5.4.2. Особенности сварки разнородных сталей аустенитными швами.

Использование технологии сварки плавлением не аустенитных сталей аустенитны­ми швами непрерывно расширяется. В некоторых случаях такая технология является наиболее удобной, а в некоторых практически незаменимой. Особенно удобна технология сварки аустенитными электродами не аустенитных сталей при монтажных работах и ремонте крупных аппаратов, где трудно осуществить термическую обработку сварных соединений после сварки не аустенитными электродами, дающими металл шва, по составу близкий к свариваемой стали. Но даже при сварке не в процессе монтажа, а в цехе использование технологии с образованием аустенитных швов на не аустенитных сталях имеет преимущества перед технологией с образованием сварного соединения со швами, по составу близкими к свариваемой стали. Например, при сварке высокохромистых коррозионно-стойких и жаростойких сталей использование присадочных материалов, дающих высокохромистый металл шва, нерационально из-за его низкой технологической прочности и высокой хрупкости. При сварке средне-углеродистых низко- и среднелегированных сталей, термически обработанных на высокую прочность (30ХГСА, 30ХГСНА и др.), использование среднеуглеродистых легированных присадочных материалов связано с опасностью получения в шве трещин, не говоря уже о том, что и технология сварки в этом случае осложняется необходимостью подогрева, замедленного охлаждения после сварки и термической обработкой сварных соединений.

Чаще всего создание аустенитных швов при сварке не аустенитных сталей прак­тикуется в следующих случаях:

1. сварка низкоуглеродистых низко- и среднелегированных теплоустойчивых сталей и сталей с повышенным сопротивлением коррозии (12Х1МФ, 15X1М1Ф, 15Х5М, 15Х5ВФ и др.);

2. Сварка никелевых хладостойких сталей (типа 06н6, 06н9); сварка средне-углеродистых низколегированных высокопрочных сталей (30хгса, 30хгсна и др.); сварка высокохромистых сталей.

Для сварки плавлением низкоуглеродистых низко- и средне-легированных теплоустойчи­вых сталей характерныдве особенности.

Первая заключается в том, что эти стали содержат элементы (хром, молибден, ванадий, вольфрам и др.), дающие стойкие карбиды и снижающие активность углерода в этих сталях. Это значит, что в сварных соединениях таких сталей с аустенитными швами при нагреве диффузионная неоднородность будет развиваться менее активно, чем при контакте аусте­нитных швов с нелегированными сталями. При сварке этих сталей можно ограничиться со­держанием в металле шва 25—40 %Ni. В то же время, учитывая влияние никеля на химиче­скую неоднородность в участке сплавления, вызванную образованием промежуточных сплавов за счет проплавления, а также рациональность унификации типов присадочных материалов при сварке низко- и среднелегированных низкоуглеродистых теплоустойчи­вых сталей, целесообразно остановиться для этого случая на металле шва с 40 %Ni, тем бо­лее если в этом металле будут содержаться такие активные карбидообразующие элементы, как молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, титан, снижающие активность углерода в раство­ре и требующие увеличения содержания никеля, повышающего активность углерода.

Вторая особенность, с которой надо считаться при сварке теплоустойчивых сталей, заключа­ется в том, что эксплуатация сварных соединений происходит при повышенных температурах(450—600°С) в течение очень длительного времени (сотен тысяч часов), т. е. в условиях, опре­деляющих развитие диффузионных процессов и образование в участке сплавления химиче­ской и структурной неоднородностей. Поэтому с большим вниманием следует относиться к развитию диффузионной неоднородности в сварных соединениях рассматриваемого типа.

Н. В. Кириличев обследовал более 430 тыс. стыков труб из сталей 15Х5М и 12Х2М1 с металлом шва типа 10Х25Н13Г2 и 06Х25Н40М7Г2, работавших при температуре от 400 до 550°С. Было отмечено, что все сварные соединения имели вполне удовлетворительную экс­плуатационную надежность. Однако в сварных соединениях с металлом шва типа 10Х25Н13Г2 в 0,16 % случаев появились трещины, в то время как на стыках с металлом шва типа 06Х25Н40М7Г2 их практически не было (0,005 % случаев).

В целях экономии сварочных материалов с высоким содержанием никеля ими можно наплавлять только кромки свариваемых теплоустойчивых сталей, а последующую сварку — заполнение разделки осуществлять аустенитными присадочными материалами с мень­шим содержанием никеля. Высокая работоспособность сварных соединений стали 12Х1МФ и хороший комплекс свойств при высоких температурах эксплуатации достигается при наплавке кромок свариваемой стали электродами, дающими металл типа 08ХН60Г7М7Т, а сварку и заполнение разделки осуществлять электродами, дающими металл шва типа 11Х15Н25М6АГ2. Для более легированной теплоустойчивой стали 15Х5М оправданной должна быть наплавка кромок металлом типа 06Х25Н40М7Г2 и сварка материалами, дающими металл шва типа 10Х25Н13Г2. По затрате никеля это близко к использованию для сварки без наплавки кромок материалов, дающих металл шва с 25 %Ni(например, типа 10Х15Н25М6), а по надежности работы, определяемой стойкостью к образованию диффузионной неоднородности в зоне сплавления, первый вариант предпочтительнее.

2. Сварка хладостойких никелевых сталей 06Н6 и 06Н9 с образованием аустенитных швов такжесвязана с некоторыми особенностями.

Во-первых, высокое содержание никеля в свариваемой стали и низкое содержание угле­рода создают предпосылки для уменьшения ширины мартенситного участка в зоне про­плавления и смешения.

Во-вторых, эксплуатация сварных соединений происходит без нагрева, и диффузионная неоднородность в зоне сплавления не развивается, а свойства определяются только проплавлением и образованием сплавов смешения.

В-третьих, низкие температуры эксплуатации (-196°С) могут привести к распаду не­достаточно устойчивого аустенита как в металле шва, так и в зоне проплавления и смеше­ния, поэтому аустенитные швы должны быть стабильно аустенитными. Повышенная ста­бильность аустенита в металле шва определяет также повышение стабильности аустенита в зоне сплавления (смешения) и соответственно уменьшение ширины мартенситного участка.

Для сварки высокохромистых сталей как коррозионно-стойких, так и жаропрочных аусте­нитные присадочные материалы находят широкое применение. Аустенитные швы, полученные при сварке жаропрочных высокохромистых сталей типа 13X11Н2В2МФ, позволяют не произ­водить после сварки термическую обработку. Сварка коррозионно-стойких высокохромистых сталей аустенитными швами позволяет получить металл шва с высокой вязкостью, в то время как при использовании для сварки электродов, дающих высокохромистый металл шва, шов обладает низкой ударной вязкостью.

3. Особенности сварки высокохромистых сталей с получением аустенитных швов следующие.

Первая, связана она с тем, что изменение содержания никеля в металле шва в широких пределах дает для сталей с 17 и 25 % Сrв металле зоны сплавления сплавы аустенитно-ферритные, или для сталей с содержанием хрома 13 % — аустенитно-мартенситноферритные и ферритно-мартенситные. В связи с этим для сварки высокохромистых сталейнецелесообразно применять швы с очень высоким содержанием никеля.Обычно содержание никеля в шве ограничено 25 %.

Вторая особенность сварки связана с тем, что высокое содержание хрома в свари­ваемой стали сильно снижает активность в ней углерода, приближая се к активности угле­рода в металле шва, легированном 20—25 %Ni. В результате нагрев таких сварных соеди­нений не связан с активным перемещением углерода на границе сплавления. Это обстоя­тельство также позволяет ограничить содержание никеля в металле шва 25 %. Часто для сварки высокохромистых жаропрочных сталей применяют электроды, дающие металл шва типа Х16Н25М6, для сварки коррозионно-стойких высокохромистых сталей — электроды, дающие металл шва типа Х23Н18 и даже 08Х17Н10.

Рекомендации по сварке разнородных сталей приведены в табл. 5.1

Таблица 5.1 Рекомендации по сварке разнородных сталей

Свариваемые стали	Условия работы	Металл шва	Термообработка
Разнолегированные перлитные	Без нагрева	Должен соответствовать менее легированной стали	Предназначенная для сварных соединений из более легированной стали
	Нагрев до 580°С	С промежуточным содержанием легирующих элементов
Перлитная и ферритная или полуферритная	Без нагрева	Перлитный или аустенитный типа Х18Н10, Х25Н13	При перлитном металле высокий отпуск (режим для перлитной стали)
	Нагрев до 580°С	Аустенитный с содержанием >15%Ni	–
Разнолегированные	Без нагрева	Не аустенитный, соответствующий менее легированном стали	Высокий отпуск
Мартенситные	Без нагрева	Аустенитный с 20 —40% Ni	—
	Нагрев до520°С	Не аустенитный, соответствующий менее легированной стали	Высокий отпуск
	Охлаждение ниже-20°С	Аустенитный с 40 — 6 0 % Ni	–
		То же	–
Разнолегированные	Без нагрева	Аустенитный, соответствующий менее легированной стали	–
Аустенитные	Нагрев до 650 °С	Аустенитный промежуточного состава	Аустенизация, стабилизирующий отпуск
Перлитные и аустенитная	Без нагрева	Аустенитный типа Х25Н13 или типа аустенитной стали *	–
	Нагрев до 580 °С	Аустенитный с содержанием >35%Ni	–
Разнолегированные высокопрочные	Без нагрева	Аустенитно-мартенситный с Мо и Со	–
Высокохроми­стая ферритная и полуферритная	То же	Аустенитная с содержанием 20—25% Ni	–