Образование и строение зоны сплавления

Строение и свойства сварных соединений разнородных сталей связаны с формированием зоны сплавления и возможностью изменения состава и структурного состояния этой зоны и прилегающих участков в процессе нагрева при эксплуатации, термообработке, в процессе сварки и даже последующего охлаждения.

Любой метод сварки плавлением связан с расплавлением и перемешиванием металлов. Вблизи границ сплавления выявляется кристаллизационная прослойка промежуточного состава между основным металлом и швом. Их протяженность зависит от способа и режима сварки и находится в пределах 0,005...0,6 мм.

При сварке сталей одного структурного класса, но разного легирования наличие кристаллизационных прослоек обычно не влияет на свойства сварного соединения.

При сварке сталей разного структурного класса образование сварного соединения связано с условиями совмест­ной кристаллизации материалов с разными структурными решетками (a– и g–фазы).

При этом в зоне сплавления образуется промежуточный слой сопрягающихся между собой деформированных структурных решеток. Чем меньше ширина такого слоя, тем больше степень структурной неоднородности.

В пределах изменения состава зоны кристаллизованных прослоек структура и свойства их могут значительно меняться. Так, в зоне сплавления перлитной стали с аустенитным швом участок кристаллизационной прослойки с содержанием 3...12 % Сг и 2...7 % Ni имеет структуру высоколегированного мартенсита и является хрупким, что снижает эксплуатационную надежность сварной конструкции.

Рис. 43. Влияние содержания никеля в металле аустенитного шва на ширину хрупких мартенситных прослоек

Регулировать структуру и ширину переходных прослоек можно, изменяя тип электродного металла, степень его аустенитности (рис. 43). При малом запасе аустенитности шва ширина хрупких прослоек Х3 будет большой (шов 3, типа Х18Н9). По мере увеличения этого запаса хрупкие прослойки Х2 и X1 для швов 2 и 1 (сталь Х15Н25М6 и сплав на никелевой основе соответственно) становятся уже.

При этом металл шва б на никелевой основе даже в условиях значительного перемешивания с перлитной сталью а (до 70...80 %) сохраняет аустенитную структуру без мартенситных образований в переходных участках шва в и без опасности образования хрупких прослоек. Целесообразно обеспечить минимальное разбавление аустенитного металла неаустенитным, регулируя величину провара свариваемых кромок.