Сварка різнорідних сталей: технологія зварювання

Поняття різнорідних сталей досить однозначно позначено в спеціалізованій літературі. Такий вважають сталь, яка відрізняється на атомно-кристалічному рівні. Вона має певну грати і відноситься до різних класів за структурою. Це сталь з типовою гратами, але належить до відмінних груп по виду, ступеня легування: високо- і низьколеговані. Високолегована сталь складається з дорогих, часто рідкісних елементів. Це викликає необхідність економити.

Схема зварювання неплавким електродом з комбінованим захистом.

технологія зварювання

Одним з центральних шляхів вирішення проблеми економії високолегованих матеріалів є можливість виготовлення деталей і механізмів шляхом комбінування, тобто зварювання різнорідних сталей. Це стає можливим завдяки тому, що, як правило, в процесі експлуатації працює не весь виріб, а тільки окремі його елементи або частини. Більша ж частина не піддається взаємодії і оточена стандартними умовами. Тому вона без ризику може виготовлятися з середньо- і низьколегованої сталі.

Для створення комбінованих конструкцій з різнорідних металів необхідно з’єднувати один з одним їх окремі складові частини. Якщо виріб буде працювати в несприятливому середовищі і / або при високій температурі, то з’єднання просто необхідно виконувати за допомогою зварювання.

Схема зварювання неплавким електродом.

У таких випадках доводиться варити між собою різнорідні стали, які разюче відрізняються за фізико-хімічними властивостями. Але ця різниця рідко дозволяє створити якісне, що працює при особливих умовах зварювальне з’єднання. Таке питання виявився настільки важким для пошуку рішень, що утворив окрему проблему — зварювання різнорідних металів.

Головною проблемою такої зварювання є те, що під час отримання та експлуатації зварювального шва в ньому часто з’являються тріщинки. Вони виявляються, як правило, на межі або посередині сплаву.

Наступною, але важливою складовою, яка зумовлює проблемність зварювання різнорідних металів, є те, що при сплаву нерідко протікає заміна структури з появою прошарків. Це істотно ускладнює технологію зварювання. Адже з заміною структури, якщо вона досить сильна, знижуються такі характеристики, як довговічність і пластика.

Підсумки невтішні: дострокове, в гірших ситуаціях екстрено-аварійний руйнування деталі / механізму. Видозміна структури, коли виконується зварювання самих різнорідних сталей, належить називати неоднорідністю структури. Ті ж з’єднання, в яких структура складових незмінна нижче межі сплавлення, виходять досить технологічними і вірно служать в призначених для них умовах.

Відмінність хороших вогнестійких з’єднань полягає в структурно-однорідної зоні сплаву в незалежності від того, різні чи сполучаються матеріали по структурі.

Проблеми і труднощі при зварюванні

Проблема появи неоднорідної структури властива не одним з’єднанням з різнорідних сталей. Вона існує і в роботі з біметалом, сполуками неаустенітной стали з аустенітними швами, при сплаві високолегованої наплавлення із середніми або низькими по легуванню сталями. Тому перераховані вище варіанти також відносяться до з’єднань з різнорідних сталей.

Схема зварювання неплавким електродом з присадкою.

Велике утруднення при такому вигляді зварювання викликано тим, що в більшій кількості випадків метали виявляються різні по цифрі коефіцієнта лінійного розширення. Тому з’єднання такої стали не втрачають напруженості навіть тоді, коли піддаються термообробці.

Крім того, в таких з’єднаннях після обробки або роботи при високих температурах, з огляду на зазначеного відмінності, спостерігається раптова зміна напруги, часто зі зміною знака. Це лише посилює стан слабкої ділянки, збільшуючи напругу зони сплаву. У зв’язку з цим зварювальні з’єднання різнорідних сталей піддають термообробці досить рідко.

Зазначені проблеми і труднощі в більшій мірі зумовили те, як виполненять технологія зварювання неоднорідних металів. А полягає вона в попередженні появи тріщин саме в матеріалі швів і повністю виключає заміну структурного і хімічного складових металів в місці сплаву. Це мінімізує появу неоднорідності структури, робить склади зі схожими коефіцієнтами розширення металів.

Нюанси утворення тріщин

Тріщини при зварних роботах виникають з утворенням мартенситной структури.

Дугове зварювання вугільним електродом сталевий алітірованной пластини з алюмінієвої: а — схема однопрохідної зварювання, б — однопрохідне зварювання при товщині пластин до 6 мм, в — багатопрохідний зварювання при товщині пластин 12 мм, 1 і 11 — перший і другий проходи, III і IV — третій і четвертий проходи (підварювання на звороті), I — алітірованная поверхню сталевої пластини, 2 — формующий брусок, 3 — зварений шов, 4 — присадка, 5 — електрод, 6 — формуюча підкладка.

Вона значно знижує пластичність металів. Шви з цієї структурної сіткою бувають при зайвому розведенні високолегованого металу додаванням в нього менш легованого. Це трапляється при значному проплавлення зварюється.

Шви з непластичною структурної сіткою виникають і при сплаву металів, значно відмінних за основними хімічними складовими. У цих випадках часто освіту перехідних шарів. Якщо ширина цього шару збільшується до встановленої цифри, освіту тріщин у межі сплаву практично неминуче.

Розвиток науки і технології, досвід, хоч і часом негативний, дозволили зібрати багато знань про порядок освіти і природі тріщин в металі шва. Тому в даний час практичне виключення їх появ не викликає у фахівців великих труднощів.

Набагато важче виявилося вирішення питання з виникненням неоднорідною структурної мережі в місці сплаву неоднорідних сталей. Склад даних структурно-мережевих неоднорідностей добре вивчений. Він складається з багатої вуглецем прошарку з боку легованої сталі і зворотного за властивостями, з менш легованої. Освіта відбувається за рахунок переміщення вуглецю.

Неоднорідність структури, її освіту, ступінь поширення — все це визначено умовами, що сприяють переходу вуглецю з менш в більш легований матеріал. Головними серед перерахованого виділяють:

  • підігрівання з’єднання до температур, що підсилюють перехід вуглецю;
  • хімічний склад сплавів;
  • час утримання з’єднання при зазначених температурах;
  • знаходження в сплавах вуглеців інших елементів.

Технологія газового різання металів.

Після зварювальних робіт із з’єднанням одношаровим швом в зоні сплаву не фіксується розподіл вуглецю, який характеризує неоднорідність. У цих утвореннях проблема не виникає і тоді, коли використовується звичайна вуглецева сталь, яка не містить частинок, складових вуглець в стійкі карбіди.

Проблема неоднорідності структур в місці сплаву різнорідних сталей з’являється при нагріванні складу до 350 ° С. Але це тільки початкові стадії.

Пік активного поширення помічений при t від 500 ° С. Найбільша можливість поширення неоднорідності зафіксована в температурних межах 600-800 °. До досягнення порогу в 350 ° виникнення неоднорідності не відбувається навіть при сплаві збоку менш легованого металу, стандартної низьковуглецевої стали.

Протяжність витримки збільшує неоднорідність, але не настільки кардинально, як різниця температури, її підвищення. У той же час поступове збільшення тривалості витримки знижує швидкість утворення неоднорідності. Це яскраво виражено в мінусовій температурі, менш 600 °. Однак нагрів більше 600 ° відчутно розвиває неоднорідність, навіть при хвилинних витягах.

Схема стикового зварювання.

З урахуванням сказаного виходить, що температурна обробка зварних з’єднань неоднорідних металів вкрай несприятлива через ризик появи в місцях сплаву неоднорідності структури. При відсутності в металах карбидообразующих складових прояв неоднорідності не проглядається навіть при сплаві зі стандартною вуглецевою сталлю.

При наявності зазначених складових неоднорідність з’являється навіть тоді, коли менше легованого металу, заліза. Також її освіту помічено там, де високолегований матеріал вміщує вуглецю більше, ніж просто легований. Це значення має перевищуватися в 5-10 разів. Пояснення цьому таке: важливо не сумарне число вуглецю, а відмінність його термодинамічної активності певної чисельністю частинок в уже твердому розчині.

Вплив вуглецевих складових на неоднорідність структури в місці сплаву різнорідних металів залежна від типу і змісту складових. При цьому більш визначальним є саме тип, а не чисельність.

Насиченість елемента збільшується при наближенні спорідненості з вуглецем і присутній тільки при вираженні насиченості карбидообразующих елемента в атомних відсотках, але не у відсотках по масі. Тому в пересуванні вуглецю грає роль не узагальнене число частинок, а їх вільне кількість. Зміна такого показника, як число карбидообразующих що становить, нерівномірно відображається на збільшенні неоднорідності.

Основні групи сполук

Класифікація основних видів зварювання.

Проаналізувавши сказане, всі зварні з’єднання (далі СС) неоднорідних сталей було прийнято розформувати на групи:

  1. t до 350 °. У ролі менше легованої сталі — низьковуглецевий сталь, t використання — до зазначеної кордону.
  2. Допустима t — 350-450 °. Фігурують якісні вуглецеві і звичайні, низьколегованісталі.
  3. Допустима t — 450-550 °. Низько- або середньолеговані хромомолібденові стали.
  4. t понад 550 °. Низько- або середньолеговані хромомолібденованадієві стали.

Сварка матеріалів одного структурного класу

При користуванні сталями перлитових класів застосовуються зварювальні матеріали, рекомендовані для менше легованої сталі. У цих випадках схема зварювання і максимальна t нагрівання призначаються відповідно до властивостями найбільш легованої сталі.

Аргоно-дугова зварка.

Коли з’єднання виконуються між високо хромисті, феритного, ферритно-аустенітними, мартенситними сталями, то щоб запобігти появі ламких прошарків і нетривкого металу шва, матеріал для зварювання зобов’язаний бути з феритної-аустенітного класу. При такому виконанні формується шов з найбільш дрібної структурної сіткою, ніж якби використовувався феритний зварювальний матеріал. Застосовуються підігрів і високий відпустку, порядку 700-750 ° С.

При роботі з зазначеними сталями різного легування вигідніше віддати перевагу матеріалам з співвідношення Cr / Ni. Якщо це відношення в сталях більше 1, то використовуються аустенитно-ферритні матеріали. Це мінімізує появу гарячих тріщин в тілі шва. Якщо ж відношення Cr / Ni менше 1, то зварювальні засоби зобов’язані забезпечувати аустенитную і аустенитно-карбідну структурність шва.

Сварка матеріалів різних структурних класів

Схема плазмового зварювання.

При необхідності об’єднання перлитной стали з високохромистого мартенситной, ферритной, аустенитно-феритної нерідко виникнення холодних тріщин, а також небажаних прошарків в місці сплаву.

Такі сполуки зазвичай виконують із застосуванням перлитових електродів для ручного зварювання або дроту при зварюванні під флюсом. Це дозволяє домогтися отримання шовного металу з низьким присутністю хрому, забезпечивши тим самим необхідну довговічність і пластику шва і шарів. Температура зварювання призначається аналогічної до високолегованої сталі.

Найчастіше на практиці сплави з перлитових, мартенситних, феритних сталей з аустенітними температурної обробці не піддаються. Це веде до зниження експлуатаційних можливостей. Відпустка знаходить застосування в окремих випадках, і його температура наближена до мінімальної, для уникнення появи прошарків.

На закінчення слід зауважити, що в усіх інших моментах технологія зварювання різнорідних сталей нічим не відрізняється від зварювання інших видів металу.

Ссылка на основную публикацию