9.2. Технология сварки и свойства соединений

При выборе сварочных материалов необходимо предотвратить горячие трещины в шве и ЗТВ, трещины при термообработке, а также обеспечить равную жаропрочность сварного соединения и основного металла.

При сварке гомогенных сплавов применяют присадочные проволоки, близкие по химическому составу к основному. Отличие состоит в увеличении доли элементов, повышающих энергию активации процессов диффузии (Mo, W, Mn), и в уменьшении упрочняющих добавок (Ti, A1) (табл. 32). При сварке гетерогенных сплавов с большим содержанием Ti и Al применяют присадочные проволоки, в которых часть Ti заменена Nb.

Таблица 32

Типовые составы присадочных материалов

Марка сплава	Содержание элементов, %
	C	Si	Mn	W	Cr	Mo	Fe	Другие элементы
ВЖ-98	0,1	0,8	0,5	13...16	23...26	–	0,4	–
ЭП-683	0,1	0,5	1,0	–	14...16	18...21	0,6	0,3...0,55 B
ЭП-367	0,04	0,5	1,5	–	14...16	14...16	4,0	0,3...0,7 Ti
ЭП-533	0,01	0,6	0,5	7...9	19...22	7...9	3,0	0,04 Al; 2,3...2,5 Ti
ЭП-648	0,1	0,4	0,5	4,3...5,3	32...35	2,3..3,3	4,0	1,0 Al; 1,0 Ti; 1,0 Nb

Общий принцип выбора режима сварки – максимально возможное сокращение времени высокотемпературного нагрева, увеличение скорости охлаждения и уменьшения размеров сварочной ванны, снижение сварочных напряжений.

Указанные требования выполняются при лазерной и ЭЛС на скорости < 50 м/ч. Эффективно также применение сварки давлением. Чтобы уменьшить перегрев, электроды и изделие помещают в воду или омывают струями воды.

Сплавы с содержанием (Ti+Al) > 4 % являются плохо свариваемыми и их рекомендуют соединять диффузионной сваркой и пайкой.

Термообработка после сварки для гомогенных сплавов включает аустенизацию сварных узлов при Т = 1050...1200 °С, которая приводит к растворению избыточных фаз и снятию сварочных напряжений. Это повышает работоспособность сварных соединений в коррозионных средах (табл. 33).

Таблица 33

Жаропрочность сварных соединений никелевых сплавов

Марка сплава	Способ сварки	Испытуемый образец	Условия испытания		Время до разрушения, ч	Место разрушения
			Т, С	, МПа
ХН77ЮР (ЭП-437)	ЭЛС	Основной металл	700	44	115	Основной металл
ХН60ВТ	–	Основной металл	800	10	128/182	Основной металл
ХН67МВТЮ (ЭП-202)	АДС	Основной металл	800	25	203/115	Основной металл
Х35Н50ВМ (ЭП-648)	ЭЛС	Основной металл	900	60	110	Основной металл

Примечание. Аустенизация 1200 С, 1 час, воздух.

Для гетерогенных дисперсионно-упрочняемых сплавов термообработка включает аустенизацию и стабилизирующий отжиг. Более эффективна двукратная обработка, которая формирует глобулярную структуру карбидов и –фазы по границам. Последующее двухступенчатое старение при 900 °С, 8 часов и при 850 °С, 15 часов приводит к выделению '–фазы в объёмах зерен и стабилизирует структуру для последующей высокотемпературной эксплуатации, но не изменяет морфологию карбидов. Качественные сварные соединения показывают высокие эксплуатационные свойства, мало отличающиеся от основного металла (табл. 33).

Контрольные вопросы к главе 9

1. Какими свойствами обладают никелевые сплавы?

2. Назовите трудности при сварке никелевых сплавов.

3. Как предотвратить возможность образования горячих трещин в никелевых сплавах?

4. Какие изменения структуры наблюдаются в ЗТВ?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Многообразие сталей и сплавов, применяемых при изготовлении сварных конструкций, требует от инженера-сварщика глубоких знаний в области материаловедения, теории сварочных процессов, технологии и оборудовании сварки плавлением и давлением.

Особенно это относится к специальным сталям и сплавам, которые характеризуются наличием в них большого количества легирующих элементов, обеспечивающих получение особых свойств сварных конструкций.

К таким свойствам относятся жаростойкость, коррозионностойкость, хладостойкость, радиационностойкость и другие. Эти свойства обеспечиваются сталями различных структурных классов (аустенитные, ферритные и т.д.) и комплексным легированием.

Разработка способов и технологии сварки таких материалов требует учета условий эксплуатации и требований к сварным соединениям. Условия работы сварной конструкции должны учитываться на всех этапах разработки технологии сварки и термообработки.

При этом необходимо принимать меры против разрушения сварных соединений как при изготовлении, так и в условиях эксплуатации (устранять возможности образования трещин, коррозионного разрушения, охрупчивания и т.п.).

Разрабатываются и будут разрабатываться новые марки сталей и сплавов, обладающих требуемыми эксплуатационными свойствами. Сварка таких материалов потребует применения новых чистых и сверхчистых основных и присадочных материалов, высококонцентрированных источников тепла (плазма, электронный луч) и специального оборудования.

От инженера-сварщика требуется комплексный подход к разработке технологии и оборудования для сборки и сварки конструкций из специальных сталей и сплавов, начиная с анализа конструкции и заканчивая выбором способов контроля качества сварных соединений.

Все это обусловливает необходимость изучения широкого круга вопросов общетехнических и специальных дисциплин, применения современных средств информационной и вычислительной техники.