Материал: Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

зационные прослойки в зоне сплавления разнородных сталей и шва. В швах возможны как горячие, так и холодные трещины. Для зоны сплавления характерны холодные трещины в кри­ сталлизационных и диффузионных прослойках с мартенситной структурой.

Появление горячих трещин наиболее вероятно в сварных соединениях аустенитных сталей разного легирования, а также перлитных сталей при использовании аустенитно-ферритных электродов. Стойкость такого металла шва против горячих тре­

350 °С и не проходящих термическую обработку после сварки, и в пределах 2—5 % в других случаях. При такой Жесткой регламентации содержания ферритной фазы даже сравни­ тельно небольшое изменение состава шва при разбавлении его основным металлом другого состава может привести к по_ явлению в нем трещин, обычно носящих характер надрывов длиной до 5 мм. При сварке сталей типа 12Х18Н10Т, возМОЖ. ные составы которых находятся в пределах аустенитно-фер­ ритной области, трещин в сварных швах можно не опасаться. Однако они вероятны при сварке аустенитно-феррнТНЫМи электродами сталей типа 08Х18Н12Т и особенно сталей ХИпа 20Х23Н18. В этих случаях целесообразно использование для сварки корневых и поверхностных слоев аустенитно-ферритных сварочных материалов с повышенным исходным содержанием ферритной фазы. Автоматическая сварка под флюсом Нежела­ тельна из-за глубокого проплавления металла.

Применение аустенитных сварочных материалов яиляехся одним из путей решения проблемы получения свободных ох хо. лодных трещин сварных соединений высокопрочных среднеле.

тированных сталей плохой свариваемости. Следует учитывать, однако, что высокая технологическая и конструктивная проч­ ность этих сварных соединений обеспечивается не всегда и требует соблюдения ряда условий. Необходимо, во-первых, учи­ тывать вероятность образования трещин в корневых слоях при недостаточном запасе аустенитности сварочных материалов и высокой жесткости соединения. Опасность их появления наибо­ лее высока при сварке легированных сталей с содержанием углерода свыше 0,2 %•

Специфическими и наиболее опасными для сварных соеди­ нений перлитных и мартенситных сталей с аустенитными швами

При содержании никеля в наплавленном металле более 35 %, когда мартенситные прослойки со стороны шва сведены к ми­ нимуму, трещины типа отрыва маловероятны.

Другой причиной появления трещин отрыва в зоне сплавле­ ния при сварке является повышенное содержание в аустенитном шве диффузионного водорода, источником которого служит влага в покрытии электрода. Поэтому обязательным условием получения свободных от трещин сварных соединений является прокалка аустенитных электродов при температурах 350—400 °С.

Вероятность появления трещин усиливается при сварке ле­ гированных сталей с содержанием углерода более 0,2%. Реко­ мендуется в этих случаях вводить подогрев в пределах 150— 200 °С (рис. 32.9). Они возможны и при насыщении мартенсит­ ной прослойки углеродом при отпуске.

32.2.5. Остаточные напряжения и деформации

Сварочные деформации и напряжения определяются неравно­ мерностью температурного поля и жесткостью соединяемых де­ талей (см. гл. 4). Разность термического расширения при

сварке сталей разных структурных классов проявляется в этих условиях мало, поэтому в исходном состоянии поля остаточных напряжений в однородных и разнородных соединениях близки между собой и отличаются лишь некоторым смещением эпюр в сторону составляющей стали с меньшей теплопроводностью (в данном случае в сторону аустенитной стали) (рис. 32.10,а—в).

жения, условно называемые напряжениями отпуска, обуслов­ ленные разностью характеристик термического расширения сва­ риваемых сталей. В соединениях аустенитной стали с перлитной охлаждение после нагрева вызывает в аустенитной стали появ­ ление остаточных напряжений растяжения, а в перлитной — уравновешивающих их напряжений сжатия. В сварных соеди­ нениях перлитной стали с высокохромистой наоборот в перлит­ ной стали возникают напряжения растяжения, а в высокохро­ мистой сжатия. Аналогичные закономерности распределения остаточных напряжений сохраняются в биметаллических изде­ лиях, выполненных наплавкой, взрывом и другими способами, например, вибрационной обработкой.

Для узлов энергетических машин и другого высокотемпера­ турного оборудования, подверженных воздействию теплосмен, возможно возникновение и перераспределение полей временных и остаточных напряжений во время циклического воздействия температур.

32.3. Свойства сварных соединений

32.3.1. Механические свойства

Стали разных структурных классов имеют близкие модули уп-

•ругости, поэтому при нагружении в упругой стадии’ сварные со­ единения разнородных сталей можно рассматривать как одно­ родное тело. При нагружении в упругопластической стадии должна учитываться совместность пластической деформации участков с разным уровнем прочности.

При приложении усилий вдоль шва прочность и пластич­ ность соединения являются промежуточными между свойствами разных участков. При наличии в них хрупких прослоек в пос­ ледних возможно появление трещин до полного разрушения из­ делия.

При приложении усилий поперек шва свойства сварных сое­ динений в первом приближении определяются свойствами наи­ менее прочной составляющей. В районе зоны сплавления при

взаимодействия. Его нужно принимать во внимание и при нали­ чии в зоне сплавления малопрочных и хрупких прослоек.

При эксплуатации в диапазоне нормальных климатических и низких температур снижение несущей способности рассматри­ ваемых соединений связано с проявлением эффекта хладнолом­ кости. Для его оценки целесообразно использовать концепцию хрупко-вязкого перехода, определяемого изменением траекторий разрушения с использованием в качестве критерия переходной температуры хрупкости разнородного соединения Тк. Она может быть установлена по результатам сериальных испытаний образ­ цов с надрезом по зоне сплавления на ударный изгиб или по данным оценки статической трещиностойкости на образцах с естественным надрезом по методике ЦКТИ [5].

Зависимости трещиностойкости сварных соединений стали 38ХНЗМФА с аустенитными швами на железной и никелевой основе приведены на рис. 33.11. За показатель трещиностойко­ сти принято критическое раскрытие в вершине трещины бс. Пунктирной линией показана зависимость бс — Т для самой стали.

При температурах испытаний ниже Тк для соответствующего соединения величина бс мала, а разрушение проходит по основ­