их знака (рис. 61) [45]. Это обстоятельство, с учетом того, что зона сплавления в сварном соединении разнородных сталей является наиболее слабым местом, позволяет заключить, что отпуск конструкций, свариваемых из разнородных сталей, нельзя признать приемлемым, так как в них при этом не только не снимаются напряжения, но и ухудшается (для работоспособности сварного соединения) их распределение.

Еще большее различие напряженного состояния зоны сплавления в соединениях разнородных и однородных сталей наблюдается при их эксплуатации. Соединения разнородных сталей в большинстве случаев эксплуатируются при повышенных температурах. В таких условиях заметное различие коэффициентов линейного расширения сплавленных металлов приводит к появлению в них дополнительных напряжений. У большинства современных соединений разнородных сталей они могут достигать величин, при которых окажут заметное влияние на работоспособность конструкции.

Особенно большое воздействие могут оказать напряжения, возникающие вследствие заметного различия коэффициентов линейного расширения сплавляемых металлов, на работоспособность сварных соединений в тех конструкциях, которые испытывают в процессе эксплуатации циклические изменения температуры (частые пуски и остановки агрегата, а также существенные колебания рабочей температуры). В таких конструкциях эти напряжения будут часто менять свой знак, что, как известно, вызывает появление усталостных разрушений.

Возможность появления в сварных соединениях разнородных сталей во время их эксплуатации дополнительных напряжений вследствие существенного различия коэффициентов линейного расширения сплавляемых металлов до сих пор является одной из причин того, что конструкции, комбинируемые из таких сталей, не получают еще должного применения.

Присущее сварным соединениям разнородных сталей специфическое напряженное состояние обусловлено различием коэффициентов линейного расширения сплавляемых металлов. Следовательно, одним из способов снижения напряженности в зоне сплавления разнородных сталей может быть сближение коэффициентов

0,2\ 0,1 О -0,1 -0,2 -0,3 0,3 0,2 0,1 ' О -0,1 -0,2 -0,3

50

100 Я, ММ

Рис. 61. Эпюры остаточных напряжений в дисках, сваренных из перлитной и аустенитной стали, после термической обработки:

а — наружная часть диска выполнена из аустенитной стали; б — из перлитной.

температурного расширения сплавляемых металлов. При этом можно ожидать не только улучшения распределения напряжений в зоне сплавления соединений, подвергнутых отпуску [47], но и снижения в ней их величины в состоянии после сварки.

В предыдущем параграфе показано, что основным способом сварки разнородных сталей следует считать применение сварочных материалов, обеспечивающих получение металла шва из хромонике-левой аустенитной стали с высоким содержанием никеля вплоть до сплава на никелевой основе. С увеличением содержания никеля в аустенитном металле шва снижается его коэффициент линейного расширения [24]. В связи с этим представляет интерес изучение изменения напряженного состояния в сварном соединении с увеличением содержания никеля в аустенитном металле. Чтобы получить такие сведения, исследовали стыковые соединения пластин 100 X 200 мм толщиной 11 мм из сталей Х18Н10Т и СтЗ, выполненные автоматической сваркой под флюсом [25]. Сварку производили вдоль длинной кромки У-образной разделки на режиме: /д = 460.500 А, ия = 25.28 В, £/св = 16 м/ч (среднее значение погонной мощности 7„ = 0,24 иЛа/Усв = 5400 кал/см при к„ = 0,8). Для изменения содержания никеля в аустенитном металле, сплавляемом с неаустенитным, применяли сварочные проволоки марок Св-08Х25Н13, ЭП622 (Х25Н25МЗ), ЭП673 (Х25Н40М7) и

ЭП606 (Х25Н60М10).

В табл. 6 приведены значения коэффициента линейного расширения использованных материалов.

6. Коэффициент линейногоа ■ 1*. ./град, свариваемых материалов

В исследованиях применили расчетно-экспериментальную методику, в которой основная роль отводилась расчету, а экспериментом контролировались лишь отдельные расчетные данные. При этом определяли температурное поле и напряженное состояние стыков в процессе сварки, а также при заданном режиме термообработки и нагреве, соответствующем эксплуатации многих сварных соединений разнородных сталей.

Для определения образующегося при сварке температурного поля находим теплопроводность пластины указанных размеров,