Для предупреждения перемещения углерода в зоне сплавления разнородных сталей предлагались и другие способы. Лефбланл и Ленд рекомендовали, например, сварку таких сталей производить через промежуточную вставку из никелевого сплава. Хандок и Хеат сварку аустенитных сталей с неаустенитными предлагали выполнять с предварительной облицовкой свариваемых кромок неаустенитной стали слоем никеля. Мапнеф рекомендовал свариваемые кромки неаустенитной стали покрывать никелем электролитическим способом до толщины слоя 10 мкм. Перечисленные рекомендации не представляют практического интереса, так как они либо трудновыполнимы, либо связаны с использованием дорогостоящего дефицитного материала.

4. Напряжения в зоне сплавления разнородных сталей и пути их снижения

Одним из факторов, вызывающих образование характерной для нестабильной зоны сплавления разнородных сталей структурной неоднородности, являются напряжения, возникающие вследствие различия коэффициентов температурного расширения сплавляемых металлов. Следовательно, устранение этих напряжений или их снижение позволит стабилизировать структуру и свойства в зоне сплавления разнородных сталей. Совершенно очевидно, что для того, чтобы регулировать возникающие в зоне сплавления разнородных сталей напряжения, необходимо знать характер и особенности напряженного состояния их сварных соединений.

Выполненные к настоящему времени многочисленные исследования напряженного состояния сварных соединений показывают, что характерной особенностью сварной конструкции является наличие в ней напряжений даже в том случае, если она не испытывает каких-либо внешних нагрузок. Эти напряжения относят к внутренним. Возникают они в основном вследствие неравномерного нагрева свариваемых элементов в процессе их сварки, а также жесткости этих элементов, которые препятствуют свободному развитию в них тепловых деформаций.

Следует отметить, однако, что сварочные напряжения довольно полно изучены лишь в конструкциях, изготовляемых из однородных металлов, т. е. металлов, обладающих одинаковыми или близкими механическими! и прежде всего физическими и теплофизичес-кими свойствами. Что касается конструкций, свариваемых из разнородных сталей, указанные характеристики которых в большинстве случаев значительно отличаются друг от друга, то исследованию возникающих в них напряжений посвящены пока лишь отдельные работы. Вместе с тем эти работы показали, что в сварных соединениях разнородных сталей напряженное состояние зоны сплавления может существенно отличаться от напряженного состояния сплавляемых материалов.

В сварном соединении разнородных сталей отличается прежде всего распределение напряжений, возникающих при сварке, хотя общий характер их остается таким же, как и в однородном соединении. Как уже указывалось, в большинстве случаев свариваемые в комбинированных конструкциях стали имеют различные механические и физические свойства. Последние определяют распределение тепла при сварке и, следовательно, температурное поле, образуемое сварочным нагревом.

Различие механических свойств, и прежде всего предела текучести, а также изменение температурного поля при сварке и приводят к наблюдаемому в сварных соединениях разнородных сталей изменению распределения остаточных напряжений. Впервые это изменение обнаружили В. Н. Земзин и В. И. Розенблом [45]. Они показали, что в сварных соединениях дисков, изготовленных из разнородных сталей, распределение сварочных напряжений несимметрично относительно оси шва. В соединениях таких дисков участки максимальных напряжений растяжения несколько сдвинуты от оси шва в сторону аустенитной стали. В связи с этим можно полагать, что при прочих равных условиях в сварном соединении разнородных сталей зона их сплавления в состоянии после сварки будет менее напряжена, чем зона сплавления соединений однородных сталей.

Присущее разнородным сталям существенное различие коэффициентов линейного расширения приводит к тому, что сварные соединения этих сталей остаются напряженными и после термической обработки. Как известно, термическая обработка, прежде всего отпуск, широко используется для снятия сварочных напряжений в соединениях однородных металлов. Снимаются эти напряжения за счет их релаксации, интенсивно протекающей при температуре отпуска. При нагреве конструкций, сваренных из однородных металлов, до этих температур сварочные напряжения полностью снимаются и конструкции в случае равномерного их охлаждения получаются свободными от напряжений.

Иное положение наблюдается при отпуске конструкций, комбинированных из разнородных сталей. При нагреве таких конструкций до температур, обеспечивающих эффективное протекание процесса релаксации, в них также полностью снимаются сварочные напряжения. Но нагрев комбинированных конструкций вызывает различное расширение сплавленных здесь металлов, так как они обладают различными коэффициентами температурного расширения. Это приводит к возникновению новых напряжений, которые при высоких температурах также снимаются вследствие релаксации. Однако при последующем охлаждении подвергаемой отпуску конструкции по мере восстановления упругих свойств материалов различное расширение сплавленных металлов приводит к появлению нового напряженного состояния в сварном соединении. Характерным для этого состояния является наличие резкого скачка напряжений в зоне сплавления разнородных металлов и перемена