прослойки, определяемого отношением сопротивления отрыву к пределу текучести.

При исследовании влияния твердой прослойки на работоспособность сварного соединения исходили из того положения, что с появлением в приконтактной области мягкой прослойки объемно-напряженного состояния последнее создается и в приконтактной области соседнего твердого металла. Однако напряженное состояние в твердом основном металле имеет иной характер, чем в мягкой прослойке. Возникающие здесь касательные напряжения являются сжимающими, а не растягивающими. В связи с этим приконтактная область твердого металла будет менее напряженной, чем при одноосном растяжении.

Снижение напряженности твердого металла приводит к тому, что твердая прослойка при совместной работе с мягким металлом вовлекается в пластическую деформацию при напряжениях, значительно меньших предела текучести ее металла в случае одноосного растяжения. При появлении пластической деформации в твердой прослойке снижается вероятность хрупкого разрушения, которое может быть причиной преждевременного (аварийного) выхода из строя элемента, содержащего такую прослойку.

Твердая прослойка при совместной работе с мягким металлом вовлекается в пластическую деформацию тем больше, чем меньше ее относительная толщина. При определенной величине последней, названной критической, твердая прослойка полностью вовлекается в пластическую деформацию. Если относительная толщина твердой прослойки равна или меньше критической, то влияние этой прослойки на работоспособность содержащего ее элемента, в том числе и сварного соединения, полностью исключается.

Приведенные выше сведения относятся к деформации механически неоднородного образца (элемента) кратковременным растяжением или сжатием. Закономерности влияния мягкой и твердой прослоек на работоспособность сварного соединения, присущие деформированию растяжением (сжатием), качественно сохраняются также при изгибе, кручении, ударном и импульсном нагруже-нии, усталостном разрушении и длительном растяжении в условиях высоких температур [2, 98].

Следует отметить, что эффект контактного упрочнения при длительном растяжении в условиях высоких температур, которое присуще работе большинства сварных соединений разнородных сталей, наблюдается только при нормальных напряжениях, не достигающих уровня хрупкой прочности металла прослойки. Если же металл мягкой прослойки в процессе ползучести охрупчивается интенсивно, длительная прочность сварного соединения резко снижается [98]. В области хрупкого разрушения длительная прочность мягкой прослойки становится даже ниже, чем прочность ее металла при свободном деформировании.

Изложенное выше позволяет судить о механизме влияния, которое может оказать образуемая в зоне сплавления разнородных

сталей структурная неоднородность на работоспособность сварного соединения. Если считать, что характерная для нестабильной зоны сплавления разнородных сталей структурная неоднородность представляет собой мягкую прослойку со стороны менее легированного металла и твердую — со стороны более легированного (рис. 44), то влияние неоднородности на работоспособность сварного соединения определяется изложенными выше закономерностями.Исходя из этих закономерностей, можно считать, что влияние рассматриваемой структурной неоднородности зоны сплавления разнородных сталей на работоспособность сварного соединения зависит от степени ее развития, которая определяет размеры (относительную толщину) образуемых при этом прослоек с измененными механическими свойствами.

Практически в зоне сплавления сварного соединения разнородных сталей даже в условиях, вызывающих весьма интенсивное развитие структурной и механической неодно-

4. Коэффициент линейного расширения о106, град-1, сплавленных металлов

.-------

родности, трудно представить образование прослойки с относительной толщиной больше упомянутой выше критической, определенной расчетом [2, 3]. И все же известно немало случаев преждевременного разрушения сварных соединений разнородных сталей по зоне сплавления. В связи с этим можно было бы предположить, что в условиях работы комбинированных конструкций эксплуатационная прочность сварных соединений разнородных сталей определяется не столько образуемой в зоне сплавления структурной неоднородностью, сколько другими факторами, например, различием коэффициентов линейного расширения сплавляемых металлов. Однако специально проведенные эксперименты не подтверждают такого предположения. Сущность этих экспериментов состояла в испытании на термическую усталость цилиндрических образцов с диаметром 15 мм и длиной 55 мм, изготовленных из наплавок, выполненных высоконикелевым сплавом Х25Н60М10 на углеродистой стали марки СтЗ таким образом, что одна половина образца в поперечном сечении состояла из сплава Х25Н60М10, а вторая — из стали марки СтЗ.

Характерным для испытанных образцов являлось то, что коэффициенты линейного расширения сплавленных металлов практически равны (табл. 4).

Металл наплавки части образцов дополнительно легировали марганцем до 9—11%. Такое количество марганца не изменяет коэффициент линейного расширения аустенитного металла, особенно с высоким содержанием никеля, но способствует [13] образованию структурной неоднородности в зоне сплавления последнего с неаустенитным металлом.