении АДСбез расплавления основного металла.

Раздел 9 РАЗНОРОДНЫЕ

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Глава 32. СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ (Земзин В. Н.)

32.1. Применение в сварных конструкциях

 

В конструкциях

используется

большинство

свариваемых ста­

лей,

применяемых в

различных отраслях

промышленности

и строительства (табл.

32.1). Применение аустенитных свароч­

ных

материалов

обеспечивает

возможность использования

в сварных конструкциях сталей с ограниченной и плохой свари­ ваемостью.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ РАЗНОРОДНЫ Х СТАЛЕЙ

Класс сталей и сварочных материалов

Перлитные и бейнитные

Мартенситные, ферритные, фер­ ритно-мартен­ ситные, аусте­ нитно-мартен­ ситные феррит­ но-аустенитные

Аустенитно-фер­ ритные и аусте­ нитные стали и сплавы на ни­ келевой основе

Группа

Характеристика сталей

Марки (примеры)

 

 

 

 

 

1

Низкоуглеродистые

 

ВСт. 3,20

и

Низколегированные

 

09Г2С,

10ХСНД

III

Конструкционные

 

20ХГСА

Среднеуглеродистые

 

30 X ГСА, 40X

 

Низколегированные

повы­

40ХН2МА

 

шенной прочности

 

 

 

IV

Жаропрочные

 

15ХМ, 20ХМЛ,

 

Хромомолибденовые и хро­

12Х1МФ, 15Х1М1Ф

 

момолибденованадиевые

 

 

V

Криогенные стали

 

ОНЗ, 0Н6, 0Н9

VI

12 % хромистые,

корро-

08X13,

12X13

 

зинностойкие

 

 

 

VII

Высокохромистые

корро­

12X17,

15Х25Т,

 

зионностойкие и жаростой­

14Х17Н2

 

кие

 

 

 

 

VIII

12 % хромистые,

жаро­

15Х11НМФ,

 

прочные

 

 

15Х12ВНМФ

IX

Хромоникелевые коррози­

08X 21Н5Т

 

онностойкие

 

 

 

 

X

Аустенитные и аустенитно­

12Х18Н10Т,

 

ферритные,

кислотостой­

10X17H13M3T

XI

кие и криогенные

 

Х15Н35ВТ

Аустенитные

жаропрочные

XII

Коррозионностойкие и кри­

Х18Н20, Х13АГ19,

 

огенные

 

 

06Х23Н28МЗДЗТ

XIII

Сплавы на

никелевой ос­

ХН65ВМТЮ,

 

нове (жаропрочные)

 

ХН70МФ

По областям применения и конструктивно-технологическому оформлению можно выделить три основных группы рассматри­ ваемых конструкций (табл. 32.2). Основную из них составляют

изделия, детали

которых

выполнены

из

разнородных сталей

и сварены

между

собой.

Эксплуатируясь

в нормальном кли­

матическом

диапазоне

температур,- они применяются в строи­

тельстве, узлах машин

и

механизмов

различного назначения,

в гидротурбинах и других конструкциях. Для работы в этих ус­ ловиях преимущественно используются стали перлитного, бейнитного и мартенситного классов разного уровня прочности. Для работы при высоких и .низких температурах, а также в коррозионных средах широко используется сочетание перлит­ ных сталей с высоколегированными аустенитными и феррит­ ными сталями.

ТИПЫ КОМБИНИРОВАННЫХ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Типы

Условия

Области

Группы

конструкции

работы

применения

свариваемых сталей

Конструкции

из

Нормальный

Строительные

кон­

разнородных

ста-

климатический

струкции

 

лей

 

диапазон

 

тем-

Узлы

общего

маши­

 

 

ператур

 

 

ностроения

 

 

 

 

 

 

Узлы

гидротурбин

 

 

Низкие

темпе-

Узлы

криогенных

 

 

ратуры

 

 

установок, изотер­

 

 

 

 

 

мические резервуары

 

 

Высокие

темпе­

Энергетические уста­

 

 

ратуры

 

 

новки

 

 

 

 

Высокие темпе­

Химические аппара­

 

 

ратуры

и

аг­

ты

 

 

 

 

рессивные

сре­

Нефтехимическое

 

 

ды

 

 

оборудование

 

1 + н

i + н , i + ш ,

п + ш I I + V I

I + V ,

I I + V ,

н + х

 

I + I V ,

I I + I V ,

I V + X I , I V + X

I + X ,

I + X I I ,

I + X I I I , X + X I I I

I + I V ,

I V + X

Конструкции из Разные однородных сталей с аустенитными швами

Биметаллические Разные конструкции

Конструктивные швы Ремонтные заварки

Биметаллические со­ суды Двухслойные трубо­ проводы

Уплотнительные по­ верхности арматуры Инструмент, антиабразивные и антикавитационные на­ плавки

Ш + Х , I I H - X I I V + X I I I , Ш + Х

32.2. Свариваемость

32.2.1. Химическая и структурная неоднородность соединений

Для большинства процессов сварки обязательным условием образования сварного соединения является проплавление сва­ риваемых кромок и формирование шва либо целиком из про­ плавленного основного металла, либо частично за счет наплав­ ленного и проплавленного металла.

Общие закономерности изменения степени проплавления у (доля участия основного металла в шве) при сварке разнород-

ных сталей те же, что и однородных (см. гл. 3). Для условий ручной дуговой наплавки или сварки однослойных швов у пер­ литной стали колеблется в пределах 15—40%, при выполнении корневых проходов многослойных швов она может возрасти до 25—50 %. Во всех случаях проплавление аустенитной стали на 20—30 % больше перлитной. Проплавление основного металла на 20—30 % возрастает при переходе от ручной дуговой к авто­

матической

сварке

под

 

флю­

 

 

 

 

 

 

сом и, наоборот, на 30—50 %

 

 

 

 

 

 

снижается

при

переходе к

 

 

 

 

 

 

ленточной наплавке

под флю­

 

 

 

 

 

 

сом.

 

различных

методах

 

 

 

 

 

 

 

При

 

 

 

 

 

 

сварки

проплавлением

и

при­

 

 

 

 

 

 

меняемых

материалах

состав

 

 

 

 

 

 

металла шва в пределах од­

 

 

 

 

 

 

ного

слоя

является

достаточ­

 

 

 

 

 

 

но

 

однородным, за

исключе­

 

 

 

 

 

 

нием участка шириной

менее

 

 

 

 

 

 

0,1—0,8

мм,

примыкающего

 

 

 

 

 

 

к

границе

сплавления.

По­

 

 

 

 

 

 

этому

состав

данного

 

слоя

 

 

 

 

 

 

шва

с достаточной

точностью

 

 

 

 

 

 

может

рассчитываться

с

уча­

1

2

J

4 S e

7 8

3.rO

стием в нем долей проплав­

 

 

 

Н ом ер

в а л и н а

 

ленного

основного

и наплав­

Рис. 32.1. Изменение содержания элемен­

ленного

металла,

не

прини­

тов в

слоях

многослойной наплавки в за­

мая

во внимание неравномер­

висимости от

степени проплавления ниже­

 

 

 

лежащего

слоя:

 

ность

его

распределения

7 — 10%;

2 — 20%; 3 — 30%,;

4 — 40%;

в

различных

участках

(см.

 

5 — 50%: 6 — 60 %; 7 — 70.%.

а — элемент

 

содержится

в наплавленном

гл.

 

3).

 

 

состава

метал­

металле; б — элемент содержится

в основ­

 

Изменение

 

 

 

ном металле

 

ла наплавки по слоям для крайнего случая, когда анализируемый элемент содержится

только в наплавленном металле, показано на рис. 32.1 для раз­ ных степеней проплавления основного металла и нижележащего слоя от 10 до 70 %, с переходом от нижних слоев к верхним со­ держание элемента в металле наплавки возрастает и начиная с определенного слоя становится равным значению для наплав­ ленного металла. При степени процлавления 10 % это условие реализуется начиная с третьего слоя, при 40 % с пятого и 70 %

с десятого.

Для большинства практических случаев сварки разнород­ ных сталей важно знать изменение состава в разных слоях многослойных швов. Наибольшее отклонение их состава имеет место в корневом слое и определяется формулой:

Х ш = (1 - у ) Х „ + К у Х '0 + (1 - К ) уХ"0,

где Хо' и Х0" — содержание легирующих элементов в сваривае­ мых сталях; К — степень проплавления одной из кромок отно­ сительно другой.

При сварке перлитной стали с аустенитной условно можно считать, что 60 % проплавленного основного металла прихо­ дится на долю аустенитной стали и 40 % на долю перлитной;

соответственно со стороны аустенитной стали К — 0,6.

 

слоев

Расчетное

определение состава

средних

и верхних

многослойного шва

является наиболее сложным,

так

как тре­

 

 

 

 

бует

учета

проплавления

 

 

 

 

не

только

нижележащих

 

 

 

 

валиков,

 

но

 

и

соседних

 

 

 

 

слоев. Такие

расчеты

про­

 

 

 

 

ведены

лишь

для

стыко­

 

 

 

 

вых

многослойных

 

швов

 

 

 

 

в узкую разделку, где рас­

 

 

 

 

кладка

 

слоев

наиболее

 

 

 

 

устойчива

и

где

начиная

 

 

 

 

с определенного

слоя

со­

 

 

 

 

став

шва

устанавливается

 

 

 

 

постоянным.

Для

сварных

[%С г] = % СГ+% Мо+/, 5% S L + 0,5 % Nb+% V

швов

с

X- и

V-образными

 

 

 

 

разделками,

каждый

 

слой

Рис. 32.2. Оценка

структурного

состояния

которых

имеет

свою

инди­

сварных швов многослойного соединения ма­

видуальность,

 

в

большин­

лоуглеродистой стали (точка А)

с аустенит­

 

ной сталью марки 08Х18Н10Т (точка Б), на­

стве

случаев

ограничива­

плавленный металл

типа

Э-11Х15Н25М6АГ2

(точка В)

 

 

ются

экспериментальными

данными.

Технологическая и конструктивная прочность сварных сое­ динений обеспечивается при отсутствии в различных слоях шва

изоны термического влийния хрупких и малопрочных участков.

Всвязи с этим при выборе сварочных материалов для сварки разнородных сталей необходимо оценить структуру и свойства различных слоев шва. Такая предварительная оценка может быть сделана с помощью структурной диаграммы, построенной применительно к условиям кристаллизации и скоростей охлаж­ дения при сварке сталей широкого круга легирования. В соот­ ветствии с правилами построения подобных диаграмм все аустенитизирующие элементы приводятся с соответствующими коэф­

фициентами к эквивалентному содержанию никеля

(№Экв),

а все ферритизирующие элементы к эквивалентному

содержа­

нию хрома (Сгэкв).

Пример построения подобной диаграммы для сварного сое­ динения малоуглеродистой стали со сталью 08Х18Н10Т (напла­ вленный металл типа Э-11Х15Н25М6АГ2) показан на рис 32.2. Составы сталей соответствуют точкам А и Б, а состав наплав­ ленного металла — точке В. В корневом слое / состав проплав-

Источник: https://studfile.net/preview/19992767/