Свойства сварных соединений трубных заготовок, полученных прессовой сваркопайкой с формирующим устройством
Обобщены результаты оценки влияния формирующего устройства на свойства кольцевого стыкового шва, образующегося при сварке трубных заготовок прессовой стыковой сваркопайкой в твердой фазе. Исследовано распределение химических элементов и фазовый состав в металле сварного шва и прилегающей зоне. The p...
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/123456789/101725 |
| 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: | Свойства сварных соединений трубных заготовок, полученных прессовой сваркопайкой с формирующим устройством / А.С. Письменный, А.С. Прокофьев, А.А. Письменный, Д.П. Новикова, Р.В. Юхименко, В.В. Полухин, И.И. Пташинская, Ю.В. Полухин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 7 (687). — С. 25-28. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101725 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Письменный, А.С. Прокофьев, А.С. Письменный, А.А. Новикова, Д.П. Юхименко, Р.В. Полухин, В.В. Пташинская, И.И. Полухин, Ю.В. 2016-06-06T18:57:42Z 2016-06-06T18:57:42Z 2010 Свойства сварных соединений трубных заготовок, полученных прессовой сваркопайкой с формирующим устройством / А.С. Письменный, А.С. Прокофьев, А.А. Письменный, Д.П. Новикова, Р.В. Юхименко, В.В. Полухин, И.И. Пташинская, Ю.В. Полухин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 7 (687). — С. 25-28. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101725 621.791.762.1 Обобщены результаты оценки влияния формирующего устройства на свойства кольцевого стыкового шва, образующегося при сварке трубных заготовок прессовой стыковой сваркопайкой в твердой фазе. Исследовано распределение химических элементов и фазовый состав в металле сварного шва и прилегающей зоне. The paper generalizes the results of assessment of the influence of a forming device on the properties of a circumferential butt joint forming in welding of tubular billets. Chemical element distribution and phase composition were studied in the metal of weld and HAZ forming during solid-state pressure butt braze-welding. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Свойства сварных соединений трубных заготовок, полученных прессовой сваркопайкой с формирующим устройством Role of forming device on structure and phase composition of joints produced in press butt braze welding Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Свойства сварных соединений трубных заготовок, полученных прессовой сваркопайкой с формирующим устройством |
| spellingShingle |
Свойства сварных соединений трубных заготовок, полученных прессовой сваркопайкой с формирующим устройством Письменный, А.С. Прокофьев, А.С. Письменный, А.А. Новикова, Д.П. Юхименко, Р.В. Полухин, В.В. Пташинская, И.И. Полухин, Ю.В. Научно-технический раздел |
| title_short |
Свойства сварных соединений трубных заготовок, полученных прессовой сваркопайкой с формирующим устройством |
| title_full |
Свойства сварных соединений трубных заготовок, полученных прессовой сваркопайкой с формирующим устройством |
| title_fullStr |
Свойства сварных соединений трубных заготовок, полученных прессовой сваркопайкой с формирующим устройством |
| title_full_unstemmed |
Свойства сварных соединений трубных заготовок, полученных прессовой сваркопайкой с формирующим устройством |
| title_sort |
свойства сварных соединений трубных заготовок, полученных прессовой сваркопайкой с формирующим устройством |
| author |
Письменный, А.С. Прокофьев, А.С. Письменный, А.А. Новикова, Д.П. Юхименко, Р.В. Полухин, В.В. Пташинская, И.И. Полухин, Ю.В. |
| author_facet |
Письменный, А.С. Прокофьев, А.С. Письменный, А.А. Новикова, Д.П. Юхименко, Р.В. Полухин, В.В. Пташинская, И.И. Полухин, Ю.В. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Role of forming device on structure and phase composition of joints produced in press butt braze welding |
| description |
Обобщены результаты оценки влияния формирующего устройства на свойства кольцевого стыкового шва, образующегося при сварке трубных заготовок прессовой стыковой сваркопайкой в твердой фазе. Исследовано распределение химических элементов и фазовый состав в металле сварного шва и прилегающей зоне.
The paper generalizes the results of assessment of the influence of a forming device on the properties of a circumferential
butt joint forming in welding of tubular billets. Chemical element distribution and phase composition were studied in
the metal of weld and HAZ forming during solid-state pressure butt braze-welding.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101725 |
| citation_txt |
Свойства сварных соединений трубных заготовок, полученных прессовой сваркопайкой с формирующим устройством / А.С. Письменный, А.С. Прокофьев, А.А. Письменный, Д.П. Новикова, Р.В. Юхименко, В.В. Полухин, И.И. Пташинская, Ю.В. Полухин // Автоматическая сварка. — 2010. — № 7 (687). — С. 25-28. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT pisʹmennyias svoistvasvarnyhsoedineniitrubnyhzagotovokpolučennyhpressovoisvarkopaikoisformiruûŝimustroistvom AT prokofʹevas svoistvasvarnyhsoedineniitrubnyhzagotovokpolučennyhpressovoisvarkopaikoisformiruûŝimustroistvom AT pisʹmennyiaa svoistvasvarnyhsoedineniitrubnyhzagotovokpolučennyhpressovoisvarkopaikoisformiruûŝimustroistvom AT novikovadp svoistvasvarnyhsoedineniitrubnyhzagotovokpolučennyhpressovoisvarkopaikoisformiruûŝimustroistvom AT ûhimenkorv svoistvasvarnyhsoedineniitrubnyhzagotovokpolučennyhpressovoisvarkopaikoisformiruûŝimustroistvom AT poluhinvv svoistvasvarnyhsoedineniitrubnyhzagotovokpolučennyhpressovoisvarkopaikoisformiruûŝimustroistvom AT ptašinskaâii svoistvasvarnyhsoedineniitrubnyhzagotovokpolučennyhpressovoisvarkopaikoisformiruûŝimustroistvom AT poluhinûv svoistvasvarnyhsoedineniitrubnyhzagotovokpolučennyhpressovoisvarkopaikoisformiruûŝimustroistvom AT pisʹmennyias roleofformingdeviceonstructureandphasecompositionofjointsproducedinpressbuttbrazewelding AT prokofʹevas roleofformingdeviceonstructureandphasecompositionofjointsproducedinpressbuttbrazewelding AT pisʹmennyiaa roleofformingdeviceonstructureandphasecompositionofjointsproducedinpressbuttbrazewelding AT novikovadp roleofformingdeviceonstructureandphasecompositionofjointsproducedinpressbuttbrazewelding AT ûhimenkorv roleofformingdeviceonstructureandphasecompositionofjointsproducedinpressbuttbrazewelding AT poluhinvv roleofformingdeviceonstructureandphasecompositionofjointsproducedinpressbuttbrazewelding AT ptašinskaâii roleofformingdeviceonstructureandphasecompositionofjointsproducedinpressbuttbrazewelding AT poluhinûv roleofformingdeviceonstructureandphasecompositionofjointsproducedinpressbuttbrazewelding |
| first_indexed |
2025-11-27T01:25:06Z |
| last_indexed |
2025-11-27T01:25:06Z |
| _version_ |
1850790782304256000 |
| fulltext |
УДК 621.791.762.1
СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК,
ПОЛУЧЕННЫХ ПРЕССОВОЙ СВАРКОПАЙКОЙ
С ФОРМИРУЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ
А. С. ПИСЬМЕННЫЙ, д-р техн. наук, А. С. ПРОКОФЬЕВ, А. А. ПИСЬМЕННЫЙ,
Д. П. НОВИКОВА, кандидаты техн. наук, Р. В. ЮХИМЕНКО, В. В. ПОЛУХИН,
И. И. ПТАШИНСКАЯ, Ю. В. ПОЛУХИН, инженеры
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Обобщены результаты оценки влияния формирующего устройства на свойства кольцевого стыкового шва, обра-
зующегося при сварке трубных заготовок прессовой стыковой сваркопайкой в твердой фазе. Исследовано расп-
ределение химических элементов и фазовый состав в металле сварного шва и прилегающей зоне.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварка, прессовая стыковая сварка
давлением, сваркопайка, осадка, деформирование, формиро-
вание, сварной шов, химический состав, распределение
элементов
В процессе прессовой сварки давлением в твердой
фазе с применением высокочастотного нагрева
формирование металла шва по всей длине сое-
динения происходит неравномерно, что выражено
в различной толщине шва. Причина неоднород-
ности главным образом обусловлена сложным ха-
рактером перемещения нагретых кромок в про-
цессе их пластической деформации при осадке,
в частности, неоднородностью нагрева кромок за-
готовки по сечению.
Образующиеся при этом периферийные гал-
тельные участки шва имеют большую ширину
закристаллизовавшейся прослойки шва в срав-
нении с внутренними участками шва, где вместо
металла шва наблюдаются лишь общие пророс-
шие зерна основного металла.
Встречающиеся отдельные видимые фрагмен-
ты закристаллизовавшейся прослойки шва имеют
размеры, соизмеримые с размерами зерна основ-
ного металла, а также наблюдается тенденция к
увеличению толщины шва при приближении к
галтельному участку [1–5].
В ИЭС им. Е. О. Патона для достижения од-
нородного по толщине сварного шва при форми-
ровании стыковых швов было предложено выпол-
нять прессовую сваркопайку труб в твердой фазе
с использованием формирующего устройства.
Такой процесс стыковой сваркопайки в твердой
фазе осуществляется следующим образом. На кром-
ки свариваемых деталей предварительно наносят
смесь припоев и активирующих веществ, зону шва
защищают посредством флюсов. После достиже-
ния кромками заготовок необходимой темпера-
туры, при которой происходит плавление акти-
вирующих веществ, нагрев прекращается. В этот
же момент над плоскостью шва располагается
формирующее устройство и осуществляется осад-
ка. Формирование валика шва происходит с по-
мощью кольцевого формирующего устройства
(рис. 1, зажимы и механизм осадки не показаны).
По описанной выше схеме способом сваркопайки
выполнены сварные швы на трубных образцах ди-
аметром 26 2,5 мм из стали 08кп (ГОСТ 1050–
74), для чего использовали установку П-137 УХЛ
4, предназначенную для сварки и пайки давлением
труб диаметром 21,3…60,0 мм, с номинальным
усилием осадки 4,5 кН.
© А. С. Письменный, А. С. Прокофьев, А. А. Письменный, Д. П. Новикова, Р. В. Юхименко, В. В. Полухин, И. И. Пташинская,
Ю. В. Полухин, 2010
Рис. 1. Схема процесса индукционной сварки и сваркопайки
труб с принудительным формированием шва: а, б — соответ-
ственно процесс нагрева и осадки; в — полученное сварное
соединение: 1, 4 — трубные заготовки; 2 — смесь материалов
для пайки и сварки; 3 — кольцевой индуктор; 5 — фор-
мирующее устройство; А — формующая поверхность
устройства; Б — поверхность валика шва
7/2010 25
Нагрев зоны соединения осуществляли гене-
ратором высокой частоты. Использовали преоб-
разователь ПВВ-100/8000 об/мин 8000; генератор
ГВВ-100/8000 частотой 8000 Гц; трансформатор
закалочный Т33-800 УХЛ 4.
Химические составы металла трубных загото-
вок, припоя и металла шва, на которых проводили
процесс сваркопайки, представлены в таблице.
При этом использовали припой на основе никеля
(около 67,298 % Ni), наносимый путем плазмен-
ного напыления перед проведением процесса
сваркопайки на торцы заготовок и их наружную
поверхность вблизи зоны соединения. При этом
использовали припой на основе никеля (около
76,298 % Ni), наносимый путем плазменного на-
пыления перед проведением процесса сварко-
пайки на торцы заготовок и их наружную повер-
хность вблизи зоны соединения.
Для исследования распределения основных хи-
мических элементов поперек сварного соединения
проводили микрорентгеноспектральный анализ на
приборе фирмы «Comebax» (модель SX-50). Ис-
следования проводили при перемещении микро-
зонда на расстояние 50 мкм (шаг 1,02 мкм).
На рис. 2, 3 представлены микрорентгеноспек-
трограммы распределения химических элементов
в поперечном сечении соединения с оптически
выявляемым участком шва шириной 2…7 мкм.
Исследование микроструктуры проводили в нес-
кольких точках, на фрагментах сварного шва, где
возможна визуализация невытесненной прослойки
закристаллизовавшейся твердожидкой фазы.
Анализ проведен в четырех точках по семи
основным химическим элементам. Измерена так-
же микротвердость полученных швов и основного
металла в околошовной зоне с помощью микрот-
вердомера М-400 фирмы «LEСO» при нагрузке
25 г. Непосредственно перед процессом сварки на
торцы трубных заготовок наносили порошкооб-
разный флюс — буру Na2B4O7 на связующем ве-
ществе.
Видно, что на закристаллизовавшихся участ-
ках металла шва основой является железо, доля
которого вследствие диффузии его из металла за-
готовок в шов превысила 45 %. Доля железа в
напыленном слое припоя составляла всего 3,7 %.
В момент прекращения нагрева в образовав-
шейся жидкой фазе в основном содержатся ком-
поненты напыленного слоя припоя. При смачи-
вании кромок основного металла жидкой фазой
доля никеля как компонента припоя уменьшилась
с 67,298 до 32,172 % в металле шва, хотя его доля
Распределение основных химических элементов в основном металле, нанесенном припое и на оптически выявленных
участках металла шва в сварных соединениях
Исследуемый участок Al Si Cr Mn Ni Fe Cu Остальное
Основной металл — 0,03 0,1 0,4 0,25 98,735 0,25 0,235
Нанесенный припой 2,673 2,359 14,012 0,26 67,298 3,736 0,374 9,287
Металл шва 0,381 1,691 16,772 0,339 32,172 45,688 0,439 2,516
Рис. 2. Распределение элементов Mn, Cu, Si, определенное в
первой (а) и второй (б) точке в поперечном сечении соеди-
нения с оптически выявляемым участком металла шва
Рис. 3. Распределение элементов Fe, Si, Cr (а) и Ni и Al (б) в
поперечном сечении соединения с оптически выявляемым
участком металла шва
26 7/2010
в основном металле заготовок составляет всего
0,25 %.
Таким образом, произошла взаимная диффузия
никеля из жидкой фазы в основной металл, и на-
оборот.
Известно, что глубина проникновения диффу-
зионных потоков в основной металл в сварных со-
единениях железа с никелем, выполненных в ваку-
уме 3⋅10–4 мм рт. ст. при температуре 1300±10 °С
и давлении 15 МПа, составляет примерно 20 мкм
за время сварки 10 мин [7].
Применение пластической деформации и вы-
сокая скорость процесса сваркопайки (скорость
деформации ε⋅ ≥ 100…120 с–1) [8] приводит к
уменьшению как толщины шва до 2…7 мкм
(рис. 2, 3), так и зоны диффузии в основном ме-
талле. В металле шва также увеличилась доля хро-
ма до 16,772 % (хотя первоначально его доля в
нанесенном припое составляла 14,012 %, а в ос-
новном металле — 0,1 %). Известно, что хром
образует жаропрочные сплавы, в частности, и сис-
темы Сr–Ni, которые в процессе сварки находятся
в зоне шва в твердожидком состоянии.
Температура проведения процесса сварки в
твердой фазе (800…950 oС) также способствует
образованию соединений хрома с углеродом,
кремнием и другими примесями, в частности, с
алюминием.
Доля марганца в металле шва составляет
0,339 %, что меньше чем в основном металле
(0,4 %). Еще меньше марганца в нанесенном при-
пое, где его доля составляет 0,26 %.
При нагреве и образовании жидкой фазы мар-
ганец активно взаимодействует с неметаллами —
примесями, в частности, с углеродом, азотом и
фосфором.
Данные таблицы свидетельствуют о снижении
доли примесей в металле шва по сравнению с
их наличием в нанесенном припое. Так, произош-
ло снижение доли кремния с 2,359 в нанесенном
припое до 1,691 % в металле шва, а доли алю-
миния с 2,673 до 0,381 % соответственно. Доля
остальных элементов, в том числе и примесей,
снизилась с 9,287 в нанесенном припое до 2,516 %
в металле шва.
При нагреве первоначально неметаллические
примеси с повышением температуры диссоцииру-
ют из соединений, где они находятся. В даль-
нейшем происходит их диффузия в жидкую фазу,
где они образуют новые соединения, в том числе
и с элементами-компонентами припоя, а также
увеличение их доли в составе жидкой фазы, вмес-
те с которой они вытесняются из зоны шва в про-
цессе осадки. Происходит возрастание доли меди
в металле шва. Так, количество меди в основном
металле заготовок составляет 0,25, в нанесенном
покрытии — 0,374, а в металле шва — 0,439 %.
По-видимому, тут имеет место диффузия меди
как из кромок основного металла, так и из на-
несенного покрытия в жидкую фазу, фрагменты
которой формируют линию сплавления.
Для определения сравнительных характерис-
тик металла шва и околошовной зоны выполнили
анализ микротвердости этих зон в образцах по
известным методикам [9–14]. Соответственно
микротвердость металла шва HV 0,25 —
1680…1810 МПа; основного металла HV 0,25 —
1680…1930 МПа; линии сплавления HV 0,25 —
1720…1790 МПа.
На основании полученных данных на рис. 4
представлена диаграмма распределения микрот-
вердости в сварном соединении. Разброс значений
микротвердости от средней измеренной микро-
твердости шва, равной HV 1805 МПа, достигает
7 %. Эти данные свидетельствуют о близости
прочностных свойств металла шва к свойствам
основного металла [15].
В металле шва и околошовной зоне элементов
активирующего вещества и участвующих в диф-
фузионных процессах в виде отдельных закалоч-
ных структур и хрупких фаз не обнаружено.
В короткий промежуток времени, при дости-
жении температуры плавления припоя и прекра-
щении нагрева перед проведением осадки акти-
визируются диффузионные процессы по границам
контактного соприкосновения фаз.
При осадке в формировании шва принимают
участие внутренние, наименее нагретые глубин-
ные слои основного металла, которые располо-
жены между срединным и внутренним диаметром
трубной заготовки.
Наружная поверхность шва защищена от воз-
действия окружающей среды формирующим ус-
тройством, а само формирование шва происходит
с термомеханическим воздействием в виде плас-
Рис. 4. Диаграмма распределения микротвердости в сварном
соединении: 1 — металл шва; 2 — основной металл; 3 —
линия сплавления
7/2010 27
тического деформирования с последующей крис-
таллизацией под давлением, приближающимся к
равномерному объемному напряженному состо-
янию, что дает более однородный состав металла
шва по всей его протяженности [19].
В сформировавшемся шве иногда по его длине
фрагментарно встречаются участки прослойки
шва, закристаллизовавшейся под давлением. Это
не полностью выдавленные, пластически дефор-
мированные остатки металла, бывшего в твердо-
жидком состоянии, и трансформированные в
тонкую прослойку шва (рис. 5).
Выводы
1. Применение формирующего устройства при-
водит к уменьшению толщины шва до 2…7 мкм
и уменьшению ширины диффузионной зоны по
сравнению с формированием шва в свободном
состоянии.
2. В металле шва и околошовной зоне зака-
лочных структур и хрупких фаз не обнаружено.
3. Следствием применения формирующего
устройства является гомогенизация и образование
однородного фазового состава металла шва и око-
лошовной зоны.
1. Лебедев В. К., Табелев В. Д., Письменный А. С. Стыковая
пайка под давлением стальных трубопроводов // Авто-
мат. сварка. — 1983. — № 9. — С. 25–27.
2. Высокотемпературная пайка труб для геологоразведоч-
ного бурения / В. К. Лебедев, В. Д. Табелев, А. С. Пись-
менный и др. // Там же. — 1989. — № 5. — С. 28–30.
3. Письменный А. С., Шинлов М. Е., Буженецкий А. И. При-
менение индукционной сваркопайки для соединения
труб нефтяного сортамента // Там же. — 1995. — № 12.
— С. 35–38.
4. Письменный А. С., Прокофьев А. С. Прессовая сварка
труб с применением активирующих веществ // Там же.
— 2002. — № 7. — С. 22–27.
5. Индукционная сваркопайка безарматурных тройниковых
соединений труб / А. С. Письменный, А. С. Прокофьев,
В. А. Бондарев, А. В. Бондарев // Там же. — 2001. —
№ 4. — С. 48–50.
6. Марочник сталей и сплавов: Справочник / Под ред. В. Г.
Сорокина. — М.: Машиностроение, 1989. — 640 с.
7. Лариков Л. Н., Рябов В. Р., Фальченко В. М. Диффузион-
ные процессы в твердой фазе при сварке. — М.: Маши-
ностроение, 1975. — 192 с.
8. Письменный А. С., Скачко Ю. Н. Высокочастотный наг-
рев. Нагрев металла при сварке давлением // Машиност-
роение. Т. III, IV. Технология сварки, пайки и резки /
Под ред. Б. Е. Патона. — М.: Машиностроение, 2006. —
С. 54–58.
9. Давиденков Н. Н., Беляев С. Е., Марковец М. П. Получе-
ние основных механических характеристик стали с по-
мощью измерений твердости // Зав. лаб. — 1945. —
№ 10. — С. 964–973.
10. Сичиков М. Ф., Захаров Б. П., Козлова Ю. В. Об опреде-
лении механических свойств стали без испытаний раз-
рывных образцов // Там же. — 1947. — № 12. —
С. 1463–1471.
11. Кучук-Яценко С. И., Казымов Б. И. Оптимальный терми-
ческий цикл при контактной стыковой сварке стали
12Х1МФ // Автомат. сварка. — 1967. — № 6. — С. 24–27.
12. Форостовец Б. А. Особенности структуры металла сое-
динений при сварке оплавлением // Там же. — 1972. —
№ 4. — С. 9–13.
13. Марковец М. П. Определение механических свойств ме-
талла по твердости. — М.: Машиностроение, 1979. —
191 с.
14. Гуляев А. П. К вопросу о механических свойствах конс-
трукционных сталей // Метал. и терм. обработка мате-
риалов. — 1989. — № 7. — С. 23–25.
15. Шмыков А. А. Справочник термиста. — М.: Машгиз,
1956. — 332 с.
The paper generalizes the results of assessment of the influence of a forming device on the properties of a circumferential
butt joint forming in welding of tubular billets. Chemical element distribution and phase composition were studied in
the metal of weld and HAZ forming during solid-state pressure butt braze-welding.
Поступила в редакцию 01.02.2010
Рис. 5. Микроструктура ( 320) участка сварного шва толщи-
ной до 3,5 мкм
28 7/2010
|