2. Неоднородность металла сварного шва

Химический состав различных слоев металла шва можно подсчи­тать, зная для каждого слоя доли участия наплавленного и проплавлен­ного металлов. При наплавке (рис. 3.1, а) содержание элемента в первом и п-ном слоях соответственно определяется по формулам:

С_ш= (1 - ®)С_НМ+ 0С_пр;

С^п_ш=Сс_Н - (С_Нм- С_пр )0^п,

где С_Нм- содержание элемента в наплавленном металле с учетом его перехода из электродного стержня, покрытия или флюса, а также угара элемента при сварке;

С_пр- содержание элемента в проплавленном основном металле;

0=

1 1

¹НМ ^¹пр

- доля основного металла в шве.

^~нм

Рис. 3.1. Схемы определения состава шва: а - наплавка валика; б - однослойный стыковой шов; в - корневой слой стыкового соединения

F¹ F ²

пр пр

а

Содержание элемента в однослойном стыковом шве (рис. 3.1, б) или корневом слое многопроходного шва (рис. 3.1, в)

~і2

пр

с_ш =(1-0)Снм+;0с1р +(1-і)0С,

где С_пр- содержание элемента в стали 1;С]_р- содержание элемента в стали 2;

пр пр

¹НМ + Кр + ¹пр

г = ~Пт- степень проплавления одной из кромок относительно

^пр

другой в однослойном шве. Например, при сварке перлитной стали с аустенитной значение гдля последней может быть равным 0,6.

В таблице 3.1 приведены обобщенные данные о доле участия пер­литной и аустенитной сталей в шве для основных методов сварки плав­лением и типов соединений.

Таблица 3.1 - Степени проплавленим свариваемых кромок сталей в зависимости от типа соединения и метода свари

Тип соеди­нения	Структурный класс стали	Доля участия 0 для сварки, %
		ручная дуговая	под флю­сом	неплавящимся ленточным электродом	электрошлаковая
Наплавка валика	перлитная	15-40	25-50	8-20	-
	аустенитная	25-50	35-60	15-25	-
Однослойные стыковые соединения	перлитная	20-40	25-50	-	20-40
	аустенитная	30-50	40-60	-	30-50
Корневые швы стыко­вых и угловых швов	перлитная	25-50	35-60	-	-
	аустенитная	35-60	40-70	-	-

При использовании методов сварки давлением с нагревом и оп­лавлением (например, точечной или шовной) состав литого ядра опре­деляется соотношением проплавленных участков свариваемых деталей. Аустенитные стали с перлитными в этих случаях целесообразно свари­вать на жестких режимах, обеспечивающих минимальное проплавление перлитной составляющей.

3. Зона сплавления сварных соединений

При выборе сварочных материалов и оценке работоспособности комбинированных сварных конструкций из разнородных сталей особое внимание должно уделяться зоне сплавления основного металла и шва разного легирования. Зона сплавления может быть вероятным участком развития хрупких разрушений во время изготовления и эксплуатации конструкций. Среди процессов, определяющих строение и свойства этой зоны, наибольшее значение имеют условия кристаллизации разно­родных материалов и развитие в ней диффузионных прослоек перемен­ногосостава.

В результате незавершенности процессов смешивания наплавлен­ного металла с основным при сварке вблизи границы сплавления со стороны шва возникают прослойки переменного состава между основ­ным металлом и швом, условно называемые кристаллизационными. Протяженность этих прослоек обычно колеблется для разных условий сварки в пределах 0,2-0,6 мм.

Значительное влияние на строение зоны сплавления и свойства сварного соединения оказывает развитие в ней переходных прослоек, обусловленных миграцией углерода из нелегированной составляющей в составляющую, обогащенную энергичными карбидообразующими элементами. Эти прослойки возникают в сварных соединениях разно­родных перлитных сталей и в соединениях перлитных сталей с мартен- ситными, ферритными и аустенитными сталями или швами. В зоне сплавления со стороны менее легированной стали или шва образуется обезуглероженная полоса, а со стороны легированной составляющей - науглероженная прослойка высокой твердости. Их протяженность рас­тет с повышением разницы в легировании контактируемых материалов и достигает наибольшей величины в зоне сплавления углеродистой ста­ли с аустенитной сталью или швом.

Интенсивность миграции углерода в зоне сплавления можно сни­зить, в первую очередь, за счет перехода от углеродистых сталей к низ­колегированным сталям с достаточным содержанием в них карбидооб­разующих элементов, необходимых для полного связывания углерода.