Мокрая подводная сварка низколегированных сталей повышенной прочности
Условия сварки непосредственно в водной среде в значительной степени ограничивают возможность получения
 качественных сварных соединений низколегированных сталей повышенной прочности. Это обусловлено тем, что
 механические свойства металла шва уступают свойствам основного металла, а...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102403 |
| 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: | Мокрая подводная сварка
 низколегированных сталей повышенной прочности / С.Ю. Максимов, И.В. Ляховая // Автоматическая сварка. — 2013. — № 08 (724). — С. 43-46. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860044458283761664 |
|---|---|
| author | Максимов, С.Ю. Ляховая, И.В. |
| author_facet | Максимов, С.Ю. Ляховая, И.В. |
| citation_txt | Мокрая подводная сварка
 низколегированных сталей повышенной прочности / С.Ю. Максимов, И.В. Ляховая // Автоматическая сварка. — 2013. — № 08 (724). — С. 43-46. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Условия сварки непосредственно в водной среде в значительной степени ограничивают возможность получения
качественных сварных соединений низколегированных сталей повышенной прочности. Это обусловлено тем, что
механические свойства металла шва уступают свойствам основного металла, а в зоне термического влияния (ЗТВ)
возможно появление холодных трещин. Исследование структуры металла шва показало, что в зависимости от
степени легирования участки швов, примыкающие к линии сплавления, могут иметь различные структуры переходных
составов. Полученные результаты позволили установить требования к составу наплавленного металла с позиции
предотвращения образования в ЗТВ хрупкой прослойки с повышенной твердостью, которая является местом зарождения холодных трещин. Сварные соединения из стали 17Г1С толщиной 14 и 40 мм, выполненные под водой
разработанными электродами со стержнями из высоколегированной стали, обеспечивают механические свойства
металла шва, соответствующие требованиям класса А Спецификации по подводной сварке AWS/ANSI D3.6, и
стойкость сварного соединения против образования трещин. Электроды могут быть использованы при ремонте и
строительстве металлоконструкций ответственного назначения, изготовленных из низколегированных сталей повышенной прочности толщиной до 40 мм. Библиогр. 8, рис. 6, табл. 1.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:57:21Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.75.(204.1)
МОКРАЯ ПОДВОДНАЯ СВАРКА НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ
СТАЛЕЙ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ
С. Ю. МАКСИМОВ, И. В. ЛЯХОВАЯ
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Условия сварки непосредственно в водной среде в значительной степени ограничивают возможность получения
качественных сварных соединений низколегированных сталей повышенной прочности. Это обусловлено тем, что
механические свойства металла шва уступают свойствам основного металла, а в зоне термического влияния (ЗТВ)
возможно появление холодных трещин. Исследование структуры металла шва показало, что в зависимости от
степени легирования участки швов, примыкающие к линии сплавления, могут иметь различные структуры переходных
составов. Полученные результаты позволили установить требования к составу наплавленного металла с позиции
предотвращения образования в ЗТВ хрупкой прослойки с повышенной твердостью, которая является местом за-
рождения холодных трещин. Сварные соединения из стали 17Г1С толщиной 14 и 40 мм, выполненные под водой
разработанными электродами со стержнями из высоколегированной стали, обеспечивают механические свойства
металла шва, соответствующие требованиям класса А Спецификации по подводной сварке AWS/ANSI D3.6, и
стойкость сварного соединения против образования трещин. Электроды могут быть использованы при ремонте и
строительстве металлоконструкций ответственного назначения, изготовленных из низколегированных сталей по-
вышенной прочности толщиной до 40 мм. Библиогр. 8, рис. 6, табл. 1.
К л ю ч е в ы е с л о в а : мокрая подводная сварка, низколегированные стали повышенной прочности, шов, структура,
химический состав, трещины, механические свойства
Мокрая сварка очень привлекательна благодаря
оперативности и простоте выполнения [1, 2]. Од-
нако она вызывает значительные трудности ме-
таллургического характера. Водородно-кислород-
ная атмосфера парогазового пузыря способствует
окислению легирующих элементов и насыщению
металла сварочной ванны водородом, а ускорен-
ное охлаждение окружающей водой приводит к
его фиксированию в металле шва и образованию
закалочных структур в металле ЗТВ [3]. В ре-
зультате существенно повышается риск образо-
вания холодных трещин, особенно при сварке низ-
колегированных сталей повышенной прочности
типа 17Г1С или Х60. Проблема может быть ре-
шена путем применения электродных материалов,
обеспечивающих образование аустенитной струк-
туры металла шва и тем самым уменьшающих
количество водорода, диффундирующего в ЗТВ
[4].
Предварительные опыты по сварке порошко-
вой проволокой с оболочкой из никелевой ленты
[5] с одной стороны подтвердили возможность
получения качественного сварного соединения на
низколегированной стали повышенной прочности
типа Х60 (без трещин в металле ЗТВ), а с другой
— выявили трудности обеспечения требуемого
уровня механических свойств металла сварного
шва. Большое количество водорода повышает
сопротивление металла шва пластической дефор-
мации и уменьшает предельные характеристики
его пластичности. Такой результат согласуется с
известной склонностью никеля к водородной
хрупкости [6]. Это явление становится более за-
метным при наличии в качестве примеси кисло-
рода и повышенной скорости охлаждения [6], что
характерно для условий сварки под водой. По мне-
нию авторов, присутствие в никеле кислорода об-
легчает межзеренное разрушение, которое в этом
случае происходит при меньших концентрациях
водорода, поскольку к давлению водорода добав-
ляется давление паров воды, образующихся при
восстановлении оксидов никеля. Трещины, воз-
никающие по границам зерен, приводят к разру-
шению образцов при испытании на растяжение
уже при незначительной деформации.
В связи с изложенным выше представляют ин-
терес результаты изучения водородной хрупкости
сплавов никеля с железом и хромом. Авторы ра-
боты [6] установили, что водородная хрупкость
сплавов никеля с железом и хромом уменьшается
с повышением содержания последних. Такой ха-
рактер влияния химического состава они связы-
вают с изменением электронного состояния спла-
вов. Поэтому применение для сварки под водой
электродных материалов, обеспечивающих полу-
чение металла шва на основе легирования Fe–
Ni–Cr, по нашему мнению может оказаться весьма
успешным. Однако в свое время электроды со
стержнем из нержавеющей стали [7] были приз-
наны неперспективными именно из-за опасности
образования трещин в металле шва вблизи линии
сплавления, что объяснили разбавлением элект-© С. Ю. Максимов, И. В. Ляховая, 2013
8/2013 43
родного металла основным металлом. Тем не
менее, авторы работы [8] сообщают о разработке
электродов со стержнем из проволоки Св-
10Х16Н25АМ6 для сварки под водой высокоп-
рочных сталей, обеспечивающих получение ка-
чественных сварных соединений с высокими ме-
ханическими свойствами и стойкими против об-
разования холодных трещин.
Целью данной работы было изучить структуру,
химический состав и механические свойства свар-
ных соединений из стали 17Г1С толщиной 14 и
40 мм, выполненных под водой электродами со
стержнями из высоколегированной стали, и выб-
рать состав металла шва, обеспечивающий его ме-
ханические свойства на уровне свойств основного
металла и стойкость сварного соединения против
образования трещин.
С учетом возможного разбавления металла шва
основным металлом на уровне 40 % для предва-
рительных опытов в качестве электродных стерж-
ней выбрали проволоки с эквивалентом хрома
Crэкв ≅ 21…33 % и эквивалентом никеля Niэкв ≅
≅ 19…32 %. Из этих стержней изготовили опыт-
ные электроды диаметром 4 мм с покрытием ру-
тил-флюоритного типа. Сварку стыковых образ-
цов выполняли водолазом-сварщиком в лабора-
торном бассейне на глубине 1 м на режимах: Iсв =
= 140…160 А, Uд = 26…28 В, постоянным током
обратной полярности. В качестве основного металла
использовали пластины толщиной 14 и 40 мм из ста-
ли типа 17Г1С (мас. %: 0,18 C, 0,36 Si, 1,67 Mn).
Спектральным анализом установлено, что в
корневых швах величина Crэкв. изменялась в пре-
делах 12,0…15,5 %, а Niэкв — 10,8…22,7 %. В
соответствии с положением полученных составов
на структурной диаграмме Шеффлера металл всех
швов является высоколегированным хромонике-
левым аустенитом. Однако участки швов, при-
мыкающие к линии сплавления, представлены на-
бором структур переходных составов. Из них на-
ибольший интерес и опасность представляют аус-
тенитно-мартенситные и мартенситные прослой-
ки ввиду их повышенной твердости и хрупкости
и возможности возникновения в них трещин при
сварке или в условиях эксплуатации. Ширина и
протяженность этих прослоек, а также значения
их твердости зависят с одной стороны от степени
легирования металла швов (запаса аустенитнос-
ти), а с другой — степени проплавления основ-
ного металла, т. е. от изменения состава шва при
перемешивании основного (перлитного) и наплав-
ленного металла (аустенитного).
Металлографические исследования выявили
разнообразие структур узкой зоны металла шва,
прилегающей к линии сплавления. Условно мож-
но выделить четыре типа структур:
так называемая перистая структура, образуе-
мая металлом шва, затекшим между оплавленны-
ми зернами основного металла (рис. 1, а);
участки с четко выявляемой линией сплавле-
ния. Для них характерно отсутствие переходной
зоны. Структура металла шва резко отличается
от структуры основного металла (рис. 1, б);
так называемые затеки («языки») (рис. 1, в)
основного нерасплавившегося металла, вклинива-
ющиеся в шов и зачастую также отличающиеся
Рис. 1. Микроструктуры (×650) участков зоны сплавления с перистой структурой (а), с явно выраженной линией сплавления
(б), с затеканием основного металла (в) и с параллельной границей (г)
44 8/2013
повышенной твердостью. Появление этих струк-
тур связано с перемешиванием основного металла
под непосредственным воздействием сварочной
дуги. Чем менее устойчив режим сварки, тем боль-
ше может быть доля этих включений;
структура с наличием со стороны металла шва
так называемой параллельной границы (рис. 1,
г), когда между основным металлом и металлом
шва располагается тонкая прослойка с повышен-
ной твердостью. Примерный график распределе-
ния микротвердости при наличии такой прослой-
ки представлен на рис. 2.
Зависимости между химическим составом ме-
талла шва, расположением шва в многослойном
соединении и типом структуры не выявлено. На-
иболее опасной является структура с параллель-
ной границей, в которой при высокой твердости
возможно образование холодных трещин. Особен-
но это характерно для корневых швов. В заклю-
чительных швах твердость таких структур зна-
чительно ниже даже при меньшем количестве ле-
гирующих элементов.
Для определения условий предотвращения об-
разования в металле шва хрупкой прослойки чис-
ленным методом исследовали влияние степени ле-
гирования на долю образующегося мартенсита.
Для этого имитировали легирование металла шва
никелем в пределах 12…25 % и хромом в пре-
делах 11…15 %. Результаты вычислений (рис. 3)
показали, что для минимизации доли мартенсита,
который образовывается в прослойке металла шва
близ линии сплавления в условиях сварки под
водой, никелевый и хромовый эквиваленты пос-
леднего должны лежать выше линии на диаграмме
состояния, параллельной линии, разделяющей об-
ласти с аустенитной и аустенитно-мартенситной
структурой, и проходящей через точку с коор-
динатами Niэкв. = 24,2 % и Crэкв. = 14,3 %. При
Рис. 2. Распределение микротвердости при наличии мартен-
ситной прослойки
Рис. 3. Влияние легирования аустенитного металла шва на
долю мартенсита в прослойке
Рис. 4. Параллельная граница с прослойкой низкой твердости
(×650)
Рис. 5. Макрошлифы сварных соединений толщиной 14 (а) и
40 мм (б)
8/2013 45
этих условиях твердость прослойки находится на
уровне твердости окружающего металла (рис. 4).
Исходя из установленных требований к хими-
ческому составу металла шва разработали электроды
со стержнями из проволоки Св-10Х16Н25АМ6 и до-
полнительным легированием через покрытие. Для
определения механических свойств сваривали
стыковые образцы толщиной 14 и 40 мм с V-
образной разделкой кромок. Испытания проводи-
ли в соответствии с требованиями класса А Спе-
цификации по подводной сварке AWS/ANSI D3.6.
Полученные результаты представлены в таблице.
Макрошлифы, вырезанные из сварных образцов,
представлены на рис. 5.
Металлографические исследования макрошли-
фов пробы Теккен, выполненной разработанными
электродами, показали отсутствие трещин в свар-
ном соединении (рис. 6).
Таким образом, применение разработанных
электродов с системой легирования Cr–Ni–Mn
обеспечивает получение под водой сварных со-
единений низколегированных сталей повышенной
прочности без трещин в металле ЗТВ и с меха-
ническими свойствами, удовлетворяющими тре-
бованиям класса A Спецификации по подводной
сварке AWS/ANSI D3.6.
В заключение следует отметить, что при мок-
рой подводной сварке низколегированных сталей
повышенной прочности в результате проведенных
исследований было установлено:
— вблизи линии сплавления со стороны ме-
талла шва в результате перемешивания с основ-
ным металлом образуются хрупкие прослойки с
повышенной твердостью (до 4500 МПа), склон-
ные к образованию холодных трещин;
— с позиций предотвращения образования тре-
щин необходимый и достаточный диапазон ле-
гирования совместно хромом и никелем должен
определяться следующими величинами: Cэкв =
= 17,5…23 %, Niэкв = 18…28 %;
— механические свойства сварных соединений
толщиной 14 и 40 мм, выполненные разработан-
ными электродами, соответствуют требованиям
класса A Спецификации по подводной сварке
AWS/ANSI D3.6.
1. McKeown D., Abson D. Wet welding repairs // Shipping World
and Shipbuilder. — 2006. — 207, № 5. — P. 24–26, 28.
2. Rowe M., Liu S. Recent developments in underwater wet
welding // Sci. and Technology of Welding & Joining. —
2001. — 6, № 6. — P. 387–396.
3. Dariusz F., Grzegorz R. Effect of shielded-electrode wet
welding conditions on diffusion hydrogen content in deposi-
ted metal // Welding International. 2011. — 25, № 3. —
P. 166–171.
4. Arc welding with austenitic filler metal for underwater appli-
cation / J. Bartzsch, S. Daniel, B. Bouaifi, U. Draugelates //
OMAE 1997 — 16th Intern. conf. on Offshore Mechanics
and Arctic Engin. — Yokohama, Japan. — 13–17 Apr.,
1997. — P. 243–250.
5. Оценка влияния условий подводной сварки на формиро-
вание сварного соединения стали типа Х70 / С. Ю. Мак-
симов, И. М. Савич, С. М. Захаров и др. // Автомат. свар-
ка. — 2003. — № 4. — С. 19–22.
6. Мороз Л. С., Чечулин Б. Б. Водородная хрупкость метал-
лов. — М.: Металлургия, 1967. — 255 с.
7. Bailey N. Welding under water — a metallurgical appraisal
// First Intern. Offshore and Polar Engin. conf. — Edinburg,
UK, 11–16 Aug., 1991. — P. 331–338.
8. Масленников П. С., Руссо В. Л. Новые электроды для
подводной сварки // Свароч. пр-во. — 2000. — № 11. —
С. 26–27.
Поступила в редакцию 28.05.2013
Рис. 6. Макрошлиф технологической пробы Теккен
Механические свойства металла шва и основного металла
Материал σ0,2, МПа σв, МПа δ, % ψ, % KCV–20, Дж/см2 Угол загиба, град, R = 2t
Шов, 14 мм ≥ 410 ≥ 620 ≥ 32 ≥ 38 ≥ 108 180
Шов, 40 мм ≥ 460 ≥ 600 ≥ 29 ≥ 47 ≥ 105 180
Сталь 17Г1С 340 510 23 — — —
46 8/2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102403 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:57:21Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Максимов, С.Ю. Ляховая, И.В. 2016-06-11T20:40:39Z 2016-06-11T20:40:39Z 2013 Мокрая подводная сварка
 низколегированных сталей повышенной прочности / С.Ю. Максимов, И.В. Ляховая // Автоматическая сварка. — 2013. — № 08 (724). — С. 43-46. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102403 621.791.75.(204.1) Условия сварки непосредственно в водной среде в значительной степени ограничивают возможность получения
 качественных сварных соединений низколегированных сталей повышенной прочности. Это обусловлено тем, что
 механические свойства металла шва уступают свойствам основного металла, а в зоне термического влияния (ЗТВ)
 возможно появление холодных трещин. Исследование структуры металла шва показало, что в зависимости от
 степени легирования участки швов, примыкающие к линии сплавления, могут иметь различные структуры переходных
 составов. Полученные результаты позволили установить требования к составу наплавленного металла с позиции
 предотвращения образования в ЗТВ хрупкой прослойки с повышенной твердостью, которая является местом зарождения холодных трещин. Сварные соединения из стали 17Г1С толщиной 14 и 40 мм, выполненные под водой
 разработанными электродами со стержнями из высоколегированной стали, обеспечивают механические свойства
 металла шва, соответствующие требованиям класса А Спецификации по подводной сварке AWS/ANSI D3.6, и
 стойкость сварного соединения против образования трещин. Электроды могут быть использованы при ремонте и
 строительстве металлоконструкций ответственного назначения, изготовленных из низколегированных сталей повышенной прочности толщиной до 40 мм. Библиогр. 8, рис. 6, табл. 1. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Мокрая подводная сварка низколегированных сталей повышенной прочности Wet underwater welding of low-alloy steels of increased strength Article published earlier |
| spellingShingle | Мокрая подводная сварка низколегированных сталей повышенной прочности Максимов, С.Ю. Ляховая, И.В. Производственный раздел |
| title | Мокрая подводная сварка низколегированных сталей повышенной прочности |
| title_alt | Wet underwater welding of low-alloy steels of increased strength |
| title_full | Мокрая подводная сварка низколегированных сталей повышенной прочности |
| title_fullStr | Мокрая подводная сварка низколегированных сталей повышенной прочности |
| title_full_unstemmed | Мокрая подводная сварка низколегированных сталей повышенной прочности |
| title_short | Мокрая подводная сварка низколегированных сталей повышенной прочности |
| title_sort | мокрая подводная сварка низколегированных сталей повышенной прочности |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102403 |
| work_keys_str_mv | AT maksimovsû mokraâpodvodnaâsvarkanizkolegirovannyhstaleipovyšennoipročnosti AT lâhovaâiv mokraâpodvodnaâsvarkanizkolegirovannyhstaleipovyšennoipročnosti AT maksimovsû wetunderwaterweldingoflowalloysteelsofincreasedstrength AT lâhovaâiv wetunderwaterweldingoflowalloysteelsofincreasedstrength |