Особенности повреждаемости сварных соединений паропроводов по механизму ползучести
Рассмотрены особенности повреждаемости длительно эксплуатируемых сварных соединений из теплоустойчивых
 перлитных сталей по механизму ползучести. Предложено представлять процесс повреждаемости металла сварных
 соединений трехстадийным. Он существенно зависит от деградации металла, ко...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101722 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Особенности повреждаемости
 сварных соединений паропроводов по механизму ползучести / В.В. Дмитрик, С.Н. Барташ // Автоматическая сварка. — 2010. — № 6 (686). — С. 22-25. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860150950069534720 |
|---|---|
| author | Дмитрик, В.В. Барташ, С.Н. |
| author_facet | Дмитрик, В.В. Барташ, С.Н. |
| citation_txt | Особенности повреждаемости
 сварных соединений паропроводов по механизму ползучести / В.В. Дмитрик, С.Н. Барташ // Автоматическая сварка. — 2010. — № 6 (686). — С. 22-25. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Рассмотрены особенности повреждаемости длительно эксплуатируемых сварных соединений из теплоустойчивых
перлитных сталей по механизму ползучести. Предложено представлять процесс повреждаемости металла сварных
соединений трехстадийным. Он существенно зависит от деградации металла, которая контролируется физико-
химическими процессами, происходящими в металле сварных соединений.
Сonsidered are the features of damageability of long-term operating welded joints from heat-resistant pearlitic steels by
the creep mechanism. It is shown that damageability of welded joints is a three-stage process, and essentially depends
on metal degradation, which is controlled by physico-chemical processes occurring in welded joint metal.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:52:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.539.376
ОСОБЕННОСТИ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ПАРОПРОВОДОВ ПО МЕХАНИЗМУ ПОЛЗУЧЕСТИ
В. В. ДМИТРИК, д-р техн. наук, С. Н. БАРТАШ, инж. (Укр. инж.-педагог. акад., г. Харьков)
Рассмотрены особенности повреждаемости длительно эксплуатируемых сварных соединений из теплоустойчивых
перлитных сталей по механизму ползучести. Предложено представлять процесс повреждаемости металла сварных
соединений трехстадийным. Он существенно зависит от деградации металла, которая контролируется физико-
химическими процессами, происходящими в металле сварных соединений.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, теплоустойчивые
перлитные стали, паропроводы, сварные соединения, корро-
зионная среда, ползучесть, повреждаемость, физико-хими-
ческие процессы
Сварные паропроводы высокого давления, изго-
товляемые из теплоустойчивых перлитных сталей
15Х1М1Ф и 12Х1МФ, работают длительное вре-
мя в условиях ползучести и малоцикловой уста-
лости в коррозионной среде. Основными состав-
ляющими разрушаемости сварных соединений
являются трещины ползучести, усталостные и ус-
талостно-коррозионные трещины, механизмы об-
разования которых существенно отличаются [1–
4]. Одним из видов разрушений также является
и коррозионная повреждаемость, роль которой
при длительной наработке сварных соединений
возрастает. На наш взгляд, для общей оценки дег-
радации металла вклад приведенных составляю-
щих в повреждаемость сварных соединений сле-
дует рассматривать отдельно.
Целью настоящей работы является уточнение
особенностей повреждаемости длительно эксплу-
атируемых сварных соединений паропроводов из
теплоустойчивых перлитных сталей по механизму
ползучести.
В процессе наработки в металле сварных со-
единений накапливается пластическая деформа-
ция, уровень которой локально может составлять
от 0,5 до 8 % [2]. Трещины ползучести образуются
с наружной стороны длительно работающих свар-
ных соединений, а последующее развитие трещин
происходит вглубь металла (рис. 1). Такие тре-
щины преимущественно образуются по участку
сплавления или участку неполной перекристал-
лизации металла ЗТВ [1, 2, 5, 6], однако их об-
разование в сварных соединениях паропроводов
с ресурсом эксплуатации свыше 200000 ч, отме-
чается и по наплавленному металлу. Скорость раз-
вития трещин существенно зависит от структур-
ной, химической и механической неоднородности
сварных соединений [2, 6–8], трещины имеют пре-
имущественно хрупкий межзеренный характер
(рис. 2). Наличие структурной неоднородности
обусловливает различную интенсивность физико-
химических процессов, протекающих в металле
длительно эксплуатируемых (> 200000 ч) сварных
соединений, к которым относят объемную диф-
фузию атомов хрома, марганца, кремния и фос-
фора в тонкую приграничную зону зерен α-фазы
[9]; зернограничную диффузию; перемещение
дислокаций путем переползания и скольжения;
полигонизацию зерен α-фазы; карбидные реакции
M3C→M7C3→M23C6→M6C; образование, переме-
щение и слияние микронесплошностей. Наиболь-
шая интенсивность таких процессов характерна
© В. В. Дмитрик, С. Н. Барташ, 2010
Рис. 1. Макрошлиф ( 1,5) сварного соединения стали
12Х1МФ с трещиной ползучести в металле шва (паропровод
свежего пара, ресурс 190000 ч)
Рис. 2. Микроструктура ( 100) металла участка неполной
перекристаллизации ЗТВ сварного соединения из стали
12Х1МФ паропровода острого пара (третья стадия поврежда-
емости, ресурс 210000 ч)
22 6/2010
для структур, классифицируемых как браковоч-
ные или близкие им. На наш взгляд, перечень
браковочных структур следует расширить. К ним
следует отнести структуры, состоящие из зерен
α-фазы (рис. 3) с l/n > 2, где l — длина зерен;
n — ширина зерен от 15 мкм и более. Такие струк-
туры образуются при сварке на повышенных ре-
жимах, например, при механизированной сварке
соединений толщиной 60 мм в среде CO2 + Ar на
токе 400 А. В условиях анизотропии и кубической
сингонии зерен α-фазы, а также различного уров-
ня активации степень интенсивности зернограни-
чной и объемной диффузии будет существенно
отличаться. Наличие удлиненной формы зерен со-
ответственно вследствие увеличенной интенсив-
ности зернограничной диффузии (в меньшей мере
объемной), способствует ускоренному образова-
нию сегрегаций атомов хрома, молибдена, фосфора
и марганца по их границам [7, 10]. При наличии
таких сегрегаций существенно (в 2…3 раза) уве-
личивается скорость твердофазных реакций
M3C→M7C3→M23C6→M6C по границам зерен α-
фазы по сравнению с реакциями между анало-
гичными выделениями, расположенными по телу
зерен.
На участке сплавления металла ЗТВ с метал-
лом шва, претерпевающим сварочный нагрев в
области температур TL–TS, могут локально фор-
мироваться в зависимости от условий нагрева ук-
рупненные равноосные либо укрупненные по дли-
не зерна α-фазы [6] или видманштеттов феррит.
Ширина участка сплавления составляет около
0,1…0,2 мм, а деформация металла (применитель-
но к наработке 200000 ч) может составлять
2…3 %. Для сравнения деформация основного
металла (не претерпевающего сварочный нагрев)
в аналогичных условиях составляет соответствен-
но 0,5…0,7 %, что отвечает требованиям норма-
тивной документации.
Форма и размеры участка неполной перекрис-
таллизации металла ЗТВ, ширина которого сос-
тавляет примерно 1,2…1,7 мм, зависят от свароч-
ного нагрева и имеют отличия по толщине свар-
ных соединений. Новые продукты распада аус-
тенита здесь могут быть в виде перлита, сорбита,
троостита или бейнита и явно отличаться от струк-
туры основного металла [5, 6, 9, 11, 12]. Дефор-
мация металла участка может составлять 3…5 %,
а значение разупрочнения по сравнению с основ-
ным металлом от 5 до 20 %, что близко к данным
работы [2]. Однако разупрочнения при наличии
новых продуктов распада аустенита в виде бей-
нита или троостита могут и не наблюдаться [6].
Характерной особенностью структуры данного
участка является разнозернистость (рис. 4) и уве-
личенные структурная и химическая неоднород-
ность. В металле участка более интенсивно по
сравнению с другими участками проходят физи-
ко-химические процессы. Их интенсивность су-
щественно зависит от вида новых продуктов рас-
пада аустенита. С наибольшей интенсивностью
процессы проходят в тех структурах, где новые
продукты распада аустенита представляют пер-
лит, с наименьшей, где бейнит. Подтверждением
является заметно увеличенная коагуляция выде-
лений M23C6 по границам зерен α-фазы и обра-
зование из таких выделений цепочек, имеющих
элементы сплошности (рис. 5).
Допустимая деформация металла сварных со-
единений (ε < 1 %) характеризуется формирова-
нием субструктуры зерен α-фазы [3, 8] и обес-
печивается переползанием и скольжением дисло-
каций. Вклад переползания и скольжения дисло-
каций в процесс полигонизации на различных ста-
диях его реализации имеет отличительные осо-
бенности, что связано с диффузионным переме-
щением атомов хрома, молибдена, кремния и мар-
ганца. Эффективно тормозят перемещающиеся
дислокации стабильные выделения VC, равномер-
но распределенные по телу зерен α-фазы и по
их границам. Целесообразно также, чтобы рас-
стояние между VC, продольные размеры которых
близки к 0,7…2,0 нм, находилось в пределах
80…110 нм.
Рис. 3. Микроструктура ( 600) металла шва сплава типа
09ХМФ с удлиненными зернами α-фазы (основной металл
сталь 15Х1М1Ф)
Рис. 4. Микроструктура ( 300) участка неполной перекрис-
таллизации металла ЗТВ сварных соединений из стали
12Х1МФ паропроводов острого пара (ресурс 275637 ч)
6/2010 23
Торможение подвижности дислокаций в зер-
нах α-фазы также происходит с помощью сил тре-
ния (сил Пайерлса) путем взаимодействия атомов
хрома, молибдена, ванадия, марганца и кремния
с дислокациями, образования в α-фазе локальных
скоплений легирующих элементов (типа зон
Гинье–Престона) и атмосфер примесных атомов
вокруг дислокаций, а также барьерным эффектом
зерен и субзерен.
Повреждаемость длительно эксплуатируемых
сварных соединений из теплоустойчивых перлит-
ных сталей, проходящую по механизму ползучес-
ти, удобно классифицировать как трехстадийную.
Первая стадия повреждаемости характеризует-
ся увеличением локальной сегрегации хрома, мо-
либдена, кремния, фосфора и марганца по гра-
ницам зерен α-фазы, карбидными реакциями
M3C→M7C3→M23C6→M6C, коагуляцией выделе-
ний первой группы, в том числе путем коалес-
ценции (рис. 6), а также концентрацией таких вы-
делений по границам зерен α-фазы (рис. 5). Уста-
новлено, что коагулируют и образуют цепочки пре-
имущественно выделения M23C6 [10]. Их количество
среди карбидов, образующих цепочки, составляет
около 70 %, соответственно выделений M7C3 вы-
явлено около 15 %, M23C — 10 %, M6C ≤ 5 %.
На второй (инкубационной) стадии поврежда-
емости происходит процесс слияния микронесп-
лошностей и образование микропор ползучести
размером около 0,01…0,9 мкм. Эффективное вы-
явление таких микропор возможно лишь с по-
мощью электронной микроскопии.
Третья стадия повреждаемости (наработка ме-
нее 250000 ч) характеризуется образованием
слившихся и отдельных микропор размером
1…4 мкм, а также образованием микро- и мак-
ротрещин ползучести (cм. рис. 1). По направле-
нию магистральной макротрещины располагают-
ся микротрещины и слившиеся крупные микро-
поры, имеющие разветвленную форму (рис. 7).
Увеличенная степень деформации металла по нап-
равлению развития макротрещины способствует
ускоренному ее развитию. Повреждаемость на
третьей стадии в основном имеет межзеренный
хрупкий характер и хорошо выявляется путем ис-
пользования оптической микроскопии.
Целесообразным является своевременное вы-
явление именно этой стадии повреждаемости и
проведение ремонта с использованием прошед-
ших апробацию технологий [2].
В действующих сварных соединениях пароп-
роводов наблюдаются трещины или поры, кото-
рые при их дальнейшей наработке не претер-
певают развития, хотя их количество может быть
критическим [4, 8, 9]. Торможение здесь можно
объяснить наличием примыкающей к направле-
нию развития трещин и пор структуры, имеющей
заметно уменьшенную деградацию. Однако при
наличии критического уровня повреждаемости
сварных соединений во избежании внезапного их
разрушения такие сварные соединения подлежат
ремонту или замене.
Рис. 5. Микроструктура ( 2500) участка неполной перекрис-
таллизации металла ЗТВ с выделениями M23C6 по границам
зерен α-фазы (светлые стрелки) и порами (темные) (образец
тот же, что и на рис. 4)
Рис. 6. Микроструктура ( 7500) участка ЗТВ с выделениями
М23С6 после коалесценции
Рис. 7. Микроструктура ( 5000) участка неполной перекрис-
таллизации металла ЗТВ сварного соединения паропровода
острого пара (стрелки — микропоры по границам зерен
α-фазы)
24 6/2010
Выводы
1. Экспериментально подтверждено, что повреж-
даемость сварных соединений по механизму пол-
зучести существенно зависит от интенсивности
физико-химических процессов, протекающих в их
металле при длительной эксплуатации (наработка
>200000 ч).
2. Повреждаемость, происходящую по меха-
низму ползучести в длительно эксплуатируемых
сварных соединениях из теплоустойчивых пер-
литных сталей, следует рассматривать как трех-
стадийную.
1. Механіка руйнування та міцність матеріалів: Довід.
посібник / Під заг. ред. акад. НАН України В. В. Пана-
сюка. В 7 т. Т. 7: Надійність та довговічність елементів
конструкцій теплоенергетичного устаткування. — Київ:
Видавничий дім «Академперіодика», 2005. — 376 с.
2. Хромченко Ф. А. Ресурс сварных соединений паропрово-
дов. — М.: Машиностроение, 2002. — 351 с.
3. Дмитрик В. В., Конык А. И. К концепции зарождения
пор в сварных соединениях при низкотмпературной пол-
зучести // Автомат. сварка. — 2005. — № 7. — С. 28–31.
4. Оценка остаточного ресурса сварных соединений тру-
бопроводов ТЕС / В. В. Дмитрик, А. К. Царюк, А. А.
Бугаец, Е. Д. Гринченко // Там же. — 2006. — № 2. —
С. 7–11.
5. Куманин В. И., Ковалева Л. А., Алексеев С. В. Долговеч-
ность металла в условиях ползучести. — М.: Металлур-
гия, 1988. — 222 с.
6. Дмитрик В. В. Моделирование структуры сварных сое-
динений теплоустойчивых перлитных сталей // Автомат.
сварка. — 2000. — № 4. — С. 27–30.
7. Царюк А. К. Особенности влияния фосфора на размер
неметаллических включений и свойства швов соедине-
ний теплоустойчивой стали // Там же. — 1999. — № 4.
— С. 26–30.
8. Березина Т. Е., Бугай Н. В., Трунин И. И. Диагностирова-
ние и прогнозирование долговечности металла теплоэ-
нергетических установок. — Киев: Техніка, 1991. —
118 с.
9. Утевский Л. М., Гликман Е. Э., Карк Г. С. Обратимая от-
пускная хрупкость стали и сплавов железа. — М.: Ме-
таллургия, 1987. — 220 с.
10. Дмитрик В. В., Баумер В. Н. Карбидные фазы и повреж-
даемость сварных соединений при длительной эксплуа-
тации // Металлофизика, новейшие технологии. — 2007.
— 29, № 7. — С. 937–948.
11. Дмитрик В. В., Царюк А. К., Конык А. И. Карбидные фа-
зы и повреждаемость сварных соединений паропроводов
в условиях ползучести // Автомат. сварка. — 2008. —
№ 3. — С. 39–43.
12. Березина Т. Е. Структурный метод определения остаточ-
ного ресурса деталей длительно работающих паропрово-
дов // Теплоэнергетика. — 1986. — № 3. — С. 53–56.
Сonsidered are the features of damageability of long-term operating welded joints from heat-resistant pearlitic steels by
the creep mechanism. It is shown that damageability of welded joints is a three-stage process, and essentially depends
on metal degradation, which is controlled by physico-chemical processes occurring in welded joint metal.
Поступила в редакцию 01.10.2009
11–17 июля 2010 г. Стамбул, Турция
63-й ЕЖЕГОДНЫЙ КОНГРЕСС И КОНФЕРЕНЦИЯ
МЕЖДУНАРОДНОГО ИНСТИТУТА СВАРКИ
Представитель организационного комитета ms.K.Kahraman,
E-mail: kkahraman@gedik.com.tr;
тел.: +90 216-378-79-41
www.iiw2010.com
6/2010 25
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101722 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:52:10Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дмитрик, В.В. Барташ, С.Н. 2016-06-06T18:43:21Z 2016-06-06T18:43:21Z 2010 Особенности повреждаемости
 сварных соединений паропроводов по механизму ползучести / В.В. Дмитрик, С.Н. Барташ // Автоматическая сварка. — 2010. — № 6 (686). — С. 22-25. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101722 669.539.376 Рассмотрены особенности повреждаемости длительно эксплуатируемых сварных соединений из теплоустойчивых
 перлитных сталей по механизму ползучести. Предложено представлять процесс повреждаемости металла сварных
 соединений трехстадийным. Он существенно зависит от деградации металла, которая контролируется физико-
 химическими процессами, происходящими в металле сварных соединений. Сonsidered are the features of damageability of long-term operating welded joints from heat-resistant pearlitic steels by
 the creep mechanism. It is shown that damageability of welded joints is a three-stage process, and essentially depends
 on metal degradation, which is controlled by physico-chemical processes occurring in welded joint metal. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Особенности повреждаемости сварных соединений паропроводов по механизму ползучести Peculiarities of damageability of welded joints of steam pipelines by creep mechanism Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности повреждаемости сварных соединений паропроводов по механизму ползучести Дмитрик, В.В. Барташ, С.Н. Научно-технический раздел |
| title | Особенности повреждаемости сварных соединений паропроводов по механизму ползучести |
| title_alt | Peculiarities of damageability of welded joints of steam pipelines by creep mechanism |
| title_full | Особенности повреждаемости сварных соединений паропроводов по механизму ползучести |
| title_fullStr | Особенности повреждаемости сварных соединений паропроводов по механизму ползучести |
| title_full_unstemmed | Особенности повреждаемости сварных соединений паропроводов по механизму ползучести |
| title_short | Особенности повреждаемости сварных соединений паропроводов по механизму ползучести |
| title_sort | особенности повреждаемости сварных соединений паропроводов по механизму ползучести |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101722 |
| work_keys_str_mv | AT dmitrikvv osobennostipovreždaemostisvarnyhsoedineniiparoprovodovpomehanizmupolzučesti AT bartašsn osobennostipovreždaemostisvarnyhsoedineniiparoprovodovpomehanizmupolzučesti AT dmitrikvv peculiaritiesofdamageabilityofweldedjointsofsteampipelinesbycreepmechanism AT bartašsn peculiaritiesofdamageabilityofweldedjointsofsteampipelinesbycreepmechanism |