Исследование химического состава и структуры металла швов типа Х20Н9Г2Б, полученных при мокрой подводной сварке
Приведены результаты исследования изменений химического состава и структуры металла шва при мокрой дуговой подводной сварке стали 12Х18Н10Т покрытыми электродами. Показано, что в отличие от сварки на воздухе в металле швов при подводной сварке повышается содержание кислорода и водорода при одновре...
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102157 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование химического состава и структуры металла швов типа Х20Н9Г2Б, полученных при мокрой подводной сварке / К А. Ющенко, А.В. Булат, Н.Ю. Каховский, В.И. Самойленко, С.Ю. Максимов, С.Г. Григоренко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 6-7 (733). — С. 139-142. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102157 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1021572025-02-09T20:20:24Z Исследование химического состава и структуры металла швов типа Х20Н9Г2Б, полученных при мокрой подводной сварке Study of chemical composition and structure of weld metal of Kh20N9G2B type produced by wet underwater welding Ющенко, К А. Булат ., А.В. Каховский, Н.Ю. Самойленко, В.И. Максимов, С.Ю. Григоренко, С.Г Материалы для ручной дуговой сварки Приведены результаты исследования изменений химического состава и структуры металла шва при мокрой дуговой подводной сварке стали 12Х18Н10Т покрытыми электродами. Показано, что в отличие от сварки на воздухе в металле швов при подводной сварке повышается содержание кислорода и водорода при одновременном снижении количества элементов-ферритизаторов. При этом структура металла шва характеризуется наличием преимущественно столбчатых кристаллитов, пониженной долей зернограничного δ-феррита и повышенной объемной долей оксидных неметаллических включений, количество которых с дисперсностью 0,10…1,25 мкм возрастает в 1,5…2 раза. 2014 Article Исследование химического состава и структуры металла швов типа Х20Н9Г2Б, полученных при мокрой подводной сварке / К А. Ющенко, А.В. Булат, Н.Ю. Каховский, В.И. Самойленко, С.Ю. Максимов, С.Г. Григоренко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 6-7 (733). — С. 139-142. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102157 621.791.947.5(204.1) ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Материалы для ручной дуговой сварки Материалы для ручной дуговой сварки |
| spellingShingle |
Материалы для ручной дуговой сварки Материалы для ручной дуговой сварки Ющенко, К А. Булат ., А.В. Каховский, Н.Ю. Самойленко, В.И. Максимов, С.Ю. Григоренко, С.Г Исследование химического состава и структуры металла швов типа Х20Н9Г2Б, полученных при мокрой подводной сварке Автоматическая сварка |
| description |
Приведены результаты исследования изменений химического состава и структуры металла шва при мокрой дуговой
подводной сварке стали 12Х18Н10Т покрытыми электродами. Показано, что в отличие от сварки на воздухе в
металле швов при подводной сварке повышается содержание кислорода и водорода при одновременном снижении
количества элементов-ферритизаторов. При этом структура металла шва характеризуется наличием преимущественно
столбчатых кристаллитов, пониженной долей зернограничного δ-феррита и повышенной объемной долей оксидных
неметаллических включений, количество которых с дисперсностью 0,10…1,25 мкм возрастает в 1,5…2 раза. |
| format |
Article |
| author |
Ющенко, К А. Булат ., А.В. Каховский, Н.Ю. Самойленко, В.И. Максимов, С.Ю. Григоренко, С.Г |
| author_facet |
Ющенко, К А. Булат ., А.В. Каховский, Н.Ю. Самойленко, В.И. Максимов, С.Ю. Григоренко, С.Г |
| author_sort |
Ющенко, К А. |
| title |
Исследование химического состава и структуры металла швов типа Х20Н9Г2Б, полученных при мокрой подводной сварке |
| title_short |
Исследование химического состава и структуры металла швов типа Х20Н9Г2Б, полученных при мокрой подводной сварке |
| title_full |
Исследование химического состава и структуры металла швов типа Х20Н9Г2Б, полученных при мокрой подводной сварке |
| title_fullStr |
Исследование химического состава и структуры металла швов типа Х20Н9Г2Б, полученных при мокрой подводной сварке |
| title_full_unstemmed |
Исследование химического состава и структуры металла швов типа Х20Н9Г2Б, полученных при мокрой подводной сварке |
| title_sort |
исследование химического состава и структуры металла швов типа х20н9г2б, полученных при мокрой подводной сварке |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Материалы для ручной дуговой сварки |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102157 |
| citation_txt |
Исследование химического состава и структуры металла швов типа Х20Н9Г2Б, полученных при мокрой подводной сварке / К А. Ющенко, А.В. Булат, Н.Ю. Каховский, В.И. Самойленко, С.Ю. Максимов, С.Г. Григоренко // Автоматическая сварка. — 2014. — № 6-7 (733). — С. 139-142. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT ûŝenkoka issledovaniehimičeskogosostavaistrukturymetallašvovtipah20n9g2bpolučennyhprimokroipodvodnoisvarke AT bulatav issledovaniehimičeskogosostavaistrukturymetallašvovtipah20n9g2bpolučennyhprimokroipodvodnoisvarke AT kahovskiinû issledovaniehimičeskogosostavaistrukturymetallašvovtipah20n9g2bpolučennyhprimokroipodvodnoisvarke AT samoilenkovi issledovaniehimičeskogosostavaistrukturymetallašvovtipah20n9g2bpolučennyhprimokroipodvodnoisvarke AT maksimovsû issledovaniehimičeskogosostavaistrukturymetallašvovtipah20n9g2bpolučennyhprimokroipodvodnoisvarke AT grigorenkosg issledovaniehimičeskogosostavaistrukturymetallašvovtipah20n9g2bpolučennyhprimokroipodvodnoisvarke AT ûŝenkoka studyofchemicalcompositionandstructureofweldmetalofkh20n9g2btypeproducedbywetunderwaterwelding AT bulatav studyofchemicalcompositionandstructureofweldmetalofkh20n9g2btypeproducedbywetunderwaterwelding AT kahovskiinû studyofchemicalcompositionandstructureofweldmetalofkh20n9g2btypeproducedbywetunderwaterwelding AT samoilenkovi studyofchemicalcompositionandstructureofweldmetalofkh20n9g2btypeproducedbywetunderwaterwelding AT maksimovsû studyofchemicalcompositionandstructureofweldmetalofkh20n9g2btypeproducedbywetunderwaterwelding AT grigorenkosg studyofchemicalcompositionandstructureofweldmetalofkh20n9g2btypeproducedbywetunderwaterwelding |
| first_indexed |
2025-11-30T10:34:37Z |
| last_indexed |
2025-11-30T10:34:37Z |
| _version_ |
1850211179428839424 |
| fulltext |
1396-7/2014
Материалы для ручной дуговой сварки
УДК 621.791.947.5(204.1)
исслеДОвание химичесКОГО сОстава
и стрУКтУры металла ШвОв типа х20н9Г2б,
пОлУченных при мОКрОй пОДвОДнОй сварКе
К. А. ЮЩЕНКО, А. В. БУЛАТ, Н. Ю. КАХОВСКИЙ, В. И. САМОЙЛЕНКО,
С. Ю. МАКСИМОВ, С. Г. ГРИГОРЕНКО
иэс им. е. О. патона нанУ. 03680, г. Киев-150, ул. боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
приведены результаты исследования изменений химического состава и структуры металла шва при мокрой дуговой
подводной сварке стали 12х18н10т покрытыми электродами. показано, что в отличие от сварки на воздухе в
металле швов при подводной сварке повышается содержание кислорода и водорода при одновременном снижении
количества элементов-ферритизаторов. при этом структура металла шва характеризуется наличием преимущественно
столбчатых кристаллитов, пониженной долей зернограничного δ-феррита и повышенной объемной долей оксидных
неметаллических включений, количество которых с дисперсностью 0,10…1,25 мкм возрастает в 1,5…2 раза. библиогр.
14, табл. 4, рис. 2.
К л ю ч е в ы е с л о в а : мокрая дуговая подводная сварка, сталь 12Х18Н10Т, покрытые электроды, металл шва, хи-
мический состав, структура, неметаллические включения
электродуговая подводная сварка покрытыми элек-
тродами в течение почти 80-ти лет приме- няется
для ремонтно-восстановительных работ на кора-
блях и гидротехнических сооружениях различного на-
значения из низкоуглеродистых и низколегированных
сталей [1–4]. ее особенности исследованы достаточ-
но полно [5–9], что позволило создать эффективные
технологии и специализированные сварочные мате-
риалы [10–13].
в последние годы стала актуальной задача усо-
вершенствования технологии ремонта повреж-
дений облицовки из стали 12х18н10т железо-
бетонных бассейнов для хранения отработавших
свой ресурс тепловыделяющих элементов аэс.
Для ее решения предполагается исключить опе-
рации откачки воды и дезактивации бассейнов, а
ремонт повреждений осуществлять методом мо-
крой подводной электродуговой сварки покры-
тыми электродами (далее по тексту — подводная
сварка). Однако особенности подводной сварки
стали 12х18н10т недостаточно изучены, к тому
же до сих пор не созданы электроды специального
назначения.
на предварительном этапе разработки таких
электродов предстояло изучить влияние условий
сварки на химический состав и структуру свар-
ных швов. Для этого были изготовлены экспе-
риментальные электроды типа э-08х20н9Г2б
диаметром 3 мм, характеристики которых приве-
дены в табл. 1. Дополнительно отметим, что для
ограничения окисляющего воздействия углекис-
лого газа, а также науглероживания металла шва
содержание мрамора в покрытиях ограничили
16 %. Кроме того, для оценки возможности экра-
нирования капель электродного металла от пря-
мого окисляющего и наводораживающего воз-
© К. а. Ющенко, а. в. булат, н. Ю. Каховский, в. и. самойленко, с. Ю. максимов, с. Г. Григоренко, 2014
Т а б л и ц а 1 . Характеристики экспериментальных электродов и режимы сварки
Условное
обозначение
электродов
характеристики экспериментальных электродов* Условия и режим сварки
номер
образца
(шлифа)
суммарное содер-
жание CaF2 и tiO2
в покрытии **, %
соотношение
CaF2 и tiO2
в покрытии
Диаметр
электрода, мм среда ,ñð
ñâ
I а ,ñð
ä
U в
К-1 56 1:2 1,6
воздух 118,8 24,3 1
вода 115,7 26,3 4
К-2 56 3:1 1,6
воздух 119,3 24,2 2
вода 111,3 27,4 5
К-3 56 3:1 1,8
воздух 113,4 25,5 3
вода 108,5 28,5 6
* в качестве электродных стержней использовали сварочную проволоку диаметром 3 мм из стали св-04х19н9 (ER304).
** содержание остальных компонентов покрытия всех экспериментальных электродов было одинаковым.
140 6-7/2014
Конференция «Сварочные материалы»
действия воды были изготовлены электроды К-3,
отличающиеся от электродов К-2 только диаме-
тром покрытия.
электродами К-1–К-3 на постоянном токе об-
ратной полярности от инвертора «Kemppi Ps-
500» при одинаковых установках режима сварки
были выполнены жесткие стыковые соединения
пластин из стали 12х18н10т (321) на воздухе и
под водой на глубине около 0,5 м. аналогичным
образом были получены однослойные наплавки
на пластины из той же стали. при этом с помо-
щью анализатора сварочных процессов асп-19
определяли электрические характеристики горе-
ния дуги — среднестатистические значения па-
раметров ,ñð
ñâ
I и ,ñð
ä
U Образцы № 1–6 (шлифы) вы-
резали из соответствующих сварных соединений
и наплавок. содержание легирующих элементов
в швах (в их средней части) определяли методом
эмиссионного спектрального анализа с исполь-
зованием спектрометра ДФс-36 фирмы лОмО,
а кислорода и водорода — методом восстанови-
тельного плавления в потоке газа-носителя ци-
линдрических образцов (вырезанных из централь-
ных участков швов) на установках RO-316 и RH-3
фирмы LECO. полученные результаты приведены
в табл. 2.
Для исследования структуры сварных швов
и Зтв, а также фотографирования неметалличе-
ских включений (нв) использовали микроскоп
«Neophot-32», оснащенный цифровой фотокаме-
рой «Olympus». Долю ферритной фазы опреде-
ляли ферритометром «Ferritgehaltmesser 1.053».
при этом микроструктуру металла шва и Зтв вы-
являли методом электролитического травления в
20 %-м водном растворе сернокислого аммония.
результаты исследования структуры швов обоб-
щены в табл. 3.
Для измерения твердости по виккерсу (нагруз-
ка 100 г) металла шва использовали твердомер
м-400 фирмы LECO, а твердость по роквеллу (на-
грузка 60 г) металла шва, Зтв и основного метал-
ла определяли твердомером тК-2м. полученные
результаты приведены в табл. 4.
согласно полученным данным (см. табл.1)
увеличение в электродном покрытии соотноше-
ния CaF2/tiO2 как при сварке под водой, так и на
воздухе приводит к снижению в металле шва со-
держания кислорода и водорода, что обусловле-
но повышением в атмосфере дуги парциального
давления фторидов, снижением количества кис-
Т а б л и ц а 2 . Химический состав металла сварных швов
номер
образца
содержание, мас.%
Cr Ni Mn Nb si O H
1 21,3 10,8 2,0 1,0 1,2 0,059 0,0027
4 20,0 10,8 1,5 0,9 0,9 0,071 0,0047
2 21,2 10,6 2,5 1,0 1,2 0,044 0,0019
5 21,0 10,9 2,0 0,7 0,8 0,061 0,0040
3 21,2 9,7 2,4 1,0 1,3 0,049 0,0014
6 21,4 10,4 2,3 0,9 1,0 0,066 0,0029
Т а б л и ц а 3 . Характеристики структуры металла швов и ЗТВ
номер
образца
металл шва металл Зтв
средний диаметр
γ-ячеек, мкм
Дендритный
параметр, мкм Доля δ-феррита, % Объемная доля
нв*, % балл зерна Доля δ-феррита,
%
1 10 10…12 5,2…8,0 0,22 5 1,5…2,0
4 10 15…25 5…6 0,42 6 1,0…1,5
2 5…7 7…10 9,0…10,5 0,13 6 1,0…1,5
5 5…7 20…25 8…9 0,29 6 1,0…2,0
3 5…7 10…12 9…12 0,19 5 1,0…1,5
6 5…7 15…20 8…11 0,33 6 1,5…2,0
* Объемную долю и дисперсность нв определяли путем обработки результатов их фотографирования с помощью компью-
терного обеспечения ImigePro.
Т а б л и ц а 4 . Твердость металла швов, ЗТВ и основного
металла
номер
образ-
ца
HV0,1, мпа HRA HRA
металл шва Зтв Основной
металл
1 2100...2130
2110
53,0...55,0
54,1
52,5...54,5
53,5
50,5...54,5
52,6
4 2130...2180
2146
52,5...55,0
53,8
53,0...54,0
53,5
49,0...53,0
50,3
2 2190...2210
2203
52,0...54,0
53,2
53,0...53,5
53,2
49,0...53,0
50,6
5 2190...2360
2253
53,5...54,0
53,8
54,0...56,0
54,8
51,0...52,5
51,5
3 2100...2210
2136
55,0...55,5
55,1
53,0...55,0
54,0
51,0...54,0
52,6
6 2180...2300
2253
54,0...56,0
54,8
53,0...55,5
54,5
51,0...53,0
52,0
1416-7/2014
Материалы для ручной дуговой сварки
лорода и связыванием водорода во фтороводо-
род. при прочих равных условия увеличение ди-
аметра электродного покрытия (электроды К-2 и
К-3) вызывает повышение содержания кислорода
и снижение содержания водорода в металле шва.
такое положение можно объяснить тем, что элек-
тродное покрытие и образующийся шлак в любом
случае оказывают на металл шва окисляющее воз-
действие. поэтому увеличение количества пере-
плавляемого покрытия (шлака) при неизменном
количестве расплавляемого металла приводит к
повышению в нем содержания кислорода [14].
Кроме того, в условиях подводной сварки уве-
личение диаметра электродного покрытия улуч-
шает защиту расплавленного металла от доступа
воды: на стадии капли — за счет увеличения глу-
бины втулочки из оплавленного покрытия на тор-
це электрода (экранирования), а на стадии ванны
— возрастающего количества шлака. в результате
суммарного воздействия этих факторов содержа-
ние водорода в металле шва снижается.
насыщение расплавленного металла кислоро-
дом при подводной сварке и его взаимодействие
с элементами-раскислителями приводит к уве-
личению в металле шва объемной доли нв (см.
табл. 3). при этом увеличивается количество нв
размером от 0,50 до 1,25 мкм (рис. 1). Количество
нв размером более 1,25 мкм во всех исследован-
ных образцах практически не изменялось и со-
ставляло 8…10 % их общего количества, а объем-
ная доля нв размером 4,7…10,0 мкм оставалась в
пределах 53…67 % всего объема нв.
результаты исследования структуры (см.
табл. 3) показали, что в швах, выполненных под
водой (шлифы № 4–6), по сравнению с получен-
ными на воздухе (№ 1–3) доля зернограничного
δ-феррита сокращается. по нашему мнению, это
обусловлено окислением элементов-ферритизато-
ров (кремния, ниобия и хрома), обладающих бо-
лее высоким средством к кислороду, чем никель
и железо. характерной особенностью швов, вы-
полненных под водой, является доминирование
в их структуре столбчатых кристаллитов (рис. 2,
а), тогда как для швов, полученных на воздухе, —
преобладание ячеистых кристаллитов (рис. 2, б).
при этом в случае сварки под водой почти в 1,5…2
раза возрастает дендритный параметр (см. табл. 3)
при неизменном размере аустенитных ячеек, что
свидетельствует о развитии дендритных осей вто-
рого порядка и расширении температурного интер-
вала кристаллизации металла шва. при применении
всех экспериментальных электродов доля δ-феррита
рис. 1. влияние условий сварки на воздухе (светлые столби-
ки) и в воде (темные) на количество нв в сварных швах, вы-
полненных электродами К-1 (а), К-2 (б), К-3 (в)
рис. 2. микроструктура (×200) металла сварного шва, выпол-
ненного под водой (а) и на воздухе (б)
142 6-7/2014
Конференция «Сварочные материалы»
и балл аустенитного зерна оставались постоянными
независимо от условий сварки (см. табл. 3).
согласно результатам измерения твердости по
виккерсу металла шва (см. табл. 4) у образцов,
сваренных под водой (№ 4–6), твердость несколь-
ко выше, чем у выполненных на воздухе (№ 1–3).
Однако измерения твердости по роквеллу таких
изменений не подтвердили и показали, что на всех
исследованных образцах HRA минимальная в ос-
новном металле и выше в Зтв и металле шва, при
этом значения твердости в Зтв и металле шва
практически не отличаются. такое повышение
твердости по сравнению с основным металлом,
скорее всего, обусловлено локализацией пласти-
ческой деформации в процессе сварки в этих зо-
нах соединения.
Выводы
1. при прочих равных условиях характерными осо-
бенностями сварных швов, выполненных под водой,
по сравнению с полученными на воздухе являют-
ся более высокое содержание в них кислорода (в
1,2…1,4 раза) и водорода (в 1,7…2,1 раза); понижен-
ное содержание элементов-ферритизаторов (крем-
ния, ниобия, хрома); повышенная в 1,7…2,2 раза
объемная доля и количество оксидных нв; преобла-
дание в их структуре столбчатых кристаллитов при
более низкой доле зернограничного δ-феррита.
2. Увеличение в электродном покрытии соотно-
шения CaF2 и tiO2, а также диаметра электрода в ус-
ловиях подводной сварки позволяет приблизительно
в 1,5 раза снизить содержание водорода в металле
шва, что можно объяснить повышением в атмосфе-
ре дуги парциального давления фторидов и экрани-
рованием расплавленного металла от воздействия
воды втулочкой из покрытия с возросшим количе-
ством образующегося шлака.
3. Как при сварке под водой, так и на воздухе
увеличение диаметра электродного покрытия по-
вышает концентрацию кислорода в металле шва,
что обусловлено ростом окисляющего воздействия
на расплавленный металл электродного покрытия и
шлака.
1. Хренов К. К., Ярхо В. И. технология дуговой элект-
росварки. – м.-л.: машиностроение, 1940. – 408 с.
2. Хренов К. К. подводная электрическая сварка и резка
металлов. – м.: военное изд-во министерства вс ссср,
1946. – 160 с.
3. Авилов Т. И. исследование процесса дуговой сварки под
водой // свароч. пр-во. – 1958. – № 5. – с. 12–14.
4. Савич И. М., Смолярко В. Б., Камышев М. А. технология
и оборудование для полуавтоматической подводной
сварки металлоконструкций // нефтепромысл. стр-во. –
1976. – № 1. – с. 10-11.
5. Мадатов Н. М. О свойствах парогазового пузыря вокруг
дуги при сварке под водой // автомат. сварка. – 1965. –
№ 12. – с. 25–29.
6. Kononenko V. Ya. technologies of underwater welding and
cutting. – Kiev: PWI, 2006. – 174 p.
7. Reynolds T. J. service history of wet welded repairs and
modifications // Proc. of Intern. Workshop on state-of-the-
Art science and Reliability of Underwater Welding and
Inspection technology (Houston, UsA, Nov. 17–19, 2010).
– P. 31–64.
8. Логунов К. В. подводная сварка и резка металлов. – спб:
Коста, 2003. – 152 с.
9. Кононенко В. Я. подводная сварка и резка. – Киев: эко-
технология, 2011. – 264 с.
10. Савич И. М. подводная сварка порошковой проволокой //
автомат. сварка. – 1969. – № 10. – с. 70–71.
11. Максимов С. Ю. новые электроды для мокрой сварки
под водой во всех пространственных положениях //
состояние и перспектив развития сварочных материалов
в странах снГ: сб. докл. 1-й междунар. конф. стран
снГ. – Краснодар-м., 1998. – с. 125–128.
12. А. с. 1540992 СССР. МКИ В 23 К35/365. состав
электродного покрытия для ручной дуговой сварки /
в. в. мурзин, в. т. мурзин, в. л. руссо, в. р. евсеев. –
Опубл. 1990.
13. А. с. 15497706 СССР. МКИ В 23 К35/365. электрод для
ручной дуговой сварки / в. в. мурзин, в. л. руссо, в. р.
евсеев, Ю. а. Узилевский. – Опубл. 1989.
14. Походня И. К. Газы в сварных швах. – м.: машино-
строение, 1972. – 256 с.
поступила в редакцию 24.03.2014
|