Классификация разнородных сталей

Для экономии дорогостоящих высоколегированных сталей используют комбинированные конструкции, которые изготавливают из нескольких сталей. Сварка высоколегированных сталей с низко - или средне легированными и углеродными не всегда обеспечивает достаточную прочность соединения

Высоколегированные стали содержат дорогие, дефицитные элементы, что обусловливает необходимость их экономии. Одним из путей экономии высоколегированных сталей является изготовление установок, машин и механизмов из разнородных сталей. Такое изготовление вполне возможно, так как во многих случаях в условиях, требующих применения специальных сталей, работает не вся конструкция, а лишь её отдельные узлы или детали.

Остальная часть конструкции работает в обычных условиях и может быть изготовлена из среднелегированной, низколегированной или обычной углеродистой стали.

Конструкции, сваренные из разнородных сталей, называют комбинированными.

Они применяются в тех случаях, когда условия работы отдельных частей конструкции отличаются температурой, агрессивностью среды, особыми механическими воздействиями.

Таблица.1.

Классификация сталей, применяемых в сварных соединениях разнородных сталей.

Класс сталей и сварочных материалов	Группа	Характеристика сталей	Марки (примеры)
Перлитные и бейнитные	I	Углеродистые	Ст3, 20
	II	Низколегированные	09Г2С, 10ХСНД, 20ХГСА
	III	Легированные среднеуглеродистые	30ХГСА, 40Х, 40ХН2МА, 38ХВ
	IV	Теплоустойчивые (Cr-Mo и Cr-Mo-V)	12МХ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф
	V	Хладостойкие (Fe-Ni)	0Н3, 0Н6, 0Н9
Мартенситные, ферритные, ферритно-мартенситные, аустенитно-мартенситные, ферритно-аустенитные	VI	12%-е хромистые, жаростойкие	08Х13, 12Х13
	VII	Высокохромистые, жаростойкие	08Х17Т, 15Х25Т, 20Х17Н2
	VIII	12%-е хромистые, жаропрочные	15Х11МФ, 15Х12ВНМФ
	IX	Хромоникелевые коррозионностойкие	12Х21Н5Т
Аустенитные стали и сплавы на никелевой основе	X	Коррозионностойкие аустенитные	12Х18Н10Т, 10Х17Н13М3Т
	XI	Аустенитные жаропрочные	10Х15Н35ВТ, 20Х25Н20С2
	XII	Аустенитные коррозионностойкие и криогенны	Х18Н20, 06Х23Н28М3Д3Т
	XIII	Жаропрочные никелевые сплавы	ХН70ВМТЮФ, ХН56ВМТЮ

 

Основные трудности при сварке разнородных сталей и

Способы их преодоления

 

Проблема сварки разнородных сталей (высоколегированных хромоникелевых с низколегированными или углеродистыми) оказалась одной из наиболее сложных в современной сварочной науке и технике.

Трудности при сварке разнородных сталей:

v В процессе изготовления сварного соединения или при его эксплуатации в шве часто образуются трещины, проходящие по его середине или у границы сплавления.

v В зоне сплавления образуется структурная неоднородность, которая приводит

v к механической неоднородности, а её наличие сказывается на работоспособности сварного соединения. Характерным признаком структурной неоднородности в зоне сплавления является наличие обезуглероженной прослойки со стороны менее легированной стали и науглероженной – со стороны высоколегированной. Эти прослойки образуются вследствие перемещения углерода из менее легированной стали в более легированную и образуют механическую неоднородность в виде мягкой и твёрдой прослоек. Влияние таких прослоек на работоспособность соединения зависит от их относительной толщины.

v Вследствие существенного различия коэффициентов линейного расширения сплавляемых металлов соединения остаются чрезмерно напряжёнными даже после термообработки, которая в случае сварки однородных металлов снимает такие напряжения.

Появление структурной неоднородности и степень ее развития определяются всеми факторами, способствующими перемещению углерода из менее легированного металла в более легированный. Решающие факторы: последующий нагрев сварного соединения до температур, вызывающих заметную миграцию углерода; время выдержки сварного соединения при этих температурах и химический состав сплавляемых металлов, в особенности содержание в них углерода и карбидообразующих элементов. Структурная неоднородность в зоне сплавления разнородных сталей возникает лишь при нагреве сварного соединения до температуры 350°С. Существенное развитие она получает при более высоких температурах (около 500°С). Наиболее интенсивно развивается эта неоднородность при температуре 600–800°С.

Отмеченные трудности обусловили особенности сварки разнородных сталей. Для получения качественных и надежно работающих в специфических условиях сварных соединений необходимо применять технологию сварки, которая предотвращает образование трещин в металле шва и структурной неоднородности в зоне сплавления, и обеспечивает получение сварных соединений с возможно более близкими коэффициентами линейного расширения сплавляемых металлов.

Поэтому при выборе способов и режимов сварки отдают предпочтение технологии, при которой толщина кристаллизационной прослойки минимальна.

Этого достигают следующими методами:

ü Применением высококонцентрированных источников тепла (электронный луч, лазер, плазма);

ü Разделкой кромок или их наплавкой, уменьшающей долю участия сталей, как показано на рис.1.;

ü Выбором режимов сварки с минимальной глубиной проплавления;

ü Переходом к дуговой сварке в защитных газах, обеспечивающей интенсивное перемешивание металла ванны.

 

 

Рис.1. Схема комбинированной наплавки свариваемой кромки: 1 – углеродистая сталь; 2 – перлитный стабилизированный слой; 3 – аустенитный слой; 4 – аустенитная сталь