Способ сварки разнородных сталей

(19) 16 740 А К 9/23. 9/16 Б ТЕН 0фЪ 3 ,ей ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Готальский Ю.Н. и Снисарь В,В. О содержании никеля в металле шва сварныхсоединений аустенитных сталей с неаустенитными. - Автоматическая сварка, 1968,М 12, с,9 - 13.(54) СПОСОБ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХСТАЛЕЙ(57) Изобретение относится к способамсварки высоколегированных сталей и сплавов с перлитными сталями, а также теплоустойчивых закаливающихся сталейаустенитным швом в конструкциях, эксплуатирующихся при высоких температурах, иможет быть использовано в различных областях машиностроения. Цель изобретения -повышение качества сварных соединений относится к области сваства, в частности к спосоколегированных сталей и ными сталями, а также тепаливающихся сталей ауск сварным соединениям ляются жесткие требоваию стойкости против хруп- по зоне сплавления.етения является повыше- рных соединений разно- путем снижения уровня рной и механической неоИзобретение рочного производ бам сварки высо сплавов с перлит лоустойчивых эак тенитным швом,которых предьяв ния по обеспечен кого разрушения Целью изобр ние качества сва родных сталей развития структупутем уменьшения уровня развития структурной и механической неоднородности в зоне сплавления аустенитного металла шва с перлитной сталью, Используют высоколегированный аустенитный металл шва с разным, в зависимости от температуры эксплуатации, содержанием никеля вплоть до сплава на никелевой основе, Аустенитный металл шва дополнительно легируют азотом в количестве от 0,1 до 0,23 О/ при выполнении условия 0,005 Ок.о.м(ч 5,0060 к.м.ш, где Ок.о.м и О, м ш - приведенное количество карбидообразующих элементов соответственно в основном металле и металле шва (, определяемое из соотношения Ок=0,2 Ее+ + 0,4 Мп+Сг+1,1 Моф 1,2 Щ+1,5 Ч+2 И Ь+ Я +2,5 ТЦ+3 Ег: й - содержание азота в металле шва, , При указанных условиях снижается уровень развития структурной и механической неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей. 2 табл,днородности в зоне сплавления аустенитного металла шва с неаустенитной сталью в конструкциях, работающих при высоких температурах. вплоть до 600 С.Аустенитный металл шва, легированный никелем в зависимом от температуры эксплуатации количестве, при сварке дополнительно легируют азотом одним из известных способов, например через газовую среду при механизированной сварке в смесях, содержащих азот, вплоть до 100, или через покрытие электрода при ручной дуговой сварке. Введение в наплавленный ме 1646740талл азота обеспечивает связывание карбидаобраэующих элементов, понижающих термодинамическую активность углерода в аустените, в нитриды и (или) карбонитриды, тем самым сближая значения термадинамической активности углерода в низколегированной стали и высоколегированном аустенитном металле шва, ограничивает диффузию углерода в зоне их сплавления при высоких температурах нагрева, Это способствует снижению уровня структурной и механической неоднородности в зоне сплавления и повышению качества сварного соединения.Установлено, что положительное влияние азота на снижение структурной и механической неоднородности проявляется при его содержании в металле шва в пределах 0,10-0,23 при выполнении условия, учитывающего состав металла шва и основного металла: 0,005 Ок.о.м) 5 М ,00 бОк.м.ш 3, где О,ои О,М.4) - приведенное количество карбидообраэующих элементов соответственно в основном металле и металле шва, , определяемое иэ соотношения: Ок=0,2 Ее)+0,4 Мп+1,1 Ма)+1,2 И)+1,5 Щ +28 Ь+2,5 ТфЗЕг 1 где й - содержание азота в металле шва, ф.Легирование азотом в количестве, превышающем 0,23 приводит к значительному снижению значений относительного удлинения и сужения металла шва, а также ухудшению качества сварных соединений эа счет нарушения плотности металла шва, В то же время содержание азота в металле шва в количестве меньше 0,10 оказывается недостаточным для снижения уровня развития структурной и механической неоднородности в зоне сплаеления.Образование структурной и механической неоднородности в зоне сплавления высоколегированного аустенитного шва с ниэколегированной сталью происходит при высоких температурах нагрева в условиях эксплуатации или термообработки, Более высокая растворимость углерода в аустените, чем в феррите, определяет и более низкую термодинамическую активность его в аустените, что обусловливает диффузию углерода из феррита в аустенит при данной температуре. Кроме того, значительное понижение активности углерода вызвано присутствием в высоколегированном металле шва карбидообразующих элементов. Повышение в металле шва содержания никеля позволяет несколько повысить термодинамическую активность в нем углерода, Дополнительное введение в шов азата5 10 15 20 25 ЗО 35 ао 45 50 55 эа счет связывания карбидообраэующихэлементов в нитриды (карбонитриды) позволяет еще больше повысить термодинамическую активность углерода в аустенитномшве и тем самым уменьшить различие в активности углерода между швом и основнымметаллом. За счет этого уменьшается диффузия углерода из ниэколегированного металла в аустенитный шов и устраняютсяусловия, обусловливающие развитие структурной и механической неоднородности взоне сплавления,П р и м е р. Выполняют многослойнуюнаплавку в Ч-образную канавку глубиной 20мм на пластинах из нелегированной сталиСт.Зсп в среде защитных газов.Нелегированная сталь Ст.Зсп в качестве основного металла выбрана для ужесточения условия экспериментальнойпроверки предлагаемого способа сварки засчет создания большего различия в уровнелегироввния и активности углерода в основном металле и металле шва,Сварку производят с помощью автомата АДГпроволокой типа 08 Х 25 Н 4 ОМ 7диаметром 2 мм, Необходимое количествоазота в металле шва определяют из условияО,ООЯОк,о,м 3И ,006 Ок м а)О.о.м.- 0,2Ее 1- 20Ок.н.а " Сг)+1, 1 Ма)+ 0,2 Ре) - 38,20,1 5 й 23.Содержание азота в металле шва регулируют при использовании в качестве защитной среди смеси аргон + вэот эа счетизменения содержания азота в смеси 0100.После сварки иэ сварных соединениймеханическим способом вырезают образцыдля микрошлифов, часть которых термообрабатывают в печи при 550 С в течение 100ч, Оценку наличия структурной и механической неоднородности в зоне сплавлениясварных соединений проводят металлографически при увеличении х 500 замероммикротвердости в зоне сплавления в состоянии после сварки и после термической обработки.Результаты испытаний свидетельствуют о том, что дополнительное легированиеметалла шва азотом обеспечивает снижение уровня структурной и .механическойнеоднородности в зоне сплавления разнородных сталей при длительной выдержке вобласти высоких температур.Как видно иэ табл.1, цель изобретениядостигается при содержании азота в шве впределах 0,10-0,23. При содержании азота менее 0,10 уровень неоднородностиснижается незначительно, а при содержа1646740 Таблица 1 Таблица 2 нии более 0,23 нарушается плотность металла шва и образуются поры.Значения уровня развития структурной и механической неоднородности в зоне сплавления Ст,Зсп металлом шва 08 Х 25 Н 40 М 7 при различном содержании азота в шве приведены в табл.1.Таким образом, предлагаемый способ позволяет снизить структурную и механическую неоднородность в зоне сплавления перлитной стали с высоколегированным аустенитным металлом шва и тем самым повысить качество соединений разнородных сталей, При этом механические характеристики металла шва дополнительно легированного азотом при оптимальном его содержании, с точки зрения снижения структурной и механической неоднородности в зоне сплавления, имеют достаточно высокие значения,8 табл.2 приведены значения механических свойств аустенитного металла шва 08 Х 25 Н 40 М 7 при 20 С при различном содержании в нем азота.Предлагаемый способ повышает качество сварных соединений за счет снижения структурной неоднородности в зоне сплавления. Формула изобретенияСпособ сварки разнородных сталей,преимущественно высоколегированных5 сталей и сплавов с перлитными сталями итеплоустойчивых эакаливающихся сталей,аустенитной проволокой в конструкциях,эксплуатирующихся при высокой температуре, при котором создают высоколегиро 10 ванный сварной шов с содержанием никеля,зависящим от температуры эксплуатации,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения качества сварных соединенийпутем уменьшения уровня развития струк 15 турной и механической неоднородности взоне сплавления с перлитной сталью, аустенитный металл шва дополнительно легируют азотом в количестве 0,1 - 0,23 привыполнении следующего соотношения:20 0,005 Ок.о.мй ,06 Ок.м.ш,где М - содержание азота в металлешва;Ок.о. - количество карбидообразующих элементов в основном металле;25 Ок.м.ш - количество карбидообразующих элементов в металле шва, причем количество карбидообраэующих элементовопределяется иэ соотношенияО=0,2 Ге+0,4 Ми+1,1 Мо+1,29/+30 +1,5 Ч+2 И Ь+2,5 Т+3 юг.