Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 48
Текст из файла (страница 48)
При сварке высокопрочных сталей в околошовной зоне возможно образование холодных трещин. Поэтому до сварки рекомендуется произвести их аустеяизацию для получения высоких пластических свойств металла, а упрочняющую термическую обработку проводить после сварки. Предварительный и сопутствующий нагрев до 350 — 450" С также уменьшает опасность образования холодных трещин. При сварке жаростойких сталей под действием нагрева в металле швов могут наблюдаться такие же структурные изменения, как и при сварке жаропрочных сталей. Большинство жаростойких сталей и сплавов имеют большой запас аустенитности н поэтому при сварке не претерпевают фазовых превращений, кроме карбидного и интерметаллидного дисперсионного твердения.
На этих сталях также возможно образование холодных трещин в шве и околошовной зоне, предупреждение которых в некоторых случаях может быть достигнуто предварительныаг нагревом до 2 50 — 550' С. Высоколегированные аустенитные стали и сплавы наиболее часто используют как коррозионно-стойкие. Основным требованием, которое предъявляется к сварным соединениям, является стойкость к различным видам коррозии. Межкристаллитная коррозия может развиваться как в металле шва, так и в основном металле у линий сплавления (ножевая коррозия) или на некотором удалении 7 и/р.
Акулова А. И„т. 2 194 Сварка аустенитных сталей и сплавов 195 Общие технологические условия сварки С0% ФО ЮОО Время нагрева Ь) от шва. Механизм развития этих видов коррозии одинаков, однако причины возникновения названных видов межкрнсталлнтной коррозии различны. Межкристаллитная коррозия в металле шва возникает в результате выделения из аустенита под действием термического цикла сварки карбидов хрома, приводящих к обеднению хромом приграничных объемов зерен (рис. 5, а). Основными причинами этого являются повышенное содержание в металле шва углерода и отсутствие или недостаточное содержание титана или ииобия. Стойкость шва против межкристаллнтной коррозии уменьшается в результате длительного воздействия нагрева при неблагоприятном термическом цикле сварки или эксплуатации изделия (рис 5, б).
Аустенитно-ферритные швы со сплошной структурой и извилистыми очертаниями границ зерен имеют повышенную стойкость против Рис. 5. Схемы влияния распределения хрома по телу зерна (а) и продолжительности нагрева (б) на склонность аустенитной стали и сварных швов к межкристаллитной коррозии: г — тело аустеиитного зерна; 2 — карбиды, выделившиеся по границам зерен; 3 — пограничная область зерна, обедненная хромом; 4 — распределение хрома; З вЂ” закаленное состояние стали (иет коррозии); 6 — состояние стали после нагрева в критическом интервале температур (есть коррозия) межкристаллитной коррозии по сравнению с аустенитными.
Возрастание протяженности границ зерен вследствие измельчения зерен увеличивает площадь поверхности, на которой выделяются карбиды, Выделяющиеся карбиды более дисперсны, и местное обеднение объема зерна хромом происходит на меньшую глубину. Кроме того, процессы диффузии в феррите происходят значительно быстрее, что ускоряет выравнивание концентрации хрома в обедненных приграничных и центральных участках зерен. Межкристаллитная коррозия (МКК) основного металла на некотором расстоянии от шва также вызвана действием термического цикла сварки на ту часть основного металла, которая была нагрета до критических температур.
Склонность стали и швов к межкристаллитной коррозии предупреждается: 1) снижением содержания углерода до пределов его растворимости в аустените (До 0„02 — 0,03оУе); 2) легнРованием более энеРгичными, чем хРом, каРбидообРазУющими элементами (стабилизация титаном, ннобнем, танталом, ванадием и др.)' 3) стабилизирующим отжигом при 850 — 900' С в течение 2 — 3 ч или аустеннзацией — закалкой с 1050 — 1100' С; 4) созданием аустенитно-ферритной структуры с содержанием феррита до 20 — 25',4 путем дополнительного легировання хромом, кремнием, молибденом, алюминием и др.
Однако такое высокое содержание в струк. туре феррита может понизить стойкость металла к общей коррозии. Эти же меры способствуют н предупреждению ножевой коррозии. Ножевая коррозия поражает основной металл. Этот вид коррозии развивается в сталях, стабилизированных титаном и ниобием на участках, нагретых при сварке до температур выше 1250' С, где карбиды титана и ниобия растворяются в аустените. Повторное тепловое воздействие на этот металл критических температур 500 †8' С (например, при многослойной сварке) приведет к сохранению титана и ниобия в твердом растворе и выделению карбидов хрома, Общая коррозия, т. е.
растворение металла в коррозионной среде, может развиваться в металле шва, на различных участках или в околошовной зоне в целом и в основном металле. В некоторых случаях наблюдается равномерная вбщая коррозия основного металла и сварного соединения. Имеется еще один вид коррозионного разрушения — коррозионное растрескивание, возникающее под совместным действием растягивающих напряжений и агрессивной среды. Разрушение развивается как межкристаллитное, так и транскристаллитное.
Снижение остаточных сварочных напряжений — одна из основийх мер борьбы с этим видом коррознонного разрушения. ОБЩИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ СВАРКИ Аустеннтные стали н сплавы обладают комплексом положительных свойств, поэтому одну и ту же сталь иногда можно использовать для изготовления изделий различного назначения: коррозионно-стойких, хладостойких или жаропрочиых. При этом требования к свойствам сварных соединений и технология сварки будут различными. Однако теплофитические свойства аустеннтных сталей и склонность к образованию в шве и околошовной зоне горячих трещин определяют некоторые общие особенности их сварки.
ге 1В 18 12 В 4 0 тес)ч 18 18 12 В ге О гесет Рис. 6. Схемы температурных полей при сварке углероди- стой (а) и хромоникелевой сталей (б) Характерные для большинства высоколегированных сталей низкий коэфФициент теплопроводности и высокий коэффициент линейного расширения вбуеловливают при одинаковой погонной энергии и прочих равных условиях (метода сварки, геометрии кромок, жесткости соединения и др.) расширение зоны проплавления и областей, нагретых до различных температур, и увеличение счммарной пластической деформации металла шва и околошовной зоны (рнс. 6), ~то увеличивает коробление изделий. Поэтому для высоколегированных сталей сле)(Ует применять способы и режимы сварки, характеризующиеся максимальной "оицентрацией тепловой энергии, или уменьшать ток по сравнению с током '(Рп сварке углеродистой стали.
Нагрев до высоких температур сварочной про))олоки в вылете или металлического стержня электрода для ручной сварки на счет повышенного удельного электросопротивления при автоматической и )и)луавтоматической дуговой сварке требует уменьшения вылета электрода и )товышеиия скорости его подачи.
При ручной дуговой сварке уменьшают длину н ек родов и допустимую плотность сварочного то 7» Сварка аустенитных сталей и сплавов 197 Общие технологические условия сварки 6. Теплофизические сэойства хромоникелевых аустеиитных сталей Ставь свойства типа 1з-8 1400 †!425 7,90 0,12 0,03э Температура плавления, 'С Плотность, г!смз Теплоемкость, кал/град Коэффициент теплопроводности, калдсм с 'С)....... Коэффициент линейного расширения и 10'д~'С,при нагреве: от О до 100'С от О до 600'С Удельное электрическое сопротивление при 20 С, Ом мм~Гм Температура начала интенсивного окалииообразования, 'С 13зз †14 7,82 0,12 0,03 — 0,04 15,0 !з,о 0.73 ! 150 17,3 1з,з 0,73 850-900 7. Свойства металла шва, выполненного аустенитними электродами цт-т 8. Остаточные (тангенциальные) напряжения гкгс/мм') в нольцевых швах различной жесткости аустенитных сталей ЭИ257 и эн680, выполненных электродами ЦТ-7 При сварке аустенитных сталей пластическая деформация металла шва и околошовной зоны в результате больших коэффициентов линейного расширения и усадки, а также отсутствия полиморфных превращений происходит в большей степени, чем при сварке углеродистых сталей перлитного класса (табл.
6). В этих условиях при многослойной сварке металл околошовной зоны и первые слои металла шва могут упрочниться под действием многократного пластического деформирования, т. е. наблюдается явление самонаклепа при сварке. Влияние этого явления на свойства металла шва определяется жесткостью свариваемых элементов (табл. 7). В относительно более жестких соединениях, где самонаклеп вызывает повышение прочностных характеристик, наблюдают повышение остаточных напряжений (табл. 8) в отдельных случаях до 45 — 50 кгс/ммэ. Такие сравнительно высокие остаточные напряжения при низкой релаксационной способности аустенитных сталей требуют выбора такого режима термической обработки, который обеспечивает снижение остаточных напряжений, снятие самонаклепа и максимально возможную гомогенизацию структуры сварного соединения.
К числу основных трудностей, возникающих при сварке аустенитных сталей относится также необходимость повышения стойкости металла шва и околе лошовной зоны против образования трещин. Горячие трещины являются межкристаллитным разрушением и разделяются на кристаллизационные н подсолидусные; последние возникают при температуре ниже линии солидуса, т. е, после окончания процесса кристаллизации. Вероятность появления кристаллизациониых трещин определяется характером изменения пластичности сплавов при дефо мировании металла в твердо-жидком состоянии.
качестве критерия сопротивления металла околошовной зоны хрупкому межкристаллическому разрушению принимают температуру восстановления пластичности (Т,) и прочности металла при охлаждении (метод ИМЕТ-1). Чем выше Т и интенсивнее восстановление пластичности, тем меньше вероятность в хрупкого межкрнсталлитного разрушения (табл. 9). Однако при сравнении сопротивляемости образованию горячих трещин различных сплавов следует учитывать темп нарастания внутренних деформаций при сварке. Г1оэтому оценка по величине Т, часто требует корректировки по результатам технологических проб. С увеличением содержания никеля, углерода, алюминия и титана в аустенитных сталях Т, снижается, а измельчение зерна способствует повышению Т,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
