34. В чем разница между составом покрытий электродов и флюсов, а также шлаками, образующимися в ходе их расплавления при сварке.

35. Механизмы образования неоднородности металла шва

Образование структурной неоднородности возможно не только в соединениях собственно разнородных сталей, но и в биметалле, соединениях неаустенитных сталей с аустенитным швом, а также в зоне сплавления различного рода высоколегированных наплавок на средне или низколегированную сталь. Поэтому конструкции из катаного и наплавленного биметалла и из неаустенитных сталей с аустенитным швом также следует относить в конструкциям из разнородных сталей.

Сварка разнородных сталей затруднена еще и тем, что они в подавляющем большинстве случаев отличаются друг от друга величиной коэффициентов линейного расширения. В силу этого сварные соединения таких сталей остаются напряженными даже после их термообработки. Более того, в сварных соединениях разнородных сталей, подвергнутых термообработке или эксплуатируемых в условиях высоких температур, из-за существенного различия коэффициентов линейного расширения сплавляемых металлов в зоне сплавления создается резкое изменение (скачок) напряжений, нередко даже с переменой знака. Это усугубляет напряженное состояние зоны сплавления — этого наиболее слабого участка сварных соединений. Поэтому сварные соединения разнородных сталей нецелесообразно подвергать термообработке даже в случаях, когда она желательна по другим соображениям.

Структурная неоднородность в зоне сплавления разнородных сталей возникает лишь при нагреве сварного соединения до температуры 350° С . Однако существенное развитие она получает при более высоких температурах (около 500° С). Наиболее интенсивно развивается эта неоднородность при температуре 600—800° С. До температуры 350° С характерной структурной неоднородности не наблюдается даже в случае применения в качестве менее легированного металла обычной низкоуглеродистой стали ВСтЗ.

Влияние карбидообразующих элементов на образование структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей зависит от типа элемента и его содержания, причем влияние типа элемента сказывается сильнее, чем его количества. Интенсивность влияния карбидообразующего элемента усиливается с возрастанием его сродства к углероду и располагаетсяв следующей последовательности: Fe, Mn, Cr, W, V, Nb, Ti. Однако такая последовательность имеет место лишь при выражении концентрации карбидообразующего элемента в атомных процентах, а не процентах по массе. Поэтому принято считать, что перемещение углерода в зоне сплавления разнородных сталей определяется не общим содержанием карбидо-образующих элементов, а свободным (не связанным с углеродом) их количеством.

Изменение количества карбидообразующего элемента сказывается неравномерно на развитии структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей. После некоторого предела, различного для каждого из карбидообразующих элементов, степень влияния элемента сильно уменьшается, причем для большинства из них это эффективное количество сравнительно невелико, например для хрома оно близко к 6%. Поэтому при необходимости вполне возможно повышать содержание карбидообразующего элемента в высоколегированном металле за пределы его эффективной концентрации без опасения заметного усиления структурной неоднородности в зоне сплавления.

Отмеченная закономерность влияния количества карбидообразующих элементов сохраняется и в случае их введения в менее легированную сталь. В связи с этим предотвратить образование структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей можно путем увеличения в менее легированном металле количества карбидообразующих элементов до такой степени, при которой еще сохраняются приемлемыми его свойства.

Развитию структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей способствуют также напряжения, вызываемые различием коэффициентов линейного расширения сплавляемых металлов.

можно сделать вывод, что разнородные стали необходимо сваривать с минимальным их проваром. Во многих случаях даже при минимальном проваре для обеспечения допустимого разбавления наплавленного металла необходимо применять соответствующие сварочные материалы. Например, неаустенитные стали с аустенитными не следует сваривать электродами типа ЭА-1, так как они обеспечивают получение наплавленного металла, содержащего 18% Сг и лишь 8% Ni, в связи с чем он обладает весьма малым запасом аустенитности. В данном случае целесообразно применять электроды, обеспечивающие металл шва с более высоким запасом аустенитности.

Для предотвращения трещин, возникающих в металле шва у линии сплавления, разнородные стали необходимо сваривать так, чтобы ширина переходного слоя была минимальной. Это достигается снижением силы сварочного тока и напряжения дуги, а также увеличением скорости сварки. Повышение степени легирования металла шва также уменьшает ширину прослойки малопластичных структур в переходном слое.

Что касается предупреждения образования структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей, то общим в решении этой задачи является выполнение сварки с применением мер, снижающих разницу термодинамической активности углерода в сплавляемых металлах. Одним из вариантов практического решения указанной задачи может быть применение в качестве менее легированного металла такой низко- или среднелегированной стали, которая содержит достаточное количество энергичных карбидообразующих элементов. В такой стали углерод будет связан в стойкие карбиды, и, следовательно, существенно уменьшится вероятность перемещения его в более легированную сталь.

Исходя из изложенного, сварные соединения разнородных сталей предложено разделить на четыре группы:

1) соединения, работающие при температурах до 350° С (содержат в качестве менее легированной стали обыкновенную низкоуглеродистую сталь, допустимая температура эксплуатации которой не превышает 350° С);

2) соединения, работающие при температурах 350—450° С (с качественными углеродистыми и обычными низколегированными сталями);

3) соединения, работающие при температурах 450—550° С (с низко- или среднелегированными хромомолибденовыми сталями);

4) соединения, работающие при температурах выше 550° С (с низко- или среднелегированными хромомолибденованадиевыми сталями).