Под воздействием термического цикла сварки в зоне термического влияния среднеуглеродистых легированных сталей формируются закалочные структуры, как правило, характеризующиеся большим значением твердости и малой вязкостью. Поэтому на ЗТВ приходится наибольший процент образования холодных трещин. Необходимо также учитывать, что стали данного класса чувствительны к концентраторам напряжений, особенно после обычной закалки и отпуска, а также подвержены охрупчиванию в результате насыщения водородом, что при высоких внутренних напряжениях или циклической нагрузке может служить причиной зарождения трещин и привести к разрушению сварной конструкции.

Насыщение металла шва водородом происходит в результате длительного пребывания сварочной ванны в жидкофазном состоянии. Сократить это время можно при помощи управления переносом электродного металла в сварочную ванну, т.е. используя импульсные технологии сварки. В настоящее время разработаны и применяются различные способы импульсной сварки. Каждый способ обладает своими достоинствами и недостатками. С другой стороны, увеличенное время пребывания металла сварочной ванны в жидкофазном состоянии улучшает перемешивание электродного металла с основным, что способствует снижению уровня химической, структурной и механической неоднородности в зоне сплавления.

Для определения способа импульсной дуговой сварки, обеспечивающего надежное качество формирования шва и работоспособность многослойных сварных соединений с щелевой разделкой (соединение в замок см. рис. 3.1) изготовили сварные образцы из стали 30ХГСА разными способами импульсной дуговой сварки:

1. сварка с импульсной подачей электродной проволоки;

2. импульсная дуговая сварка без коротких замыканий;

3. импульсная дуговая сварка с короткими замыканиями.

Во всех случаях производили механизированную сварку поворотного стыка трубы диаметром 90 мм с толщиной стенки 20 мм в СО₂ за несколько проходов в щелевую разделку (соединение в замок) сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 1,2 мм без подогрева и последующей термообработки. Для сварки выбирали рациональные режимы с учетом особенностей формы разделки и свариваемой конструкции.

Рис. 3.1. Схема соединения в замок

Полученные сварные образцы подвергли механическим испытаниям и провели анализ микроструктуры сварных соединений.

а, б, в:

г,д:

Рис. 3.2. Микроструктура сварного соединения, выполненного сваркой с импульсной подачей электродной проволоки: а) шов; б) зона сплавления; в) участок перегрева; г) участок нормализации; д) основной металл

Анализ микроструктуры сварных соединений показал, что в шве образуется мелкозернистая структура из феррита и перлита (рис. 3.2, а), явно выраженная зона сплавления (рис. 3.2, б) говорит о малом времени пребывания расплавленного металла в жидкофазном состоянии, в околошовных зонах образуются троосто-бейнитные структуры (рис. 3.2, в). Мелкие зерна феррита и перлита на участке нормализации (рис. 3.2, г) не свидетельствуют о большом перегреве основного металла в этой зоне.