Особенности порообразования в сварных соединениях паропроводов в условиях длительной эксплуатации
Представлены результаты исследования порообразования в металле сварных соединений паропроводов, длительно эксплуатируемых в условиях ползучести. Выявлены особенности порообразования на участках зоны термического влияния сварных соединений, что позволяет повысить оценку диагностирования их остаточног...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2016 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2016
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147455 |
| 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: | Особенности порообразования в сварных соединениях паропроводов в условиях длительной эксплуатации / В.В. Дмитрик, А.В. Глушко, С.Г. Григоренко // Автоматическая сварка. — 2016. — № 9 (756). — С. 56-60. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859908339681460224 |
|---|---|
| author | Дмитрик, В.В. Глушко, А.В. Григоренко, С.Г. |
| author_facet | Дмитрик, В.В. Глушко, А.В. Григоренко, С.Г. |
| citation_txt | Особенности порообразования в сварных соединениях паропроводов в условиях длительной эксплуатации / В.В. Дмитрик, А.В. Глушко, С.Г. Григоренко // Автоматическая сварка. — 2016. — № 9 (756). — С. 56-60. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Представлены результаты исследования порообразования в металле сварных соединений паропроводов, длительно эксплуатируемых в условиях ползучести. Выявлены особенности порообразования на участках зоны термического влияния сварных соединений, что позволяет повысить оценку диагностирования их остаточного ресурса. Критическим порогом повреждаемости сварных соединений является местная плотность микропор величиной 1500...1800 пор/мм² размером от 0,8 мм и более.
The paper presents the results of investigation of pore formation in the metal of welded joints in steam lines operating for a long time under creep conditions. Features of pore formation in the regions of welded joint HAZ were revealed that allows improvement of diagnostic assessment of their residual life. Critical threshold of welded joint damage is local density of micropores of 0.8 μm and larger size on the level of 1500–1800 pores per mm².
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:01:56Z |
| format | Article |
| fulltext |
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
5 6 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
УДК 621.791.72:621.791.052:620.17
оСоБенноСти порооБразования в Сварных
СоеДинениях паропровоДов в УСловиях
Длительной ЭКСплУатаЦии
В. В. ДМИТРИК1, А. В. ГЛУШКО1, С. Г. ГРИГОРЕНКО2
1нтУ «хпи». 61002, г. харьков, ул. Фрунзе, 21. E-mail: omsroot@kpi.kharkov.ua
2иЭС им. е. о. патона нан Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
представлены результаты исследования порообразования в металле сварных соединений паропроводов, длительно
эксплуатируемых в условиях ползучести. выявлены особенности порообразования на участках зоны термического
влияния сварных соединений, что позволяет повысить оценку диагностирования их остаточного ресурса. Критическим
порогом повреждаемости сварных соединений является местная плотность микропор величиной 1500...1800 пор/мм2
размером от 0,8 мм и более. Библиогр. 7, рис. 7.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварные соединения паропроводов, поры, остаточный ресурс, диагностирование, поврежда-
емость, диффузионное перемещение
Диагностирование остаточного ресурса сварных
соединений паропроводного тракта тЭС, вырабо-
тавших свой парковый ресурс, является в настоя-
щее время важнейшей задачей тепловой энергети-
ки Украины.
в процессе длительной эксплуатации сварных
соединений из Cr–Mo–V теплоустойчивых пер-
литных сталей в условиях ползучести их повреж-
даемость преимущественно обусловлена образо-
ванием и развитием пор. повреждаемость порами
металла участков зоны термического влияния
(зтв), а также металла шва и основного металла
изучена недостаточно, что не позволяет диагно-
стировать с достаточной точностью остаточный
ресурс сварных соединений паропроводов.
зарождение и развитие пор в металле паропро-
водов следует рассматривать как взаимосвязанные
составляющие процесса их повреждаемости. Це-
лью работы являлось изучение особенностей ме-
ханизма порообразования в металле длительно
эксплуатируемых сварных соединений паропро-
водов из сталей 15х1м1Ф и 12х1мФ. результа-
ты исследований позволили обеспечить снижение
интенсивности порообразования и уточнить диа-
гностирование остаточного ресурса сварных со-
единений паропроводов [1–7], повреждаемость
которых является более интенсивной, чем интен-
сивность повреждаемости самих паропроводов.
Структура металла сварных соединений изу-
чалась с помощью микроструктурного, микро-
рентгеноспектрального и рентгенографического
методов путем использования эксперименталь-
ных образцов, а также образцов, вырезанных
из действующих паропроводов (тЭС г. змиев,
тЭС г. Энергодар). изучение процессов обра-
зования микропор и микротрещин проводилось
путем использования электронной и световой
микроскопии.
зарождение микропор происходит вследствие
сопряженного действия диффузионного и дефор-
мационного механизмов. Диффузионный меха-
низм обеспечивает направленное перемещение
легирующих элементов, что приводит к образо-
ванию сегрегаций, а также обеспечивает пере-
мещение микронесплошностей и их слияние [1].
Деформационный механизм включает процесс пе-
ремещения дислокаций и их торможение, что обе-
спечивает локальное увеличение плотности дис-
локаций и образование зародышевых пор, размер
которых может составлять примерно 0,1 мкм.
Диффузионное перемещение легирующих эле-
ментов (хрома и молибдена) из центральных зон
зерен α-фазы в их приграничные зоны, а также
перемещение приведенных элементов по грани-
цам зерен, что приводит к образованию сегрега-
ций, способствует протеканию карбидных реак-
ций І гр [1]. перемещение легирующих элементов
вызывает уменьшение прочностных характери-
стик зерен α-фазы, что подтверждается, соответ-
ственно, фрагментацией (полигонизацией) зе-
рен и увеличенным уровнем их деформации [2].
Установлено, что уровень деформации участков
зтв значительно превышает массовую деформа-
цию паропроводов, составляющую (при наработ-
ке сварных соединений свыше 250000 ч) около
0,5...0,7 %. (рис. 1). можно показать, что дефор-
мация металла шва сварных соединений незначи-
тельно отличается от деформации металла самих
паропроводов.
в исходном металле сварных соединений ми-
кронесплошности и микропоры по телу зерен
© в. в. Дмитрик, а. в. глушко, С. г. григоренко, 2016
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
5 7 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
α-фазы и по их границам расположены хаотиче-
ски. такое их расположение сохраняется пример-
но до 150000 ч наработки паропроводов. в про-
цессе дальнейшей наработки образование пор
происходит с определенной ориентировкой. Фор-
ма пор от шаровидной и эллипсовидной (правиль-
ной) в процессе их развития становится развет-
вленной (неправильной). затем слившиеся поры
превращаются в трещину (рис. 2). трещины
ползучести имеют зигзагоподобный вид и разви-
ваются после наработки сварных соединений свы-
ше 270 тыс. ч преимущественно по хрупкому ме-
ханизму. порообразование существенно зависит
от структуры сварных соединений [7].
Для уточнения диагностирования остаточно-
го ресурса сварных соединений целесообразно
определять плотность пор на тех участках зтв
сварных соединений, где отмечается наибольшая
структурная неоднородность. например, на участ-
ке неполной перекристаллизации, где новые про-
дукты распада аустенита представляют глобуляри-
зованный перлит [6].
образование пор происходит преимуществен-
но по границам зерен α-фазы и зависит от: рас-
положения границ зерен относительно рабочих
напряжений; структуры и строения границ зерен
(границы между двумя и тремя зернами); нали-
чия выделений вторых фаз по границам зерен.
порообразование можно рассматривать как эф-
фект конденсации вакансий, обусловленный сте-
пенью пластической деформации, что приводит
к локальному пересыщению вакансиями границ
зерен и образованию микронесплошностей [4, 6].
их образование в условиях ползучести обеспечи-
вается проявлением внутреннего скольжения и
проскальзывания по границам зерен α-фазы. наи-
более интенсивно — в местах нахождения коагу-
лирующих выделений вторых фаз [2].
проскальзывание по границе зерна α-фазы в
местах взаимодействия границы с коагулирую-
щим выделением приводит к раскрытию поло-
сти, развивающейся в зародышевую микропору
(рис. 3). Дальнейшее развитие порообразования
характеризуется определенной стадийностью и
зависит от структуры и условий эксплуатации па-
ропроводов (рис. 4).
в условиях ползучести (наработка сварных
соединений более 250000...280000 ч) порообра-
зование по телу зерен α-фазы носит хаотический
характер, однако их расположение по границам
зерен имеет определенные особенности. микро-
поры образуются:
рис. 1. зависимость относительной деформации металла
сварных соединений стали 12х1мФ от длительности его на-
работки: 1 — металл участка перегрева зтв; 2 — участка не-
полной перекристаллизации
рис. 2. микрошлиф (×500) металла сварного соединения па-
ропровода из стали 12х1м1Ф с повреждениями по механиз-
му ползучести. ресурс 280 тыс. ч. температура эксплуатации
545...565 °С
рис. 3. Схема образования зародыша микропоры: а — об-
разование полости 1 на торцах выделения второй фазы 2; б
— проскальзывание по границе у выделения 2, приводящее
к образованию зародыша микропоры 1 (І, ІІ — зерна, разде-
ленные границей)
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
5 8 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
1. на границах, перпендикулярных растягива-
ющим напряжениям, в местах, где расположены
коагулирующие выделения вторых фаз (преиму-
щественно м23С6) — около 70 %.
2. на стыке трех зерен без выделений вторых
фаз — 20 % (рис. 5).
3. на стыках двух зерен — 10 %.
образование микропор вызывает снижение
пластичности металла и связано с наличием оста-
точной деформации. например, при массовой де-
формации металла сварного соединения 0,6 %
деформация металла участка неполной перекри-
сталлизации зтв может составлять 4...6 %, (нара-
ботка 280000 ч), что близко к данным Ф. а. хром-
ченко (6...8 %, наработка 250000 ч) [4].
заметим, что Ф. а. хромченко участок непол-
ной перекристаллизации зтв называет «мягкой
прослойкой», хотя ее твердость в сварных сое-
динениях рассматриваемых сталей 15х1м1Ф и
12х1мФ может быть не меньше твердости дру-
гих участков зтв. Участок неполной перекри-
сталлизации характеризуется наибольшим пере-
сыщением вакансиями по сравнению с другими
участками сварного соединения. такое пересыще-
ние обусловлено самодиффузией хрома и молиб-
дена из центральных зон зерен α-фазы в пригра-
рис. 4. последовательность развития пор в сварных соединениях стали 12х1мФ: а — зародышевые поры диаметром
0,1...0,3 мкм (×5000); б — единичные поры диаметром 1...4 мкм по границам зерен (×2500); в — поры на стадии объединения
в микротрещины (×2500); г — трещина ползучести (×500)
рис. 5. микрошлиф (×14000) металла участка неполной пе-
рекристаллизации зтв сварного соединения стали 12х1мФ,
показывающий зарождение пор на границе трех зерен (стрел-
ки). наработка 275637 ч
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
5 9 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
ничные зоны и образованием сегрегаций, а также
диффузией вакансий и образованием флуктуаций
вакансий [6]. Флуктуации в процессе наработки
сварных соединений свыше 250000 ч имеют тен-
денцию увеличиваться. подтверждается предпо-
ложение гринвуда, что поры на границах зерен в
условиях ползучести следует рассматривать как
эффект конденсации вакансий, избыток которых
относительно равновесной концентрации созда-
ется пластической деформацией [5]. Установлено,
что количество микропор увеличивается при уве-
личении пластической деформации. порообразо-
ванию способствует уменьшение энергии границ
зерен при ликвидации части их поверхности, что
можно расценивать как начальный период рекри-
сталлизации. Связь между пересыщением вакан-
сиями (∆/с0) и радиусом растущего зародыша в
процессе диффузионного зарождения поры опре-
деляли по я. е. гегузину [5]
0
2 ,( / )
Vr kT c
γ= ∆
где γ — поверхностная энергия; V = b2 — атомный
объем; ∆ = c1 – c0 — изменение концентрации ва-
кансий; c1 — установленная концентрация вакан-
сий; c0 — равновесная концентрация вакансий;
k — постоянная Больцмана; T — температура.
можно представить, что концентрация вакан-
сий в металле сварных соединений (наработка бо-
лее 250000 ч) в 4...8 раз превышает равновесную.
Учитывая b = 3·10–3 см и γ = 500 эрг/см2, полу-
чим для температуры 545 °С размер зародыша поры,
включающий примерно 107...109 вакансий. при
дальнейшей эксплуатации в условиях рабочих на-
пряжений и температур, а также влияния дополни-
тельных факторов (перегревы, пуски-остановы, ло-
кальное увеличение напряжений и др.) величина
пересыщения вакансиями может быть увеличена
примерно на 30...40 %.
возле коагулирующих выделений, где скапли-
ваются дислокации, создаются соответствующие
растягивающие напряжения. Скопление дисло-
каций отмечается при электронно-микроскопи-
ческих исследованиях тонких фольг из образцов
сварных соединений после их наработки свыше
270000 ч. подтверждением является образование
полигональной структуры зерен α-фазы, т.е. их
фрагментация (рис. 6). в структуре кристаллов
α-фазы, в условиях ползучести, скольжение про-
исходит в направлении диагоналей кубической ре-
шетки <III> по совокупности додекаэдрических
плоскостей {II0}. после наработки сварных сое-
динений более 250000 ч скольжение происходит
сначала по плоскостям {II2}, а затем и по плоско-
стям {I23}. проскальзывание по границам зерен,
в зависимости от расположения выделения, при-
водит к возникновению, соответственно, растяги-
вающих и сжимающих напряжений (см. рис. 3).
Длительно действующие растягивающие напря-
жения приводят к раскрытию полости. зарожде-
ние микропор связано так же с образованием воз-
ле коагулирующих выделений субграниц.
известные модели образования пор не учиты-
вали наличие коагулирующих выделений по гра-
ницам зерен. заметим, что скорость проскальзы-
вания, необходимая для образования микропор в
длительно эксплуатируемых сварных соединени-
ях, является различной. Скорость зависит от рас-
положения границ зерен, их строения, наличия на
них коагулирующих выделений вторых фаз и ин-
тенсивности их коагуляции. размеры выделений по
длине, расположенных по границам зерен, при на-
работке сварных соединений свыше 280000 ч могут
составлять 1…5 мкм. Установлено, что количество
пор, образующихся на границах зерен, зависит от их
деформации. например, в металле участка неполной
перекристаллизации зтв сварных соединений стали
15х1мФ при его деформации 5...7 % усредненная
плотность пор размером 2...8 мкм на 1 мм2 состав-
ляла 7,2. Деформация участков зтв существенно
зависит от их структуры. при наличии в структуре
участка неполной перекристаллизации новых про-
дуктов распада аустенита в виде глобуляризованного
перлита его деформация может составлять 5...7 %, в
виде сорбита — 1...2 %, троостита — около 1 % при
массовой деформации сварных соединений около
0,7 %. плотность пор в зависимости от наработки
сварных соединений, имеющих соответствующую
структуру новых продуктов распада аустенита, рас-
пределилась следующим образом (рис. 7).
рис. 6. Фрагментированная структура участка неполной пе-
рекристаллизации зтв сварного соединения стали 15х1м1Ф
(×6000). ресурс 276000 ч
ПРОИЗВОДСТВЕНН РАЗДЕЛ
6 0 - АВТОМАТИ ЕСКАЯ СВАРКА
из полученных результатов следует, что плот-
ность микропор (примерно 1500...1800 пор/мм2),
размер которых составляет более 0,8 мкм, мож-
но считать критической. Дальнейшее увеличение
плотности пор приводит к ускоренному их сли-
янию и образованию трещин ползучести. такие
трещины развиваются преимущественно по хруп-
кому механизму, чему способствуют наличие коа-
гулирующих выделений по границам зерен α-фа-
зы и наличие зернограничных сегрегаций.
Количество пор при постоянно действующих
растягивающих напряжениях зависит от взаимо-
действия внутреннего скольжения и проскаль-
зывания, что первоначально обеспечивается
самодиффузией хрома и молибдена, а также диф-
фузией вакансий. их торможение, т.е. снижение
интенсивности, в условиях ползучести приводит к
увеличению стабильности структуры.
проскальзывание можно рассматривать как
эффект относительного смещения локальных
участков границ зерен. зарождение микронес-
плошностей у выделений связано с нарушением
когерентности выделений и зерен α-фазы, что от-
мечается при коагуляции выделений. Увеличение
стабильности структуры металла сварных соеди-
нений, длительно эксплуатируемых в условиях
ползучести, существенно уменьшает интенсив-
ность порообразования.
Выводы
1. выявлено, что наиболее интенсивно порообра-
зование происходит на участке неполной перекри-
сталлизации зтв сварных соединений, где новые
продукты распада аустенита представляют глобу-
ляризованный перлит.
2. Установлено, что при повреждаемости свар-
ных соединений паропроводов, длительно эксплу-
атируемых в условиях ползучести, плотность ми-
кропор 1500...1800 пор/мм2, размером от 0,8 мкм
и больше, можно считать критической.
3. показано, что количество микропор на
участках металла зтв сварных соединений па-
ропроводов зависит от деформации участков и
является наибольшим на участке неполной пере-
кристаллизации, где новые продукты распада ау-
стенита представляют глобуляризованный перлит.
1. Дмитрик в. в. Карбидные фазы и повреждаемость свар-
ных соединений при длительной эксплуатации / в. в.
Дмитрик, в. н. Баумер // металлофизика, новейшие тех-
нологии. – 2007. – т. 2, № 7. – С. 937–947.
2. особенности деградации металла сварных соединений
паропроводов / в. в. Дмитрик, о. в. Соболь, м. а. по-
гребной [и др.] // автоматическая сварка. – 2015. – № 7.
– С. 12–17.
3. трубачев в. м. методы оценки микроповреждаемости ме-
талла длительно работающих паропроводов тЭС / в. м.
трубачев, н. и. Каменская // металловедение и термиче-
ская обработка металлов. – 2012. – № 8. – С. 49 – 54.
4. хромченко Ф. а. ресурс сварных соединений паропро-
водов / Ф. а. хромченко. – м. : машиностроение, 2002.
– 351 с.
5. розенберг в. м. ползучесть металлов / в. м. розенберг.
– м. : металлургия, 1967. – 275 с.
6. Уточнение механизма повреждаемости металла длитель-
но эксплуатируемых сварных соединений паропроводов
/ в. в. Дмитрик, т. а. Сиренко, С. м. Барташ [и др.] //
восточно-европейский журнал передовых технологий. –
2015. – № 6. – С. 13–18.
7. Березина т. г. Структурный метод определения остаточ-
ного ресурса деталей длительно работающих паропрово-
дов / т. г. Березина // теплоэнергетика. – 1986. – № 3.
– С. 53-56.
поступила в редакцию 12.05.2016
рис. 7. зависимость плотности пор ползучести ρ (продоль-
ный размер 0,5…1,1 мкм), образующихся на участке непол-
ной перекристаллизации зтв сварного соединения стали
12х1мФ от длительности его наработки t. новые продукты
распада аустенита: 1 — глобуляризованный перлит; 2 — сор-
бит. наработка — 276000 ч
o
http: / / ex posilesia.pl
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-147455 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:01:56Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дмитрик, В.В. Глушко, А.В. Григоренко, С.Г. 2019-02-14T18:55:48Z 2019-02-14T18:55:48Z 2016 Особенности порообразования в сварных соединениях паропроводов в условиях длительной эксплуатации / В.В. Дмитрик, А.В. Глушко, С.Г. Григоренко // Автоматическая сварка. — 2016. — № 9 (756). — С. 56-60. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2016.09.11 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147455 621.791.72:621.791.052:620.17 Представлены результаты исследования порообразования в металле сварных соединений паропроводов, длительно эксплуатируемых в условиях ползучести. Выявлены особенности порообразования на участках зоны термического влияния сварных соединений, что позволяет повысить оценку диагностирования их остаточного ресурса. Критическим порогом повреждаемости сварных соединений является местная плотность микропор величиной 1500...1800 пор/мм² размером от 0,8 мм и более. The paper presents the results of investigation of pore formation in the metal of welded joints in steam lines operating for a long time under creep conditions. Features of pore formation in the regions of welded joint HAZ were revealed that allows improvement of diagnostic assessment of their residual life. Critical threshold of welded joint damage is local density of micropores of 0.8 μm and larger size on the level of 1500–1800 pores per mm². ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Особенности порообразования в сварных соединениях паропроводов в условиях длительной эксплуатации Features of pore formation in welded joints of steam lines in long-term operation Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности порообразования в сварных соединениях паропроводов в условиях длительной эксплуатации Дмитрик, В.В. Глушко, А.В. Григоренко, С.Г. Производственный раздел |
| title | Особенности порообразования в сварных соединениях паропроводов в условиях длительной эксплуатации |
| title_alt | Features of pore formation in welded joints of steam lines in long-term operation |
| title_full | Особенности порообразования в сварных соединениях паропроводов в условиях длительной эксплуатации |
| title_fullStr | Особенности порообразования в сварных соединениях паропроводов в условиях длительной эксплуатации |
| title_full_unstemmed | Особенности порообразования в сварных соединениях паропроводов в условиях длительной эксплуатации |
| title_short | Особенности порообразования в сварных соединениях паропроводов в условиях длительной эксплуатации |
| title_sort | особенности порообразования в сварных соединениях паропроводов в условиях длительной эксплуатации |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147455 |
| work_keys_str_mv | AT dmitrikvv osobennostiporoobrazovaniâvsvarnyhsoedineniâhparoprovodovvusloviâhdlitelʹnoiékspluatacii AT gluškoav osobennostiporoobrazovaniâvsvarnyhsoedineniâhparoprovodovvusloviâhdlitelʹnoiékspluatacii AT grigorenkosg osobennostiporoobrazovaniâvsvarnyhsoedineniâhparoprovodovvusloviâhdlitelʹnoiékspluatacii AT dmitrikvv featuresofporeformationinweldedjointsofsteamlinesinlongtermoperation AT gluškoav featuresofporeformationinweldedjointsofsteamlinesinlongtermoperation AT grigorenkosg featuresofporeformationinweldedjointsofsteamlinesinlongtermoperation |