Оптимизация химического состава и структуры металла ремонтных швов при исправлении дефектов в сварных соединениях труб с примене- нием многослойной сварки
Исследованы структура и свойства металла ремонтных швов, выполняемых многопроходной сваркой при исправлении дефектов в швах газо-нефтепроводных труб. Определены изменения химического состава и ударной вязкости при отрицательных температурах, а также особенности структурных характеристик металла от...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103145 |
| 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: | Оптимизация химического состава и структуры металла ремонтных швов при исправлении дефектов в сварных соединениях труб с применением многослойной сварки / А.А. Рыбаков, Т.Н. Филипчук, Ю.В. Демченко // Автоматическая сварка. — 2013. — № 12 (727). — С. 24-30. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859665787215675392 |
|---|---|
| author | Рыбаков, А.А. Филипчук, Т.Н. Демченко, Ю.В. |
| author_facet | Рыбаков, А.А. Филипчук, Т.Н. Демченко, Ю.В. |
| citation_txt | Оптимизация химического состава и структуры металла ремонтных швов при исправлении дефектов в сварных соединениях труб с применением многослойной сварки / А.А. Рыбаков, Т.Н. Филипчук, Ю.В. Демченко // Автоматическая сварка. — 2013. — № 12 (727). — С. 24-30. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Исследованы структура и свойства металла ремонтных швов, выполняемых многопроходной сваркой при исправлении
дефектов в швах газо-нефтепроводных труб. Определены изменения химического состава и ударной вязкости
при отрицательных температурах, а также особенности структурных характеристик металла отдельных проходов
ремонтных швов. Показано, что при ручной дуговой и механизированной сварке под флюсом и в защитных газах
с применением традиционных для производства труб сварочных материалов металл последних проходов ремонтного
шва чрезмерно обогащается теми или иными легирующими элементами (марганцем, кремнием, хромом, молибденом
и др.), присутствующими в таких материалах. Это приводит к формированию неблагоприятной структуры: участков
верхнего бейнита, развитой сетки полигонизационных границ, пограничных выделений углеродистой второй фазы,
что в свою очередь провоцирует образование в швах холодных трещин. С учетом результатов исследований
разработаны требования к химическому составу сварочной проволоки для исправления дефектов в швах труб
многопроходной сваркой, предусматривающие ограничение содержания легирующих элементов. При многопроходной сварке под флюсом предложено также применять алюминатный флюс. Проволока рекомендованного состава
апробирована при исправлении дефектов в швах труб сваркой в защитном газе и обеспечила высокую ударную
вязкость металла ремонтных швов в сочетании с достаточной стойкостью против возникновения трещин. Результаты
исследований могут быть использованы для исправления дефектов в швах при производстве труб, а также многопроходной сварке других металлических конструкций.
|
| first_indexed | 2025-11-30T11:03:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791:621.643.1/.2
ОПТИМИЗАЦИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ
МЕТАЛЛА РЕМОНТНЫХ ШВОВ ПРИ ИСПРАВЛЕНИИ
ДЕФЕКТОВ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ТРУБ
С ПРИМЕНЕНИЕМ МНОГОСЛОЙНОЙ СВАРКИ
А. А. РЫБАКОВ, Т. Н. ФИЛИПЧУК, Ю. В. ДЕМЧЕНКО
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Исследованы структура и свойства металла ремонтных швов, выполняемых многопроходной сваркой при исправлении
дефектов в швах газо-, нефтепроводных труб. Определены изменения химического состава и ударной вязкости
при отрицательных температурах, а также особенности структурных характеристик металла отдельных проходов
ремонтных швов. Показано, что при ручной дуговой и механизированной сварке под флюсом и в защитных газах
с применением традиционных для производства труб сварочных материалов металл последних проходов ремонтного
шва чрезмерно обогащается теми или иными легирующими элементами (марганцем, кремнием, хромом, молибденом
и др.), присутствующими в таких материалах. Это приводит к формированию неблагоприятной структуры: участков
верхнего бейнита, развитой сетки полигонизационных границ, пограничных выделений углеродистой второй фазы,
что в свою очередь провоцирует образование в швах холодных трещин. С учетом результатов исследований
разработаны требования к химическому составу сварочной проволоки для исправления дефектов в швах труб
многопроходной сваркой, предусматривающие ограничение содержания легирующих элементов. При многопро-
ходной сварке под флюсом предложено также применять алюминатный флюс. Проволока рекомендованного состава
апробирована при исправлении дефектов в швах труб сваркой в защитном газе и обеспечила высокую ударную
вязкость металла ремонтных швов в сочетании с достаточной стойкостью против возникновения трещин. Результаты
исследований могут быть использованы для исправления дефектов в швах при производстве труб, а также мно-
гопроходной сварке других металлических конструкций. Библиогр. 5, табл. 4, рис. 7.
К л ю ч е в ы е с л о в а : труба, шов, ремонт, дефекты, многопроходная сварка, сварочные материалы, ударная
вязкость, структура, трещины
Известно, что при изготовлении труб большого
диаметра, свариваемых многодуговой сваркой под
флюсом, исправлять в швах отдельные внутрен-
ние дефекты (поры, шлаковые включения, неп-
ровары или несплавления) посредством их пред-
варительного удаления и последующего запол-
нения образовавшейся канавки многослойной
сваркой допускается в ограниченном количестве
(например, не более чем на 5 % труб) [1–3 и др.].
Согласно действующим нормативным докумен-
там длина такого «ремонтного» участка должна
находиться в пределах 50…500 мм. При этом
предполагается, что качественные показатели та-
ких участков, в том числе уровень механических
свойств металла, должны соответствовать требо-
ваниям, предъявляемым к основным сварным со-
единениям труб.
Исправление дефектов в швах труб выполняют
ручной дуговой сваркой, механизированной свар-
кой под флюсом или в защитном газе. Количество
необходимых проходов ремонтного шва опреде-
ляется глубиной канавки, образуемой при уда-
лении дефекта, что в свою очередь зависит от
места его расположения в сечении шва и толщины
стенки трубы. В типовых случаях, например, для
труб с толщиной стенки 15…20 мм выполняют
до шести – десяти проходов ремонтного шва. В
странах СНГ при механизированной сварке под
флюсом преимущественно применяют плавленый
марганцевый высококремнистый флюс АН-60 и
проволоку типа Св-10Г2. Такое сочетание свароч-
ных материалов обеспечивает сравнительно низ-
кие показатели вязких характеристик металла ре-
монтного шва (на уровне 30 Дж/см2 при 0°С).
Между тем требования к вязким свойствам ме-
талла швов собственно труб, в том числе в местах
исправления дефектов, существенно возросли.
Согласно действующим нормативным докумен-
там наиболее часто средние значения ударной вяз-
кости металла сварных соединений труб для ма-
гистральных трубопроводов должны быть не
менее 49 Дж/см2 при –20 оС, а для трубопроводов,
прокладываемых под водой, такие же требования
при –30 оС и даже –40 °С. Для обеспечения этих
показателей требуется оптимизировать химичес-
кий состав металла ремонтных швов, в том числе
сварочных материалов, обеспечивающих более
высокое легирование.
Как показано в работе [4], при исправлении
дефектов в швах труб с помощью многослойной© А. А. Рыбаков, Т. Н. Филипчук, Ю. В. Демченко, 2013
24 12/2013
сварки присутствует еще одна проблема, связан-
ная с образованием холодных трещин в ремон-
тируемых участках швов. Отмечается, что их воз-
никновение обусловлено повышением в послед-
них слоях ремонтного шва массовой доли леги-
рующих элементов. Так, в случае использования
флюса АН-60 и проволоки Св-10Г2 при исправ-
лении дефектов в продольном шве труб с тол-
щиной стенки 15,7 мм содержание марганца в
последнем (в нашем случае, пятом) проходе ре-
монтного шва возрастало до 2,4 %, а кремния —
до 1,0 %. Для сравнения отметим, что в металле
собственно продольного шва трубы количество
этих элементов не превышало 1,73 и 0,45 % со-
ответственно. В результате в металле замыкаю-
щих проходов ремонтного шва формировались
участки с неблагоприятной структурой, что при
охлаждении металла в условиях относительно
жесткого контура провоцировало образование
указанных холодных трещин. Следует полагать,
что в случае применения сварочных материалов,
обеспечивающих более высокое легирование, и
большей толщины стенки свариваемых труб, а
следовательно, и большего количества проходов,
опасность ухудшения структуры металла и воз-
никновения трещин в участках ремонта будет воз-
растать.
В настоящей статье рассмотрены результаты
исследований, проведенных авторами при ре-
шении задачи оптимизации химического состава
и структуры металла швов в местах исправления
дефектов дуговой сваркой, с целью обеспечения
повышенных требований к вязким характеристи-
кам металла швов и предотвращения образования
холодных трещин.
Ремонт (имитацию операции ремонта дефек-
тов, залегающих на глубине примерно 10…12 мм)
проводили на образцах труб размером
1420×18,7 мм из стали Х70 с продольными шва-
ми, сваренными под флюсом АН-60 проволокой
Св-08Г1НМА. На образцах, вырезанных из труб,
по центру продольного шва специализированны-
ми электродами АНР-2 выполняли выборку глу-
биной 15 мм, которая имитировала удаление де-
фекта. В некоторых случаях при использовании
образцов труб с толщиной стенки 15,7 мм глу-
бина канавки перед сваркой составляла 10 мм.
Содержание основных элементов в металле про-
дольного шва находилось в следующих пределах,
мас. %: 0,05…0,06 C; 1,62…1,79 Mn; 0,429…0,470
Si; 0,008…0,009 Nb, 0,150…0,190 Mo;
0,180…0,236 Ni; 0,015…0,018 Ti. Некоторое ко-
лебание содержания отдельных элементов в ме-
талле продольного шва связано с использованием
в опытах труб из стали Х70 различной толщины
(разного химического состава).
Выборки преимущественно заполняли механи-
зированной сваркой в CO2, смеси Ar + 20 % CO2
и под флюсом, а на отдельных образцах — ручной
дуговой сваркой. Заварку канавок глубиной 15 мм
выполняли за восемь проходов, а глубиной 10 мм
— за пять проходов. Применяли типовые сварочные
материалы, используемые при производстве труб:
для сварки под флюсом — проволоку Св-08ГА, Св-
10Г2, Св-08ХМ, Св-08ГМ, Св-08Г1НМА, S2Mo
и флюс АН-60, АН-67Б, ОР 107, ОР 132, ОК 10.71,
ОК 10.74; для сварки в защитном газе — про-
волоку Св-08Г2С, G MоSi; для ручной дуговой
сварки — электроды Schwarz 3K. Химический
состав сварочных проволок приведен в табл. 1.
Сварку под флюсом выполняли проволокой диа-
метром 2,5 мм (Iсв = 320…350 А, Uд = 28…30 В,
vсв = 17…20 м/ч), в защитном газе — проволокой
диаметром 1,2 мм (Iсв = 160…180 А, Uд =
= 26…28 В), а ручную дуговую сварку — элек-
тродами диаметром 3,2 мм (Iсв = 130…150 А,
Uд = 25…26 В).
От выполненных соединений отбирали образ-
цы для определения химического состава металла
шва, его ударной вязкости и металлографических
исследований. Анализ химического состава ме-
талла отдельных проходов выполняли спектраль-
ным методом на приборе «Спектровак 1000» фир-
мы «Ваird» и дифракционном спектрометре
«ДФС-36». Зоны контроля химического состава,
представленные на рис. 1, располагались в ме-
талле ремонтируемого продольного шва (зона 1),
в металле первого прохода ремонтного шва (зо-
на 2), в металле промежуточных проходов (зо-
ны 3, 4) и в металле замыкающего прохода этого
шва (зона 5). Испытания на ударную вязкость про-
водили при температуре от –10 до –40 °С на об-
разцах с острым надрезом, наносимым по центру
наплавки согласно ГОСТ 6996. Микроструктуру
металла изучали с применением оптической и рас-
тровой электронной микроскопии при увеличении
50-500 на шлифах после травления в нитале (4 %
спиртовом растворе азотной кислоты), в горячем
растворе пикрата натрия и насыщенном водном
растворе пикриновой кислоты.
Т а б л и ц а 1. Содержание основных легирующих эле-
ментов в сварочных проволоках, мас. %
Марка
проволоки С Mn Si Ni Mo Cr
Св-08ГА 0,09 0,95 0,05 0,14 — —
Св-10Г2 0,10 1,70 0,05 0,12 — —
Св-08Г2С 0,09 2,01 0,85 0,11 — —
Св-08ХМ 0,08 0,50 0,20 0,14 0,50 1,02
Св-08ГМ 0,08 1,19 0,35 0,11 0,59 —
Св-08Г1НМА 0,09 1,20 0,31 0,49 0,52 —
S2Mo 0,07 1,15 0,21 0,11 0,50 —
G MoSi 0,10 1,11 0,60 — 0,50 —
12/2013 25
Установлено, что для всех исследуемых ва-
риантов сочетаний сварочных материалов по мере
увеличения количества проходов ремонтного шва
уровень легирования металла закономерно воз-
растал. Как видно из рис. 2, количество марганца
и кремния уже в металле второго прохода воз-
растает до 2,35 и 0,62 % соответственно и далее
в последующих проходах продолжает увеличи-
ваться вплоть до максимальных значений в за-
мыкающем проходе: 2,85 и 0,99 % соответствен-
но. Аналогично изменяется содержание хрома и
молибдена, что показано на примере использо-
вания в процессе исправления дефектов прово-
локой Св-08ХМ (рис. 3).
Интенсивность нарастания массовой доли того
или иного легирующего элемента в первую оче-
редь определяется применяемыми сварочными
материалами. Как видно из рис. 4, наибольшее
количество кремния, как и следовало ожидать,
присутствует в последнем проходе шва, выпол-
няемом с применением кислого высококремнис-
того флюса АН-60, причем его содержание в ме-
талле данного прохода возрастает от 0,76 до
0,99 % по мере увеличения массовой доли мар-
ганца в сварочной проволоке (напомним, что в
продольном шве трубы количество кремния не пре-
вышало 0,45 %). Переход кремния из флюса в ме-
талл ремонтного шва заметно снижается с умень-
шением во флюсе количества SiO2. Минимальный
рост количества кремния наблюдается при приме-
нении для рассматриваемой цели плавленого нейт-
рального флюса АН-67Б или керамического алю-
минатно-основного флюса типа ОР 132.
Содержание марганца в металле многопроход-
ных ремонтных швов в большей мере зависит от
его количества в сварочной проволоке. Так, при
применении проволоки Св-10Г2 с 1,7 % марганца
массовая доля этого элемента в металле послед-
него прохода составила 2,85 %. При меньшем
количестве марганца, например, в проволоке
Св-08Г1НМА (1,2 % Мn ) или Св-08ХМ (0,50 %
Мn), его максимальное количество в ремонтном
шве снижалось до 1,97 и 1,77 % соответственно.
Темп нарастания других легирующих элементов в
исследуемых многопроходных швах также опреде-
лялся их содержанием в сварочной проволоке.
Обобщенные данные о химическом составе ме-
талла последних проходов ремонтных швов, вы-
полненных за восемь или пять проходов, для раз-
ных способов сварки и сварочных материалов
приведены в табл. 2. Видно, что использование
практически любого из обычно применяемых при
производстве труб сочетаний сварочных матери-
алов приводит к значительному росту массовой
Рис. 1. Характерный макрошлиф исследуемых ремонтных
швов и зоны определения химического состава (1...5)
Рис. 2. Массовая доля марганца и кремния в металле различ-
ных проходов ремонтного шва, выполненного проволокой
Св-10Г2 под флюсом АН-60
Рис. 3. Массовая доля хрома и молибдена в металле различ-
ных проходов ремонтного шва, выполненного проволокой
Св-08ХМ под флюсом АН-67Б
26 12/2013
доли тех или иных легирующих элементов в за-
мыкающих проходах исследуемых швов. Так, при
сварке под флюсом чрезмерное количество мар-
ганца присутствует в случае применения про-
волоки Св-10Г2, кремния — флюса АН-60, ОК
10.71, ОК 10.74, хрома — проволоки Св-08ХМ,
молибдена — проволоки Св-08Г1НМА, Св-08ГМ,
Св-08ХМ, S2Mo. Такие же данные получены и
при применении других способов свар-
ки. Например, в металле ремонтных
швов, свариваемых в защитном газе,
возрастает содержание кремния (прово-
лока Св-08ГА, особенно при сварке в сме-
си Ar + 20 % CO2) или молибдена (про-
волока G MoSi). В металле последних
проходов ремонтных швов, выполненных
ручной дуговой сваркой электродами
Schwarz 3К с массовым содержанием мо-
либдена 0,50 %, выявлено повышенное
количество этого элемента.
Увеличение содержания легирую-
щих компонентов в металле ремонтных
швов сопровождается, как отмечалось,
соответствующим изменением его стру-
ктуры. Так, при выполнении многослой-
ных наплавок марганцовистой проволо-
кой Св-08ГА или Св-10Г2, когда содержание мар-
ганца в металле последних проходов возрастает
до 2,4…2,8 %, в структуре металла, кроме иголь-
чатых форм феррита, наблюдается значительное
количество пластинчатого феррита с упорядочен-
ной карбидной фазой, видманштеттового феррита,
а также отдельные участки полигонального доэв-
тектоидного феррита и перлита. Металлу с такой
Т а б л и ц а 2. Химический состав металла последних проходов ремонтных швов (мас. %), выполненных различны-
ми способами сварки и различными сварочными материалами
Номер
варианта Сварочные материалы C Si Mn S P Cr Mo
Ручная дуговая сварка
1 Schwarz 3K 0,055 0,268 1,22 0,011 0,015 0,05 0,422
Механизированная сварка в защитном газе
2 Св-08Г2С, СО2 0,081 0,569 1,48 0,013 0,016 0,06 0,021
3 Св-08Г2С, Ar + 20 % СО2 0,089 0,810 1,40 0,014 0,016 0,06 0,022
4 G MoSi, Ar + 20 % СО2 0,093 0,408 0,88 0,009 0,017 0,07 0,461
Механизированная сварка под флюсом
5* Св-10Г2 АН-60 0,073 0,990 2,854 0,016 0,021 0,05 0,003
6* АН-67Б 0,080 0,320 2,390 0,016 0,024 0,05 0,022
7 ОР 107 0,065 0,460 2,376 0,016 0,023 0,06 0,028
8 ОК 10.71 0,088 0,723 2,368 0,015 0,022 0,06 0,027
9 Св-08Г1НМА АН-60 0,044 0,974 1,967 0,017 0,026 0,03 0,534
10 АН-67Б 0,056 0,281 2,348 0,015 0,022 0,03 0,515
11 ОР 107 0,059 0,442 2,117 0,017 0,023 0,04 0,404
12 ОК 10.71 0,071 0,670 2,156 0,015 0,024 0,05 0,431
13* Св-08ХМ АН-60 0,072 0,761 1,770 0,017 0,025 0,67 0,368
14* АН-67Б 0,073 0,254 1,748 0,017 0,027 0,57 0,356
15 ОР 107 0,049 0,431 1,701 0,016 0,023 0,58 0,411
16* S2Mo ОК 10.74 0,059 0,613 1,740 0,016 0,028 0,07 0,461
17* Св-08ГМ ОК 10.74 0,060 0,618 1,600 0,017 0,029 0,06 0,470
Звездочкой отмечены номера вариантов ремонтных швов, выполненных за восемь проходов.
Рис. 4. Зависимость содержания кремния в металле последних проходов
ремонтного шва от применяемых сварочных материалов (в скобках дано
содержание марганца в проволоке и SiO2 во флюсе)
12/2013 27
структурой присущи довольно низкие характерис-
тики вязкости. Обогащение такого металла крем-
нием из флюса или проволоки приводит к до-
полнительному охрупчиванию ферритной матри-
цы.
При выполнении многослойных ремонтных
швов легированными проволоками (Св-
08Г1НМА, Св-08ХМ, Св-08ГМ, S2Mo, G MoSi)
c массовой долей молибдена более 0,5 % из-за
повышенного содержания марганца, молибдена и
хрома, снижающих температуру превращения
аустенита, в металле последних проходов, наряду
с игольчатым ферритом, формируются участки
верхнего бейнита (рис. 5, а), увеличивается ко-
личество МАК-фазы, образуется развитая сетка
полигонизационных границ. Формирование от-
дельных полигонизационных границ в металле ре-
монтного шва, выполненного указанными прово-
локами, начинается при сварке второго прохода,
а в третьем и последующих проходах эти границы
располагаются в виде замкнутых контуров. Кроме
того, в подвергнутом повторному нагреву металле
промежуточных проходов, где содержание молиб-
дена уже значительно, формируются пограничные
образования углеродистой второй фазы: МАК-фа-
зы и карбидов (рис. 5, б). Аналогичные скопления
углеродистой фазы по границам кристаллитов и
полигонизационным границам присутствуют так-
же в металле промежуточных проходов при руч-
ной дуговой сварке (рис. 5, в; табл. 2, вариант
1) и сварке в защитном газе (рис. 5, г; табл. 2,
вариант 4) электродами или проволокой, легиро-
ванными молибденом. Указанные структурные
особенности обусловливают пониженную стой-
кость металла таких ремонтных швов против об-
разования трещин, что подтверждается наличием
таких дефектов в исследуемых образцах в виде
крупных трещин, выходящих на поверхность шва,
и сетки микротрещин, локализующихся преиму-
щественно по зернограничным образованиям уг-
леродистой второй фазы: МАК-фазы и карбидов
(рис. 6).
Известно, что для обеспечения вязких харак-
теристик металла шва на микролегированной, в
том числе трубной, стали в качестве легирующих
элементов активно используют молибден (или мо-
либден в сочетании с никелем). Например, при
производстве труб для продольных или спираль-
ных швов применяют проволоку типа S2Mo и
S3NiMo [5]. Результаты наших испытаний на
Рис. 5. Характерная микроструктура металла последних (а) и промежуточных (б–г) проходов ремонтных швов с повышенным
содержанием легирующих элементов (травление в 4 % растворе азотной кислоты): а, б — механизированная сварка под
флюсом: проволока S2Mo, флюс ОК 10.74 (табл. 2, вариант 16*), соответственно ×500, 300; в — ручная сварка: электроды
Schwarz 3К (табл. 2, вариант 1), ×500; г — механизированная сварка в защитном газе: проволока G MoSi, Ar + 20 % CO2
(табл. 2, вариант 4), ×500 (ВБ — участки со структурой верхнего бейнита; УВФ — углеродистая вторая фаза (карбиды,
МАК-фаза))
28 12/2013
ударный изгиб подтверждают также эф-
фективность легирования металла мно-
гопроходных ремонтных швов указанны-
ми элементами с целью повышения его
вязких свойств (табл. 3). Так, применение
проволоки с молибденом при сварке ре-
монтных швов в смеси Ar + 20 % CO2
(проволока G MoSi) и под агломериро-
ванным алюминатно-основным флюсом
типа ОК 10.74 (проволока S2Mo и Св-
08ГМ), как и ожидалось, позволило по-
лучить относительно высокие значения
КСV при температуре –20 °С (в среднем
более 70 Дж/см2) и –40 °С (в среднем
более 40 Дж/см2). Однако структура ме-
талла последних проходов таких ремон-
тных швов, с точки зрения устранения
опасности образования холодных тре-
щин, осталась неприемлемой.
Результаты проведенных испытаний
позволили сформулировать требования к
химическому составу сварочной прово-
локи для исправления дефектов в швах
труб с помощью многопроходной сварки.
Рис. 6. Трещины в металле ремонтных швов: а — травление в горячем растворе пикрата натрия, ×500; б, в — травление в
насыщенном водном растворе пикриновой кислоты, соответственно ×50, 200; г — травление в 4 % спиртовом растворе
азотной кислоты, ×400; а–в — оптическая; г — растровая электронная металлография
Т а б л и ц а 3. Ударная вязкость металла многопроходного ремонт-
ного шва при использовании различных сварочных материалов
Способ сварки Номер
варианта
Сварочные
материалы
КСV, Дж/см2
–20 °С –40 °С
Ручная дуговая 1 Schwarz 3К 65,5...107,0
81,0
40,3...61,2
48,8
Механизированная
в защитном газе
2 CO2, Св-08Г2С 27,6...34,3
30,8 —
3 Ar + 20 % CO2,
Св-08Г2С
34,9...48,6
42,9 —
4 Ar + 20 % CO2
G MoSi
74,5...124,4
93,2
31,8...63,8
53,1
Механизированная
под флюсом
5* АН-60,
Св-10Г2
21,2...29,6
25,0 —
13* АН-60,
Св-08ХМ
29,8...35,4
32,2 —
16* ОК 10.74,
S2Mo
65,9...75,8
70,3
37,7...42,4
40,8
17* ОК 10.74,
Св-08ГМ
77,8...109,8
90,7 —
Пр и м е ч а н и е . Номера вариантов сварочных материалов даны согласно
табл. 2.
12/2013 29
Такая проволока должна содержать ограниченное
количество марганца, кремния, а дополнительное
легирование ее молибденом должно обеспечивать
его присутствие в металле последних проходов
многослойного ремонтного шва в количестве не
более 0,30 %. При сварке под флюсом рекомен-
дуемую проволоку следует применять в сочетании
с флюсом, например, алюминатным, исключаю-
щим чрезмерное обогащение металла многопро-
ходного ремонтного шва марганцем и кремнием.
Проволоку NiMo1-1G, химический состав кото-
рой следующий, мас. %: 0,081 C, 1,7 Mn, 0,57
Si, 0,88 Ni, 0,04 V, 0,29 Mo, 0,056 Ti, 0,014 S,
0,017 P, испытывали при многопроходной (коли-
чество проходов — восемь) сварке в смеси Ar +
20 % CO2, имитирующей исправление дефекта с
предварительным его удалением в продольном
шве трубы из стали Х70 с толщиной стенки
18,7 мм. Применяемая проволока была дополни-
тельно легирована небольшим количеством ни-
келя. Данные спектрального анализа, приведен-
ные в табл. 4, подтвердили достаточную стабиль-
ность химического состава ремонтных швов. Со-
держание основных легирующих элементов (мар-
ганца, кремния, никеля, молибдена, титана) в ме-
талле первых и замыкающих проходов практи-
чески не изменилось, при этом оно не превышало
рекомендуемых значений.
При испытании на ударный изгиб образцов с
острым надрезом металл ремонтных швов, вы-
полненных данной проволокой, характеризовался
высокими значениями ударной вязкости при тем-
пературе –10 °С (170,4…199,8 Дж/см2), –20 °С
(140,9…170,2 Дж/см2) и –40 °С (67,8…136,2
Дж/см2). В то же время в металле такого шва,
в том числе его последних проходов, формируется
достаточно дисперсная структура игольчатого
феррита при отсутствии полигонизационных гра-
ниц и участков с грубыми зернограничными об-
разованиями фаз с повышенным содержанием уг-
лерода: МАК-фаза, карбиды (рис. 7).
Результаты исследований могут быть исполь-
зованы также при многослойной сварке других
металлоконструкций.
1. ДСТУ ISO 3183-2:2006. Нафтогазова промисловість.
Труби сталеві для трубопроводів. Технічні умови поста-
чання. Частина 2. Труби класу вимог В.
2. ANSI/API Specification 5L. Specification for line pipes, ISO
3183:2007. Petroleum and natural gas industries, steel pipe for
pipelines. Technical delivery conditions. — 2007. — 167 p.
3. DNV Оffshore Standart DNV-OS-F101. Submarine pipeline
systems. Det Norske Veritas. — 2007. — 240 p.
4. Рыбаков А. А., Филипчук Т. Н., Гончаренко Л. В. Трещи-
ны в сварных соединениях труб большого диаметра и
меры их предупреждения // Автомат. сварка. — 2013. —
№ 4. — С. 16–22.
5. Повышение ударной вязкости металла швов труб боль-
шого диаметра из микролегированных сталей / С. Л.
Мандельберг, Ю. Л. Богачек, В. А. Ковалевский, В. С.
Токарев // Там же. — 1986. — № 1. — С. 36–40.
Поступила в редакцию 11.07.2013
Рис. 7. Микроструктура (×500) металла различных проходов
ремонтного шва, выполненного механизированной сваркой в
смеси защитных газов Ar + 20 % CO2 проволокой NiMo1-1G
с ограниченным содержанием молибдена: а, б — промежу-
точные соответственно 2-3 и 5-6 проходы; в — последние
проходы
Т а б л и ц а 4. Химический состав металла ремонтных
швов при сварке в смеси Ar + 20 % CО2 проволокой
NiMo1-1G, мас. %
Зона контроля C Mn Si Ni Mo Ti V
Первые
проходы 0,08 1,35 0,37 0,87 0,24 0,025 0,05
Замыкающие
проходы 0,08 1,36 0,40 0,87 0,26 0,022 0,04
30 12/2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103145 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T11:03:24Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Рыбаков, А.А. Филипчук, Т.Н. Демченко, Ю.В. 2016-06-14T11:12:54Z 2016-06-14T11:12:54Z 2013 Оптимизация химического состава и структуры металла ремонтных швов при исправлении дефектов в сварных соединениях труб с применением многослойной сварки / А.А. Рыбаков, Т.Н. Филипчук, Ю.В. Демченко // Автоматическая сварка. — 2013. — № 12 (727). — С. 24-30. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103145 621.791:621.643.1/.2 Исследованы структура и свойства металла ремонтных швов, выполняемых многопроходной сваркой при исправлении дефектов в швах газо-нефтепроводных труб. Определены изменения химического состава и ударной вязкости при отрицательных температурах, а также особенности структурных характеристик металла отдельных проходов ремонтных швов. Показано, что при ручной дуговой и механизированной сварке под флюсом и в защитных газах с применением традиционных для производства труб сварочных материалов металл последних проходов ремонтного шва чрезмерно обогащается теми или иными легирующими элементами (марганцем, кремнием, хромом, молибденом и др.), присутствующими в таких материалах. Это приводит к формированию неблагоприятной структуры: участков верхнего бейнита, развитой сетки полигонизационных границ, пограничных выделений углеродистой второй фазы, что в свою очередь провоцирует образование в швах холодных трещин. С учетом результатов исследований разработаны требования к химическому составу сварочной проволоки для исправления дефектов в швах труб многопроходной сваркой, предусматривающие ограничение содержания легирующих элементов. При многопроходной сварке под флюсом предложено также применять алюминатный флюс. Проволока рекомендованного состава апробирована при исправлении дефектов в швах труб сваркой в защитном газе и обеспечила высокую ударную вязкость металла ремонтных швов в сочетании с достаточной стойкостью против возникновения трещин. Результаты исследований могут быть использованы для исправления дефектов в швах при производстве труб, а также многопроходной сварке других металлических конструкций. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Оптимизация химического состава и структуры металла ремонтных швов при исправлении дефектов в сварных соединениях труб с примене- нием многослойной сварки Optimization of chemical composition and structure of metal of repair welds in remedy of defects in welded joints of pipes by using multilayer welding Article published earlier |
| spellingShingle | Оптимизация химического состава и структуры металла ремонтных швов при исправлении дефектов в сварных соединениях труб с примене- нием многослойной сварки Рыбаков, А.А. Филипчук, Т.Н. Демченко, Ю.В. Научно-технический раздел |
| title | Оптимизация химического состава и структуры металла ремонтных швов при исправлении дефектов в сварных соединениях труб с примене- нием многослойной сварки |
| title_alt | Optimization of chemical composition and structure of metal of repair welds in remedy of defects in welded joints of pipes by using multilayer welding |
| title_full | Оптимизация химического состава и структуры металла ремонтных швов при исправлении дефектов в сварных соединениях труб с примене- нием многослойной сварки |
| title_fullStr | Оптимизация химического состава и структуры металла ремонтных швов при исправлении дефектов в сварных соединениях труб с примене- нием многослойной сварки |
| title_full_unstemmed | Оптимизация химического состава и структуры металла ремонтных швов при исправлении дефектов в сварных соединениях труб с примене- нием многослойной сварки |
| title_short | Оптимизация химического состава и структуры металла ремонтных швов при исправлении дефектов в сварных соединениях труб с примене- нием многослойной сварки |
| title_sort | оптимизация химического состава и структуры металла ремонтных швов при исправлении дефектов в сварных соединениях труб с примене- нием многослойной сварки |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103145 |
| work_keys_str_mv | AT rybakovaa optimizaciâhimičeskogosostavaistrukturymetallaremontnyhšvovpriispravleniidefektovvsvarnyhsoedineniâhtrubsprimeneniemmnogosloinoisvarki AT filipčuktn optimizaciâhimičeskogosostavaistrukturymetallaremontnyhšvovpriispravleniidefektovvsvarnyhsoedineniâhtrubsprimeneniemmnogosloinoisvarki AT demčenkoûv optimizaciâhimičeskogosostavaistrukturymetallaremontnyhšvovpriispravleniidefektovvsvarnyhsoedineniâhtrubsprimeneniemmnogosloinoisvarki AT rybakovaa optimizationofchemicalcompositionandstructureofmetalofrepairweldsinremedyofdefectsinweldedjointsofpipesbyusingmultilayerwelding AT filipčuktn optimizationofchemicalcompositionandstructureofmetalofrepairweldsinremedyofdefectsinweldedjointsofpipesbyusingmultilayerwelding AT demčenkoûv optimizationofchemicalcompositionandstructureofmetalofrepairweldsinremedyofdefectsinweldedjointsofpipesbyusingmultilayerwelding |