СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ СТАЛЕЙ, РАЗНОРОДНЫХ ПО СОСТАВУ И СТРУКТУРНОМУ КЛАССУ

Рациональные случаи использования сварных соединений, разнородных по составу или структурному классу сталей.

1. Применение металлоемких конструкций и изделий, у которых специфическим условиям (воздействия коррозионной среды, высоких температур, изнашивающих нагрузок и др.) подвергается не все, а только какая-либо относительно небольшая часть. Наиболее ме­таллоемкая несущая часть этих объектов работает в обычных условиях.

Например, от наружной, несущей стенки химического аппарата не требуется сопротивления коррозии, и ее можно изготовлять не из кислотостойкой высоколегированной стали а из уг­леродистой или низколегированной стали, с достаточной прочностью. Роторы турбин рацио­нально изготовлять комбинированными периферийную часть (диск или обод), работающую при высокой температуре газа или перегретого пара, — из высоколегированной жаропрочной стали, а центральную часть — из среднелегированной, поскольку она не нагревается до столь высоких температур. Аналогично обстоит дело с изделиями, у которых небольшая рабочая или режущая кромка работает в условиях изнашивающих нагрузок.

Соединение таких частей изделий рассмотренного типа (часть из высоколегирован­ной, полностью или не полностью аустенитной стали, с несущей частью из углеродистой или низколегированной стали) осуществляют сваркой — в крупных изделиях, как правило, ду­говой с использованием присадочных материалов, в мелких — сваркой давлением, диффу­зионной или какой-либо другой. Частным случаем такого сварного соединения является би­металл, где углеродистая сталь плакирована коррозионно-стойкой.

2. Сварка аустенитными присадочными материалами легированных полностью или частично закаливающихся сталей. После получения сварного соединения, по составу и свойствам близкого к свариваемой стали, как правило, проводится термическая обработка. Однако проведение термообработки сварных соединений не всегда осуществимо.

Для крупных технологических аппаратов, протяженных технологических трубопрово­дов, крупных изделий энергомашиностроения и т. п. выполнить термическую обработку всего изделия часто не представляется возможным из-за больших размеров и отсутствия соответствующего термического оборудования, а выполнить местную термическую обработку нельзя, потому что такая термообработка может оказать неблагоприятное влияние на свойства примыкающих к участку термообработки зон основного металла и уровень остаточных напряжений в изделии, а также потому, что отсутствует соответствующее термическое оборудование. Часто от местной термообработки стараются избавиться, так как это дорогая, трудо­емкая и сложная операция, особенно в условиях строительства и монтажа.

Использование для сварки закаливающихся сталей аустенитных электродов обу­словливается иногда тем, что получение металла шва, по составу близкого к свариваемой стали, связано с его низкой технологической прочностью и опасностью образования горячих и холодных трещин.

Опыт показал, что во многих случаях образование в сварных соединениях закали­вающихся сталей аустенитных швов позволяет не использовать термообработку и предотвра­тить опасность появления трещин в ЗТВ со значительной твердостью (рис. 2).

Рис. 2 Расположение зон с различ­ными свойствами в сварном соединении за­каливающейся стали с аустенитным метал­лом шва

В таком сварном соединении твердые закалившиеся участки 2 находятся между мягким (с низким пределом текучести и высокой вязкостью) металлом шва / и мягким основным металлом или зонами отпуска 3. Более низкое сопротивление возникновению малых пласти­ческих деформаций этого окружающего металла разгружает закалившуюся часть сварного со­единения. Это обстоятельство является основным, определяющим возможность обходиться без термообработки сварных соединений закаливающихся сталей с аустенитными швами, осо­бенно в тех случаях, когда среднелегированные закаливающиеся стали содержат мало угле­рода (12Х5М, 12Х5ВФ, 12Х1МФ, 06Н6, 06Н9 и др.)· Иногда аустенитные швы получали даже при сварке стали 30ХМА с целью исключить термообработку сварного соединения.

При сварке ферритных и полуферритных высокохромистых сталей аустенитными присадочными материалами получаются более работоспособные сварные соединения, чем при сварке ферритных сталей присадочными материалами с составом, аналогичным составу сва­риваемой стали. При сварке ферритных сталей в ЗТВ происходит существенное снижение вяз­кости металла в связи с сильным ростом зерна. Наличие аустенитного металла шва с высокой вязкостью и низким пределом текучести облегчает условия работы зоны выросшего зерна в сварном соединении ферритной стали.

Сварка сталей одного структурного класса, качественно и количественно отли­чающихся по легированию. Например, соединение корпусов аппаратов из среднелегированных теплоустойчивых сталей или сталей повышенной прочности с технологическими трубопрово­дами, работающими в более легких условиях и изготовленных поэтому из менее легирован­ных или даже углеродистых сталей.

Особенности строения и свойств сварных соединений разнородных сталей связаны с формированием зоны сплавления и возможностью изменения состава и структурного состоя­ния этой зоны и прилегающих участков в процессе нагрева, который может иметь место при эксплуатации, термообработке или даже в процессе сварки и последующего охлаждения.