Рис. 22. Схема сварки плавлением

Значительные трудности связаны с разрушением и удалением окислов при осадке. Как было сказано ранее, для полного их разрушения необходимо выполнение условия Лос = 1,54-2,0 мм. Оно выполнимо только при больших зазорах в системе индуктор— труба, но при этом уменьшается градиент температурного поля вдоль оси трубы и требуются еще большие деформации. Делались попытки преодолеть эту трудность следующими способами.

1. Повышением температуры нагрева выше температуры плавления РеО (для ее расплавления). При этом хотя и удается полностью удалить расплавленные окислы из зоны сварного соединения, однако происходит рост зерна и образуется видман-штеттова структура. Кроме того, происходит частичное оплавление границ зерен, а при кристаллизации появляются осадочные рыхлоты.

2. Применением газовой защиты или флюсов. Удается при нагреве до Т = = 1200ч-1250° С получить качественное сварное соединение и удовлетворительную микроструктуру околошовной зоны. Защитная среда должна быть восстановительной. Жесткие пределы температурного режима сварки и необходимость применения защитной среды ограничивают применение этого способа. Сварка плавлением. Изделия, подлежащие сварке, плотно прилегают друг к другу отбортованными кромками 2, которые разогреваются и оплавляются с помощью индуктора 1, выполненного по контуру свариваемых кромок (рис. 22). По всему периметру изделия создается ванна расплавленного металла, кристаллизация которой происходит без приложения давления*.

Этот процесс применим для сварки изделий с толщиной стенки от 0,3 до 1,5 мм из малоуглеродистых сталей, сталей аустенитного класса, сплавов титана, а также комбинаций из разнородных металлов и сплавов. Частота тока источника питания выбрана 70 и 440 кГц. Скорость нагрева 250—8000 °С/с. Во всех случаях рекомендуется применение защитных сред. Возможна сварка изделий цилиндрической, овальной и прямоугольной форм с максимальной длиной сварного шва 500 мм. Наиболее целесообразно применение процесса в случаях, когда в непосредственной близости от шва находятся элементы из^нетеплостойких материалов, а также для массового, автоматизированного производства однотипных деталей.

Важное значение для рассмотренных вариантов имеют условия свариваемости. Наиболее актуальны они при сварке углеродистых и легированных сталей.

1 Процесс разработан во ВНИЙЭСО под руководством Б. В. Журавлева и В. А. Пейсаховича

Свариваемость сталей. Как следует из сказанного, общим II характерным для процессов является ярко выраженная локально п. нагрева в сочетании с высокими скоростями сварки. Ширима зоны термического влияния в области сварного соединения, как правило, колеблется в пределах 1,0—5,0 мм. Температурные I радиенты в зоне шва достигают 1000 °С/мм, что обусловливает мощный тепловой поток от нагретых участков к холодным и, следовательно, высокие скорости охлаждения шва и околошовной зоны. Проведенные расчеты и эксперименты показывают, что мри сварке малоуглеродистой стали средняя скорость охлаждения и интервале температур 1000—500° С на границе слоя, нагретого па глубину 1 мм, составляет около 1500 °С/с, на 2 мм — 400 °С/с м па 3 мм — порядка 170 °С/с.

Очевидно, для многих марок сталей, в том числе и малоуглеродистых, эти скорости будут выше критических и, как следствие этого, в зоне сварного соединения будут образовываться хрупкие структурные составляющие (мартенсит, троостит). Напомним, что мартенситное превращение происходит лишь тогда, когда сталь охлаждается со скоростью не ниже некоторой критической, величина которой зависит от химического состава стали. Если скорость охлаждения ниже критической, происходит превращение, при котором образуется двухфазная смесь феррита с карбидом железа—игольчатый троостит или феррито-перлитная смесь. Температура, при которой в процессе охлаждения начинается мартенситное превращение, считается мартенситной точкой, положение которой изменяется в зависимости от содержания в стали углерода и не зависит от скорости охлаждения.

На положение мартенситной точки существенное влияние оказывает содержание кремния, марганца и других растворимых в аустените примесей. У сталей обычного приготовления критическая скорость значительно ниже, чем у сталей повышенной чистоты. Считается, что при охлаждении в принятых средах в сталях с содержанием углерода до 0,1 % мартенсит вообще не может быть получен, так как критическая скорость закалки велика. При сварке давлением, когда скорости охлаждения соответствуют приведенным выше, в сталях с содержанием углерода 0,1—0,2% в околошовной зоне всегда образуются участки мартенсита или троосто-мартенеита (рис. 23, с), а в среднеуглеродистых сталях — игольчатый феррит и мартенсит (рис. 23, б). Шов — хрупкий, при этом всегда возможно образование холодных трещин непосредственно после осадки. Поэтому сортамент свариваемых сталей ограничен верхним пределом содержания углерода (оно колеблется от 0,18 до 0,27% С). Если наличие хрупких составляющих в сварном соединении недопустимо, проводится последующая нормализация (локальная или объемная), обеспечивающая распад закалочных структур на феррито-перлИтную смесь.

В процессе сварки сталей с большим содержанием углерода необходимо замедлить теплоотвод из зоны шва. В табл. 15