Основным направлением развития современного специального машиностроения является снижение металлоемкости аппаратуры с одновременным повышением мощности установок, что определяет необходимость широкого использования легированных сталей и сплавов. Из этих материалов эффективно изготавливать не все изделия, а лишь наиболее ответственные его участки, находящиеся под воздействием высоких температур и давлении, а также активных коррозионных сред. Для соединения в одном узле деталей из разнородных сталей в большинстве случаев целесообразно использовать сварку. Переход к подобным сварным узлам приводит к наиболее рациональному использованию материала в конструкции, значительному снижению ее стоимости в связи с резким уменьшением расхода легированных сталей и повышает технологичность изделия. Комбинированные сварные конструкции из разнородных сталей прежде всего нашли применение в энергетическом, химическом и нефтяном машиностроении.

Сварные соединения разнородных сталей обладают рядом специфических особенностей. Основным затруднением при сварке таких сталей в конструкциях, длительно работающих при высоких температурах, является предупреждение образования в зоне их сплавления структурной неоднородности, которая может настолько сильно изменить свойства свариваемых металлов, что конструкция разрушится преждевременно. Для предупреждения такой неоднородности аустенитный металл, сплавляемый с неаустенитным, должен иметь высокое содержание никеля. Однако никель является дорогим и дефицитным материалом. Кроме того, в сварных швах он способствует образованию горячих трещин. Таким образом в металле шва соединений аустенитных сталей с неаустенитными, работающих при высоких температурах, содержание никеля, с одной стороны, с целью предупреждения структурной неоднородности в зоне сплавления следует увеличить, а с другой, учитывая его негативное влияние на металл шва, – уменьшать. Это означает, что для металла шва таких соединений должно существовать оптимальное содержание никеля. Определяться оно должно в первую очередь факторами, оказывающими решающее влияние на образование структурной неоднородности в зоне сплавления.

Опыт, накопленный при сварке разнородных сталей, показывает, что основным фактором, определяющим возможность образования структурной неоднородности в зоне их сплавления и степень развития этой неоднородности является температура, до которой нагревается соединение. Следовательно, содержание никеля в металле шва соединений аустенитных сталей с неаустенитными определяется прежде всего температурой, которую будет иметь зона сплавления соединения в процессе работы. В этой связи сварные соединения разнородных сталей оказалось целесообразным разделить на 4 группы в зависимости от температуры их эксплуатации, приняв за оптимальную для каждой группы температуру, допустимую для используемой в ней неаустенитной стали, а именно: до 350°С, 350-450°С; 450-550°С и выше 550°С. Исследованиями было установлено, что аустенитный металл шва должен иметь никеля для соединения первой группы не менее 8%, второй – 19%; третьей – 31,0% и четвертой – 47%. В связи с этим для изготовления соединений, работающих при температурах до 350°С, могут применяться такие электроды как ГС-1, ОЗЛ-6, ОЗЛ-27.

Электроды ОЗЛ-6 обеспечивают наплавленный металл типа Э-10Х25НВГ2, а электроды ЦЛ-9 дополнительно легируют ниобием и соответственно наплавленный ими металл имеет тип 10Х25Н13Г2Б. Электроды ГС-1 обеспечивают следующий химический состав наплавленного металла: C - 0,09%, Si - 2,5%, Mn - 6,3%, Ni - 9,4%, Cr - 23,3%. Электроды ОЗЛ-27 легированы дополнительно молибденом и обеспечивают наплавленный металл следующего хим.состава: C - 0,18%, Si - 0,6%, Mn – 1,63%, Ni - 10,3%, Cr - 25,3%, Mo - 3,1%.

Для сварки соединений, работающих при более высоких температурах, ИЭС им. Е.О.Патона разработаны специальные электроды АНЖР-3У для температуры 350-450°С, АНЖР-2 - для температуры 450-550°С и АНЖР - 1 - для температуры выше 550°С. Эти электроды гарантируют указанное содержание никеля в металле шва и исключают образование структурной неоднородности при длительной работе в условиях нагрева до указанных температур. Все эти электроды обладают высокими механическими свойствами и стабильным химическим составом. Кроме того, при сварке данными электродами не требуется предварительного подогрева и последующей термообработки свариваемых изделий.

В настоящее время для сварки разнородных, в т.ч. трудносвариваемых сталей, используются электроды типа Э-11Х15Н25М6АГ2, Э-10Х25Н13Г2 и Э-10Х20Н9Г6С. Электроды этих типов обеспечивают различные свойства сварных соединений в части механических свойств, работоспособности соединений в области повышенных температур, способности наплавленного металла поглощать внутренние напряжения. Особое внимание при решении задач в области сварки неизвестных и трудносвариваемых сталей следует обращать на электроды типа 29-9. Электроды этого типа чаще всего используются, когда не известен химический состав свариваемых металлов. Они обладают высокой стойкостью к образованию трещин различной природы и позволяют получить прочное соединение.

Наплавленный металл типа 29-9 обеспечивают электроды ОЗЛ-312, разработанные как раз для выполнения задач по сварке и наплавке неизвестных и трудносвариваемых сталей. Они имеют следующий химический состав наплавленного металла: углерод около 0,07 процента; марганец около 1,5 процента; кремний около 0,5 процента; хром около 29,5 процента; никель около 9,5 процентов. Механические свойства наплавленного металла приведены ниже: временное сопротивление – 780 МПа, предел текучести – 640 МПа, относительное удлинений около 25 процентов, твердость по Бринеллю (НВ) на 3-5 слое 245-255 единиц. Сварочные электроды ОЗЛ-312 относятся к электродам с особо толстым покрытием, обеспечивают высокую производительность и обеспечивают сварку как на постоянном, так и на переменном токе (в том числе и от источников с напряжением холостого хода 50В). Выход годного металла при сварке и наплавке составляет 160%. Электроды выпускаются диаметрами 2; 2,5; 3; 4 и 5 миллиметров, поэтому этими электродами возможна сварка металлов различной толщины, с различным тепловложением, а также в труднодоступных местах. Высокая сопротивляемость сварного соединения к образованию горячих трещин достигается и за счет малого проплавления основного металла при сварке.

Электроды ОЗЛ-312 предназначены для сварки всевозможных трудносвариваемых сталей, а также разнородных соединений и стали Гатфильда. Электродами ОЗЛ-312 выполняются наплавки пластичных промежуточных слоев, восстановление зубчатых пар, колес, валов и других трущихся деталей

Сварка разнородных сталей