Склонность к закалке осложняет технологический процесс выполнения сварочных работ. В зоне термического влияния образуются твёрдые прослойки, которые не устраняются даже при сварке с подогревом до 350-400 С. Для полного устранения твёрдых прослоек необходимо применение дополнительных мер. Небольшая скорость распада хромистого аустенита, вызывающая склонность к закалке на воздухе, и фазовые превращения мартенситного характера снижают стойкость сталей к образованию трещине при сварке.Применение закаливающих на воздухе сталей для изготовления сварного оборудования приводит к образованию в сварных соединениях механической неоднородности.
Механическая неоднородность, заключающаяся в различии свойств характерных зон сварного соединения, является следствием, с одной стороны, неоднородности термодеформационных полей при сварке структурно - неравновесных сталей, с другой - применения технологии сварки с отличающимися по свойствам сварочными материалами из-за необходимости обеспечения технологической прочности.
В настоящее время применяется два вида сварки:
1. Сварка однородными перлитными электродами, близкими по составу к основному металлу.При этом металл шва и зона термического влияния приобретают закалённую структуру и образуется широкая твёрдая прослойка.
2. Сварка с применением аустенитных электродов. Поскольку аустенитные материалы не склонны к закалке, твёрдые прослойки образуются только в зоне термического влияния.
Хромистые мартенситно- ферритные стали.
У стали марки 08Х13 с содержанием углерода 0,08 %, термокинетическая диаграмма распада аустенита имеет две области превышения: в интервале 600-930 С, соответствующем образованию феррито- карбидной структуры, и 120-420 С - мартенситной. Количество превращённого аустенита в каждом из указанных температурных интервалов зависит, главным образом, от скорости охлаждения. Например, при охлаждении со средней скоростью 0,025 С/с превращение аустенита происходит преимущественно в верхней области с образованием феррита и карбидов. Лишь 10 % аустенита в этом случае превращается в мартенсит в процессе охлаждения от 420 С. Повышение скорости охлаждения стали до 10 C/c способствует переохлаждению аустенита до температуры начала мартенситного превращения (420 С) и полному его бездиффузионному превращению. Изменения в структуре, обусловленные увеличением скорости охлаждения, сказываются и на механических свойствах сварных соединений. С возрастанием доли мартенсита наблюдается снижение ударной вязкости.
Увеличение содержания углерода приводит к сдвигу в область более низких температур границы превращения мартенсита. У сталей с содержанием углерода 0,1- 0,25 % в результате этого полное мартенситное превращение имеет место после охлаждения со скоростью ~1С/c.
С точки зрения свариваемости, мартенситно- ферритные стали являются “неудобными” в связи с высокой склонностью к подкалке в сварных соединениях этих сталей. Подкалка приводит к образованию холодных трещин. Склонность к образованию трещин при сварке зависит от характера распада аустенита в процессе охлаждения. В случае формирования мартенситной структуры ударная вязкость сварных соединений 13 %-ных хромистых сталей снижается до 0,05-0,1 МДж/м(^2). Последующий отпуск при 650-700 С приводит к распаду структуры закалки, выделению карбидов, в результате чего тетрагональность мартенсита уменьшается. После отпуска ударная вязкость возрастает до 1МДж/м^2. С учётом такой возможности восстановления ударной вязкости большинство марок хромистых сталей имеет повышенное содержание углерода для предотвращения образования значительного количества феррита в структуре. Таким образом удаётся предотвратить охрупчивание стали. Однако при этом наблюдается ухудшение свариваемости вследствие склонности сварных соединений к холодным трещинам из-за высокой хрупкости околошовного металла со структурой пластинчатого мартенсита.
Аустенитные коррозионностойкие стали.
Аустенитные стали содержат в своём составе Cr, Ni, C. По реакции на термический цикл хромоникелевые стали относят к хорошо свариваемым. При охлаждении они претерпевают однофазную аустенитную кристаллизацию неперлитного распада, тем более мартенситного превращения при этом не происходит.
Характерным показателем свариваемости хромоникелевых сталей является межкристаллитная коррозия (МКК).
МКК развивается в зоне термического влияния, нагретой до температур 500-800 С (критический интервал температур).
При пребывании металла в опасном (критическом) интервале температур по границам зерен аустенита выпадают карбиды хрома Cr(4)C, что приводит к обеднению приграничных участков зерен аустенита хромом.хром определяет коррозионную стойкость стали. В обеднённых хромом межкристаллитных участках развивается коррозия, которая называется межкристаллитной.
Межкристаллитная коррозия имеет опасные последствия - может вызвать хрупкие разрушения конструкций в процессе эксплуатации.
Чтобы добиться стойкости стали против межкристаллитной коррозии, нужно исключить или ослабить эффект выпадения карбидов. т. е. стабилизировать свойства стали.
Аустенитно- ферритные нержавеющие стали.
Аустенитно- ферритные стали относятся к группе хорошо свариваемых сталей. Они стойки к образованию горячих трещин против межкристаллитной коррозии.
Специфичным моментом свариваемости является их повышенная склонность к росту зерна. Наряду с ростом ферритных зерен возрастает общее количество феррита. Последующим быстрым охлаждением фиксируется образовавшаяся структура. Размеры зерна и количество феррита, а также ширина зоны перегрева зависят от погонной энергии сварки, соотношения структурных составляющих в исходном состоянии и чувствительности стали к перегреву.Соотношение количества структурных составляющих (гамма - и альфа- фаз) в исходном состоянии в значительной степени зависит от содержания а стали Ti. Количество титана в стали также определяет устойчивость аустенитной фазы против гамма- альфа превращения при сварочном нагреве. Чем выше содержание Ti, тем чувствительней сталь к перегреву. Вследствие роста зерна и уменьшения количества аустенита наблюдается снижение ударной вязкости металла околошовной зоны и угла загиба сварных соединений аустенитно- ферритных сталей. Менее чувствительными к сварочному нагреву являются стали, не содержащие титан, - это стали 03Х23Н6 и 03Х22Н6М2.
Особенности сварки аппаратуры из разнородных сталей.
Специфическими показателями свариваемости разнородных сталей являются процессы диффузии и разбавления.
Наибольшую опасность представляет диффузия С в сторону высоколегированной стали, где большая концентрация Cr или других карбидообразующих элементов.
Разбавление происходит при перемешивании свариваемых сталей и присадочного материала в объёме сварочной ванны.
Сталь более легированная разбавляется сталью менее легированной. Степень разбавления зависит от доли участия каждого из составляющих разнородное сварное соединение.