Способы регулирования структуры сварных соединений
Регулирование структуры ставит целью уменьшение содержания закалочных составляющих — мартенсита и нижнего бейнита, повышения температуры их образования и получения наиболее благоприятной их внутренней тонкой структуры, уменьшения размера действительного аустенитного зерна. Регулирование структуры ЗТВ и шва возможно путем выбора рациональной системы легирования и состава стали и сварочных проволок и термического цикла сварки. Выбор состава стали из марок, выпускаемых промышленностью, возможен на этапах конструкторско -
технологической проработки сварных узлов или разработки сталей для вновь создаваемых конструкций. Из высокопрочных сталей (Ϭв до 1500...2000 МПа) предпочтительно применение комплексно-легированных сталей с минимально возможным содержанием С, одновременно легированных карбидообразующими Мо и W. Из сталей повышенной прочности (Ϭв до 800 МПа) рекомендуется применение так называемых микролегированных сталей, содержащих до 0,1% С и группу дисперсионно упрочняющих элементов Nb—V и Mo—Nb—V (в сумме до 0,5%). При разработке новых сталей следует учитывать влияние С и легирующих элементов на Тн и Тк превращения аустенита, значения ωм2 и ωм1 и склонность к росту зерна в ОШЗ.
Выбор оптимального теплового режима сварки (q/v, температур предварительного, сопутствующего и последующего подогрева) — весьма эффективный технологический способ регулирования структуры металла сварных соединений. Его воздействие на структуру проявляется через параметры СТЦ: t>10 (время пребывания сdыше 1273 К), ω6|5или t8/5. Влияние каждого из этих параметров зависит от состава сталей, которые в соответствии с характером их диаграмм АРА разделяют на несколько групп. Группы объединяют стали по степени устойчивости аустенита при температурах различных типов превращения:
I— с низкой устойчивостью при температурах феррито-перлитного превращения (высокая ωфп1)
II— с низкой устойчивостью при температурах бейнитногопревращения (высокая ωм2);
III— с высокой устойчивостью при температурах перлитного и бейнитного превращения (низкие ωм2 и ωм1).
Для сталей I группы (углеродистых и низколегированных, не содержащих карбидообразующих элементов) наиболее важный параметр — ω6/5. Для них в пределах практически всех способов сварки можно обеспечить ω6/5 < ωфп1 и получить ферритоперлитную или перлитно-бейнитную структуру, не склонную к холодным трещинам. Поэтому для повышения сопротивляемости сварных соединений этих сталей образованию трещин эффективны повышение q/v и применение предварительного подогрева до температуры Тп 370...570 К. Оптимальные q/v и Тп после теплового расчета СТЦ и определения ω6/5 (t 8/5) могут быть выбраны по диаграммам АРА.
Для сталей III группы (среднеуглеродистых среднелегированных, содержащих карбидообразующие элементы) при сварке в широком диапазоне режимов характерно мартенситное превращение. Для них важно значение : t>10, поскольку гомогенизация аустенита и рост зерна в связи с наличием специальных карбидов в исходной структуре замедлены и их можно регулировать с помощью режима сварки. Поэтому для получения благоприятной структуры при сварке этих сталей эффективно снижение q/v, применение концентрированных источников теплоты (плазменной, электронно-лучевой и лазерной сварки). Также полезен сопутствующий подогрев, обеспечивающий замедление охлаждения при температуре несколько выше Тмк и приводящий к самоотпуску мартенсита.
Для сталей II группы (низкоуглеродистые среднелегированные никелесодержащие) при сварке в широком диапазоне характерно превращение в области нижнего бейнита, а затем мартенсита. По влиянию параметров СТЦ они занимают промежуточное положение. При их сварке рекомендуется умеренный подогрев (до 350...400 К), не вызывающий существенного возрастания : t>10, но обусловливающей ω6/5 < ωм2, и обеспечивающий бейнитное превращение при возможно более высоких температурах. Весьма эффективны сопутствующий и последующий подогрев (при 400...480 К), приводящий к самоотпуску мартенсита.