Способ сварки разнородных сталей Советский патент 1991 года по МПК B23K9/23 B23K9/16 

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способам сварки высоколегированных сталей и сплавов с перлитными сталями, а также теплоустойчивых закаливающихся сталей аустенитным швом, к сварным соединениям которых предъявляются жесткие требования по обеспечению стойкости против хрупкого разрушения по зоне сплавления.

Целью изобретения является повышение качества сварных соединений разнородных сталей путем снижения уровня развития структурной и механической неоднородности 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

о 1 о

талл азота обеспечивает связывание карби- дообразующих элементов, понижающих термодинамическую активность углерода в аустените, в нитриды и (или) карбонитриды, тем самым сближая значения термодинамической активности углерода в низколегиро- ванной 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,.о.м Ј N ,.м.ш. где Ок.о.м и Ок.м ш - приведенное количество карбидообразующих элементов соответственно в основном металле и металле шва, %, определяемое из соотношения: QKhO,,4{Mn}+1..2tW}M, ,5 Ti}+3lZr где N - содержание азота в металле шва, %.

Легирование азотом в количестве, превышающем 0,23%, приводит к значительному снижению значений относительного удлинения и сужения металла шве, а также ухудшению качества сварных соединений за 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 сплавления,

Образование структурной и механической неоднородности в зоне сплавления вы- соколегированного аустенитного шва с низколегированной 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 а 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 азота

за счет связывания карбидообразующих элементов в нитриды (карбонитриды) позволяет еще больше повысить термодинамическую активность углерода в аустенитном

шве и тем самым уменьшить различие в активности углерода между швом и основным металлом. За счет этого уменьшается диффузия углерода из низколегированного металла в аустенитный шов и устраняются

условия, обусловливающие развитие структурной и механической неоднородности в зоне сплавления,

Пример. Выполняют многослойную наплавку в V-образную канавку глубиной 20

мм на пластинах из нелегированной стали Ст.Зсп в среде защитных газов.

Нелегированная сталь Ст.Зсп в качестве основного металла выбрана для ужесточения условия экспериментальной

проверки предлагаемого способа сварки за счет создания большего различия в уровне легирования и активности углерода в основном металле и металле шва.

Сварку производят с помощью автомэта АДГ-502 проволокой типа 08Х25Н40М7 диаметром 2 мм. Необходимое количество азота в металле шва определяют из условия O.OOSCCU.o. S N S.OOetQK.M.ui} QK.O.M.- 0.2 Fe I - 20

CWui Cr}+1.1 Mo3+0,,2 0.1 S N ,23.

Содержание азота в металле шва регулируют при использовании в качестве защитной среды смеси аргон + азот за счет

изменения содержания азота в смеси 0- 100%.

После сварки из сварных соединений механическим способом вырезают образцы для микрошлифов, часть которых термообрабатывают в печи при 550°С в течение 100 ч. Оценку наличия структурной и механической неоднородности в зоне сплавления сварных соединений проводят металлографически при увеличении х 500 замером

микротвердости в зоне сплавления в состоянии после сварки и после термической обработки.

Результаты испытаний свидетельствуют о том, что дополнительное легирование

металла шва азотом обеспечивает снижение уровня структурной и .механической неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей при длительной выдержке в области высоких температур.

Как видно из табл.1, цель изобретения достигается при содержании азота в шве в пределах 0.10-0.23%. При содержании азота менее 0,10% уровень неоднородности снижается незначительно, а при содержании более 0,23% нарушается плотность металла шва и образуются поры.

Значения уровня развития структурной и механической неоднородности в зоне сплавления Ст.Зсп металлом шва 08Х25Н40М7 при различном содержании азота в шве приведены в тэбл.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.

В табл.2 приведены значения механических свойств аустенитного металла шва 08Х25Н40М7 при 20°С при различном содержании в нем азота.

Предлагаемый способ повышает качество сварных соединений за счет снижения структурной неоднородности в зоне сплавления.

Формула изобретения Способ сварки разнородных сталей, преимущественно высоколегированных

сталей и сплавов с перлитными сталями и теплоустойчивых закаливающихся сталей, аустенитной проволокой в конструкциях, эксплуатирующихся при высокой температуре, при котором создают высоколегированныйсварной шов с содержанием никеля, зависящим от температуры эксплуатации, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем уменьшения уровня развития структурной и механической неоднородности в зоне сплавления с перлитной сталью, аусте- нитный металл шва дополнительно легируют азотом в количестве 0,1-0.23% при выполнении следующего соотношения:

0,005(а,.о.м N .м.ш.

где N - содержание азота в металле шва;

QK.O.M - количество карбидообразую- щих элементов в основном металле;

Ок.м.ш - количество карбидообразующих элементов в металле шва, причем количество карбидообразующих элементов определяется из соотношения Q,,.4 Mn1+1,.

4-l.,.

Изобретение относится к способам сварки высоколегированных сталей и сплавов с перлитными сталями, а также теплоустойчивых закаливающихся сталей аустенитным швом в конструкциях, эксплуатирующихся при высоких температурах, и может быть использовано в различных областях машиностроения. Цель изобретения - повышение качества сварных соединений путем 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% при выполнении условия 0. о м N .к.м ш, где Q 0 м и Ок м ш - приведенное количество карбидо- образующих элементов соответственно в основном металле и металле шва (%), определяемое из соотношения , + 0,4 МпМСф 1.,. +2,5 TI +3{Zr ; N - содержание азота в металле шва, %. При указанных условиях снижается уровень развития структурной и механической неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей. 2 табл. (Л С

Таблица 1

Таблица 2