Особенности технологии сварки трубопроводов из разнородных сталей в атомной энергетике
Проанализированы основные факторы, способствующие коррозионному растрескиванию сварных соединений тру- бопроводов из разнородных сталей. Предложены сварочные материалы и технология сварки, позволяющие повысить сопротивляемость сварных соединений локальным коррозионным повреждениям. The main factor...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101363 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Особенности технологии сварки трубопроводов из разнородных сталей в атомной энергетике / О.Г. Касаткин, А.К. Царюк, В.Ю. Скульский, А.Р. Гаврик, С.И. Моравецкий // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 44-47. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859613964183273472 |
|---|---|
| author | Касаткин, О.Г. Царюк, А.К. Скульский, В.Ю. Гаврик, А.Р. Моравецкий, С.И. |
| author_facet | Касаткин, О.Г. Царюк, А.К. Скульский, В.Ю. Гаврик, А.Р. Моравецкий, С.И. |
| citation_txt | Особенности технологии сварки трубопроводов из разнородных сталей в атомной энергетике / О.Г. Касаткин, А.К. Царюк, В.Ю. Скульский, А.Р. Гаврик, С.И. Моравецкий // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 44-47. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Проанализированы основные факторы, способствующие коррозионному растрескиванию сварных соединений тру-
бопроводов из разнородных сталей. Предложены сварочные материалы и технология сварки, позволяющие повысить
сопротивляемость сварных соединений локальным коррозионным повреждениям.
The main factors promoting corrosion cracking of welded joints of pipelines from dissimilar steels are analyzed. Welding
consumables and technologies allowing improvement of welded joint resistance to local corrosion damages are proposed.
|
| first_indexed | 2025-11-28T17:14:21Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.052:658.562:621.039
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ ТРУБОПРОВОДОВ
ИЗ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ В АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ*
О. Г. КАСАТКИН, д-р техн. наук, А. К. ЦАРЮК, В. Ю. СКУЛЬСКИЙ, кандидаты техн. наук,
А. Р. ГАВРИК, С. И. МОРАВЕЦКИЙ, инженеры (Ин-т электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины)
Проанализированы основные факторы, способствующие коррозионному растрескиванию сварных соединений тру-
бопроводов из разнородных сталей. Предложены сварочные материалы и технология сварки, позволяющие повысить
сопротивляемость сварных соединений локальным коррозионным повреждениям.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, трубопроводы, аус-
тенитная и углеродистая стали, разнородные сварные сое-
динения, структура сварных соединений, хрупкие прослойки
В трубопроводах второго контура энергоблоков
АЭС коррозионному разрушению в большей сте-
пени всего подвержены сварные соединения труб
из разнородных сталей (аустенитной и низко-
легированной) [1]. При ремонте трубопровода
обычно не применяют монтажную сварку. На место
удаленного дефектного участка вваривают изготов-
ленную на специализированном производстве свар-
ную вставку, которая также имеет ограниченный
ресурс работы.
Проведенные ранее исследования показали, что
коррозионное растрескивание и разрушение указан-
ных соединений вызывается неоднородностью ме-
талла сварных соединений, наличием хрупких и
ослабленных прослоек, напряженным состоянием
и водородным охрупчиванием металла.
Основными факторами, оказывающими влия-
ние на ресурс сварных соединений разнородных
сталей, являются их химическая и структурная
неоднородность в местах соединения аустенит-
ных и перлитных сталей из-за смешивания этих
металлов в сварочной ванне и диффузии раз-
личных элементов, особенно углерода.
В указанных участках сварного соединения
возможно образование легированного мартенсита
с достаточно высоким содержанием углерода. Он
характеризуется высокой твердостью, а также
низкой пластичностью.
Остаточные напряжения в однородных и раз-
нородных сварных соединениях после проведения
термической обработки существенно отличаются.
При охлаждении в процессе отпуска разнород-
ных сварных соединений новые остаточные
напряжения возникают вследствие различного
теплового расширения сталей.
Напряжения растяжения возникают в аусте-
нитной части сварного соединения. При сварке
стыков труб из разнородных сталей напряжения
на внутренней поверхности аустенитной трубы
являются растягивающими, а в трубе из перлит-
ной стали — сжимающими. При оценке напря-
женного состояния соединения необходимо учи-
тывать структурные напряжения. В мартенситных
прослойках они могут быть во много раз выше
остаточных.
Важным фактором, оказывающим влияние на
работоспособность разнородных сварных соеди-
нений, является водород. Сочетание трех факто-
ров (диффузионно-подвижного водорода, мар-
тенситных структур и напряженного состояния)
может привести к замедленному разрушению
сварного соединения [2]. При этом образуются
локальные дефекты и микротрещины по границам
бывших аустенитных зерен. Развитие процесса за-
медленного разрушения может привести к быс-
трому межкристаллическому коррозионному рас-
трескиванию сварного соединения.
Повышения ресурса разнородных сварных сое-
динений можно достичь в результате разработки
различных технологических мероприятий, обес-
печивающих минимальное проплавление основ-
ного металла и предотвращение образования
хрупких и обезуглероженных прослоек.
Анализ существующих отечественных и зару-
бежных высоколегированных сварочных материа-
лов показал, что они не позволяют полностью
избежать образования химической и структурной
неоднородности в разнородных сварных соеди-
нениях, а также формирования мартенситных и
обезуглероженных прослоек.
Для предотвращения образования мартенсит-
ных прослоек необходимо исключить возмож-
ность смешивания при сварке перлитного и аус-
тенитного металлов. С этой целью можно облицо-
вывать кромку перлитной стали технически чис-
© О. Г. Касаткин, А. К. Царюк, В. Ю. Скульский, А. Р. Гаврик, С. И. Моравецкий, 2010
* Статья подготовлена по результатам целевой выпол-
нения комплексной программы НАН Украины «Проблемы
ресурса и безопасности эксплуатации конструкций, соору-
жений и машин» (2007–2009 гг.).
44 1/2010
тым железом (армко-железом) с низким содер-
жанием углерода. При наплавке доля основного
металла должна быть небольшой. В этом случае
удается избежать образования легированного ме-
талла с содержанием углерода более 0,05 %. В
железе с малым содержанием углерода не обра-
зуется твердый мартенсит с высокой плотностью
дислокаций.
Универсальным способом уменьшения диффу-
зионного перемещения углерода является введение
никеля в металл шва или облицовка кромок этим
металлом. Необходимая концентрация никеля в шве
должна увеличиваться по мере повышения рабочей
температуры сварного соединения.
В работе оценены следующие технологические
варианты сварки разнородных сталей с исполь-
зованием прослойки из технически чистого же-
леза:
предварительная аргонодуговая наплавка двух
слоев из армко-железа на кромку стали 20 (рис. 1,
а). После механической обработки кромки выпол-
няли сварку с аустенитной сталью с использо-
ванием проволоки Св-10Х16Н25АМ6;
аргонодуговая наплавка на кромку стали 20
слоя армко-железа, затем двух слоев с присадкой
проволоки Св-10Х16Н25АМ6. После механичес-
кой обработки кромки производили сварку
соединения с присадкой проволоки Св-
04Х19Н11МЗ (рис. 1, б);
аргонодуговая наплавка на кромку стали
08Х18Н10Т слоя армко-железа. После механичес-
кой обработки наплавленной кромки выполняли
аргонодуговую сварку соединения с присадкой
технического железа (рис. 1, в).
Полученные по разным технологическим ва-
риантам сварные соединения сталей 20 и
08Х18Н10Т разрезали на поперечные темплеты
для проведения механических и металлографичес-
ких исследований.
Полученные в результате исследований пока-
затели прочности, угла загиба и ударной вязкости
Рис. 1. Схемы первого (а), второго (б) и третьего (в) технологических вариантов сварных соединений разнородных сталей:
1 — основной металл (сталь 20); 2 — наплавка армко-железа; 3 — шов, сваренный с применением присадочного металла
Св-10Х16Н25АМ6; 4 — основной металл (сталь 08Х18Н10Т); 5 — наплавка присадочного металла Св-10Х16Н25АМ6; 6 —
шов, сваренный с применением присадочного металла Св-04Х19Н11МЗ; 7 — шов, сваренный с применением армко-железа
в качестве присадочного металла
Рис. 2. Микроструктуры (а–д, ×200; е, ×1000) различных зон в металле сварных соединений разнородных сталей: а — сталь
20; б — сталь 20, участок неполной перекристаллизации; в — сталь 20, участок нормализации; г — зона сплавления стали 20
с армко-железом; д — наплавка армко-железа; е — зона сплавления наплавки с аустенитным швом
1/2010 45
удовлетворяли требованиям, предъявляемым к
сварным соединениям сталей 20 и 08Х18Н10Т.
На рис. 2 приведены микроструктуры металла
характерных зон сварного соединения разнородных
сталей:
участок полной перекристаллизации или нор-
мализации (рис. 2, в), в котором после фазовой
перекристаллизации металл приобрел мелкозер-
нистую структуру;
участок перегрева, на котором рядом с наплав-
кой слоя армко-железа (рис. 2, г) в стали 20 обра-
зовалась грубая структура из крупных участков
феррита и перлита (видманштеттова структура).
Наплавка армко-железа вблизи стали 20 имеет
мелкозернистую структуру, а из-за перемеши-
вания с основным металлом в ней присутствовали
отдельные перлитные участки;
металл наплавки технического железа (рис. 2,
д) имеет чисто ферритную структуру с относи-
тельно крупным зерном;
участок сплавления слоя армко-железа с аус-
тенитным металлом шва (рис. 2, е), на котором
видны крупные зерна феррита и слой непереме-
шавшегося с металлом шва расплава армко-железа.
В зависимости от условий перемешивания ме-
талла в сварочной ванне переход от армко-железа
может быть резким или иметь слой с мелкодис-
персной структурой. Это металл, который сфор-
мировался в результате неполного расплавления
фрагментов зерен технического железа и отсут-
ствия перемешивания такого расплавленного ме-
талла с аустенитным металлом шва (или на-
плавки).
По-видимому, в этом случае на формирование
таких прослоек оказывает влияние более высокая
температура плавления технического железа (около
1530 °С по сравнению примерно с 1380 °С у аус-
тенитного металла) и узкий интервал температур
кристаллизации, способствующий его быстрому
затвердеванию при колебаниях температуры в
процессе сварки, а также затруднению переме-
шивания с аустенитным расплавом.
Металл соединения на участке перехода от
слоя технического железа к слою наплавленного
металла типа Св-10Х16Н25АМ6 имеет аналогич-
ную микроструктуру (рис. 3).
Из результатов измерений видно, что в аусте-
нитном металле шва или наплавки на участке пе-
ременного состава у основы (технического железа)
из-за различного долевого участия расплавленного
нелегированного и наплавляемого высоколегиро-
ванного металлов образуются микроучастки с по-
вышенной твердостью, значительно более низкой,
чем у мартенсита. Из-за неоднородного перемеши-
вания расплавов железа и аустенитного металла,
кроме участков с повышенной твердостью, форми-
руются микроучастки с твердостью аустенита.
Полученные результаты показали следующее:
при наплавке переходного нелегированного
безуглеродистого слоя железа и последующей
сварки аустенитным швом обнаружены миграция
углерода и образование карбидных прослоек, ха-
рактерных для зоны сплавления стали 20 с аус-
тенитным металлом шва;
миграция углерода и формирование обезугле-
роженной прослойки в стали 20 не происходит
на участке ее сплавления с подслоем из техничес-
кого железа;
на участках сплавления техническое железо–
аустенитный металл наплавленного шва из-за до-
легирования расплава железа легирующими эле-
ментами и углеродом из аустенитной проволоки
формируются микроучастки с переменной твер-
достью.
Исследования технологического варианта с на-
плавкой на кромку стали 08Х18Н10Т слоя армко-
железа и последующей аргонодуговой сваркой
соединения с присадкой армко-железа показали,
что на участке сплавления первого слоя наплавки
армко-железа на аустенитную сталь не об-
разовывались зоны с высокой твердостью метал-
ла, характерные для закалочных структур. На этом
участке сварного соединения не обнаружено пере-
распределения углерода и образования карбидных
прослоек.
Результаты исследований плоских образцов по-
казали, что граница сплавления аустенитной и низ-
Рис. 3. Микроструктура (а, ×250) и изменение микротвер-
дости (б) на участке сплавления наплавленного на сталь 20
слоя технического железа и металла шва, выполненного
проволокой Св-10Х16Н25АМ6
46 1/2010
коуглеродистой сталей является более однород-
ной, если производить наплавку низкоуглеро-
дистой стали на аустенитную и заполнять шов
ферритным металлом. Однако заполнение шва
низкоуглеродистым нелегированным металлом
приводит к снижению прочности сварного соеди-
нения.
В дальнейшем для заполнения шва в качестве
присадочного материала использовали армко-же-
лезо, легированное небольшим количеством упроч-
няющих элементов. В целом показатели механи-
ческих свойств разнородных сварных соединений,
выполненных по предлагаемой технологии, пол-
ностью соответствуют требованиям, регламен-
тируемым ПНАЭ Г-7-010–89 для оборудования
АЭС.
Выводы
1. В ходе предварительных коррозионных испы-
таний сварных соединений разнородных сталей
20 и 08Х18Н10Т установлено, что их сварные
соединения в нейтральной среде хлористого натрия
(рН 6,5...7,0) представляют собой сложный много-
электродный элемент с разностью потенциалов
между основными металлами в сварном сое-
динении до 0,5 В, что обусловливает интенсивное
разрушение металла в зоне сплавления.
2. В процессе испытаний сварных соединений
при нагружении до 0,90σт в кипящем растворе
смеси азотнокислого кальция и нитрита аммония
в образцах, сваренных как по штатной техноло-
гии, так и при наплавке технического железа на
кромки стали 08Х18Н10Т, имеет место корро-
зионное растрескивание. В аналогичных условиях
испытаний образцов с наплавкой кромок углеро-
дистой стали армко-железом коррозионное раст-
рескивание не зафиксировано.
3. Разработанную технологию сварки трубо-
проводов второго контура из разнородных сталей
предполагается аттестовать на Хмельницкой АЭС.
1. Земзин В.Н. Сварные соединения разнородных сталей //
Сварка и свариваемые материалы. — М.: Металлургия,
1991. — Т. 1. — С. 422–442.
2. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легирован-
ных сталей. — М.: Машиностроение, 1981. — 248 с.
The main factors promoting corrosion cracking of welded joints of pipelines from dissimilar steels are analyzed. Welding
consumables and technologies allowing improvement of welded joint resistance to local corrosion damages are proposed.
Поступила в редакцию 10.09.2009
УДК 621.791.763.1
ВЛИЯНИЕ УДАРНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА ШВА
НА ПРОЧНОСТЬ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ
А. С. ПИСЬМЕННЫЙ, д-р техн. наук, В. М. КИСЛИЦЫН, канд. техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Приведены результаты экспериментов по качественной оценке влияния термомеханической обработки на прочность
сварного точечного соединения. Показана целесообразность использования ударного приложения усилия сжатия
при температуре вблизи точки рекристаллизации свариваемого металла.
К л ю ч е в ы е с л о в а : точечная контактная сварка, свар-
ное соединение, термомеханическая обработка, ударное
приложение усилия сжатия, измельчение кристаллической
структуры, механическая прочность
Как известно, наиболее распространенной причи-
ной снижения прочности сварного соединения яв-
ляется возникновение в зоне сварного шва нап-
ряжений растяжения, вызываемых усадкой ме-
талла в процессе охлаждения.
Для снижения уровня остаточных механичес-
ких напряжений используют термическую, тер-
момеханическую [1, 2] и ударно-механическую
виды обработки зоны сварного шва, которую про-
водят после завершения операции сварки. Нап-
ример, выполнение упрочнения способом «высо-
кочастотной механической проковки» [3, 4], «про-
ковкой пневмомолотом» [5] или «дробеструйной
обработкой» [6] позволяет увеличить в несколько
раз циклическую долговечность сварной конс-
трукции за счет перераспределения в зоне шва
остаточных механических напряжений. Указан-
ные способы упрочнения характеризуются мно-
гократным ударным приложением усилия сжатия,
осуществляемым со скоростью около сотни мет-
ров в секунду.
Термин «проковка» характеризует процесс
сварки со значительно меньшей скоростью при-
ложения усилия сжатия (не более десятка метров© А. С. Письменный, В. М. Кислицын, 2010
1/2010 47
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101363 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T17:14:21Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Касаткин, О.Г. Царюк, А.К. Скульский, В.Ю. Гаврик, А.Р. Моравецкий, С.И. 2016-06-02T20:48:28Z 2016-06-02T20:48:28Z 2010 Особенности технологии сварки трубопроводов из разнородных сталей в атомной энергетике / О.Г. Касаткин, А.К. Царюк, В.Ю. Скульский, А.Р. Гаврик, С.И. Моравецкий // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 44-47. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101363 621.791.052:658.562:621.039 Проанализированы основные факторы, способствующие коррозионному растрескиванию сварных соединений тру- бопроводов из разнородных сталей. Предложены сварочные материалы и технология сварки, позволяющие повысить сопротивляемость сварных соединений локальным коррозионным повреждениям. The main factors promoting corrosion cracking of welded joints of pipelines from dissimilar steels are analyzed. Welding consumables and technologies allowing improvement of welded joint resistance to local corrosion damages are proposed. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Особенности технологии сварки трубопроводов из разнородных сталей в атомной энергетике Peculiarities of technology of welding pipelines of dissimilar steels in nuclear power engineering Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности технологии сварки трубопроводов из разнородных сталей в атомной энергетике Касаткин, О.Г. Царюк, А.К. Скульский, В.Ю. Гаврик, А.Р. Моравецкий, С.И. Производственный раздел |
| title | Особенности технологии сварки трубопроводов из разнородных сталей в атомной энергетике |
| title_alt | Peculiarities of technology of welding pipelines of dissimilar steels in nuclear power engineering |
| title_full | Особенности технологии сварки трубопроводов из разнородных сталей в атомной энергетике |
| title_fullStr | Особенности технологии сварки трубопроводов из разнородных сталей в атомной энергетике |
| title_full_unstemmed | Особенности технологии сварки трубопроводов из разнородных сталей в атомной энергетике |
| title_short | Особенности технологии сварки трубопроводов из разнородных сталей в атомной энергетике |
| title_sort | особенности технологии сварки трубопроводов из разнородных сталей в атомной энергетике |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101363 |
| work_keys_str_mv | AT kasatkinog osobennostitehnologiisvarkitruboprovodovizraznorodnyhstaleivatomnoiénergetike AT carûkak osobennostitehnologiisvarkitruboprovodovizraznorodnyhstaleivatomnoiénergetike AT skulʹskiivû osobennostitehnologiisvarkitruboprovodovizraznorodnyhstaleivatomnoiénergetike AT gavrikar osobennostitehnologiisvarkitruboprovodovizraznorodnyhstaleivatomnoiénergetike AT moraveckiisi osobennostitehnologiisvarkitruboprovodovizraznorodnyhstaleivatomnoiénergetike AT kasatkinog peculiaritiesoftechnologyofweldingpipelinesofdissimilarsteelsinnuclearpowerengineering AT carûkak peculiaritiesoftechnologyofweldingpipelinesofdissimilarsteelsinnuclearpowerengineering AT skulʹskiivû peculiaritiesoftechnologyofweldingpipelinesofdissimilarsteelsinnuclearpowerengineering AT gavrikar peculiaritiesoftechnologyofweldingpipelinesofdissimilarsteelsinnuclearpowerengineering AT moraveckiisi peculiaritiesoftechnologyofweldingpipelinesofdissimilarsteelsinnuclearpowerengineering |