Влияние структуры металла труб на механические свойства сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением
Технология контактной сварки оплавлением занимает достаточное место в различных отраслях промышленности, в том числе при сварке труб различного назначения. При высоком качестве соедиинений в целом ряде случаев наблюдаются выпады показателей свойств. В работе рассмотрены причины таких выпадов и их св...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2017 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2017
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148115 |
| 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: | Влияние структуры металла труб на механические свойства сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением / С.И. Кучук-Яценко, Б.И. Казымов, В.Ф. Загадарчук // Автоматическая сварка. — 2017. — № 4 (763). — С. 5-10. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-148115 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кучук-Яценко, С.И. Казымов, Б.И. Загардчук, В.Ф. 2019-02-17T08:58:37Z 2019-02-17T08:58:37Z 2017 Влияние структуры металла труб на механические свойства сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением / С.И. Кучук-Яценко, Б.И. Казымов, В.Ф. Загадарчук // Автоматическая сварка. — 2017. — № 4 (763). — С. 5-10. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2017.04.01 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148115 621.791.762.5 Технология контактной сварки оплавлением занимает достаточное место в различных отраслях промышленности, в том числе при сварке труб различного назначения. При высоком качестве соедиинений в целом ряде случаев наблюдаются выпады показателей свойств. В работе рассмотрены причины таких выпадов и их связь с исходной структурой металла труб. Установлено, что формирование участков со структурной неоднородностью в соединениях обусловлено структурой и объемом сегрегационных полос неметаллических включений в стали и не связано с технологическими параметрами сварки. При сварке современных трубных сталей, полученных контролируемой прокаткой, обеспечиваются требуемые механические свойства соединений. Технологія контактного зварювання оплавленням займає достатнє місце в різних галузях промисловості, в тому числі при зварюванні труб різного призначення. При високій якості з’єднань в цілому ряді випадків спостерігаються випади показників властивостей. В роботі розглянуті причини таких випадів та їх зв’язок з первинною структурою металу труб. Встановлено, що формування ділянок із структурною неоднорідністю в з’єднаннях обумовлено структурою і обсягом сегрегаційних смуг неметалевих включень в сталі та не пов’язане з технологічними параметрами зварювання. При зварюванні сучасних трубних сталей, отриманих контрольованою прокаткою, забезпечуються необхідні механічні властивості з’єднань. Technology of flash-butt welding occupies a sufficient place in different industries, including welding of different purpose pipes. At a high quality of joints the discrepancies in values of properties are observed in a number of cases. The paper considers the causes of such discrepancies and their relationship with the initial structure of metal of pipes. It was revealed that the formation of areas with a structural heterogeneity in joints is predetermined by the structure and volume of segregation bands of nonmetallic inclusions in steel and is not related to the technological parameters of welding. In welding of advanced pipe steels, produced by a controllable rolling, the required mechanical properties of the joints are provided. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Влияние структуры металла труб на механические свойства сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением Вплив структури металу труб на механічні властивості зварних з’єднань, виконаних контактним зварюванням оплавленням Influence of metal structure of pipes on mechanical properties of flash-butt welded joints Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние структуры металла труб на механические свойства сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением |
| spellingShingle |
Влияние структуры металла труб на механические свойства сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением Кучук-Яценко, С.И. Казымов, Б.И. Загардчук, В.Ф. Научно-технический раздел |
| title_short |
Влияние структуры металла труб на механические свойства сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением |
| title_full |
Влияние структуры металла труб на механические свойства сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением |
| title_fullStr |
Влияние структуры металла труб на механические свойства сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением |
| title_full_unstemmed |
Влияние структуры металла труб на механические свойства сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением |
| title_sort |
влияние структуры металла труб на механические свойства сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением |
| author |
Кучук-Яценко, С.И. Казымов, Б.И. Загардчук, В.Ф. |
| author_facet |
Кучук-Яценко, С.И. Казымов, Б.И. Загардчук, В.Ф. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2017 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Вплив структури металу труб на механічні властивості зварних з’єднань, виконаних контактним зварюванням оплавленням Influence of metal structure of pipes on mechanical properties of flash-butt welded joints |
| description |
Технология контактной сварки оплавлением занимает достаточное место в различных отраслях промышленности, в том числе при сварке труб различного назначения. При высоком качестве соедиинений в целом ряде случаев наблюдаются выпады показателей свойств. В работе рассмотрены причины таких выпадов и их связь с исходной структурой металла труб. Установлено, что формирование участков со структурной неоднородностью в соединениях обусловлено структурой и объемом сегрегационных полос неметаллических включений в стали и не связано с технологическими параметрами сварки. При сварке современных трубных сталей, полученных контролируемой прокаткой, обеспечиваются требуемые механические свойства соединений.
Технологія контактного зварювання оплавленням займає достатнє місце в різних галузях промисловості, в тому числі при зварюванні труб різного призначення. При високій якості з’єднань в цілому ряді випадків спостерігаються випади показників властивостей. В роботі розглянуті причини таких випадів та їх зв’язок з первинною структурою металу труб. Встановлено, що формування ділянок із структурною неоднорідністю в з’єднаннях обумовлено структурою і обсягом сегрегаційних смуг неметалевих включень в сталі та не пов’язане з технологічними параметрами зварювання. При зварюванні сучасних трубних сталей, отриманих контрольованою прокаткою, забезпечуються необхідні механічні властивості з’єднань.
Technology of flash-butt welding occupies a sufficient place in different industries, including welding of different purpose pipes. At a high quality of joints the discrepancies in values of properties are observed in a number of cases. The paper considers the causes of such discrepancies and their relationship with the initial structure of metal of pipes. It was revealed that the formation of areas with a structural heterogeneity in joints is predetermined by the structure and volume of segregation bands of nonmetallic inclusions in steel and is not related to the technological parameters of welding. In welding of advanced pipe steels, produced by a controllable rolling, the required mechanical properties of the joints are provided.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148115 |
| citation_txt |
Влияние структуры металла труб на механические свойства сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением / С.И. Кучук-Яценко, Б.И. Казымов, В.Ф. Загадарчук // Автоматическая сварка. — 2017. — № 4 (763). — С. 5-10. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kučukâcenkosi vliâniestrukturymetallatrubnamehaničeskiesvoistvasvarnyhsoedineniivypolnennyhkontaktnoisvarkoioplavleniem AT kazymovbi vliâniestrukturymetallatrubnamehaničeskiesvoistvasvarnyhsoedineniivypolnennyhkontaktnoisvarkoioplavleniem AT zagardčukvf vliâniestrukturymetallatrubnamehaničeskiesvoistvasvarnyhsoedineniivypolnennyhkontaktnoisvarkoioplavleniem AT kučukâcenkosi vplivstrukturimetalutrubnamehaníčnívlastivostízvarnihzêdnanʹvikonanihkontaktnimzvarûvannâmoplavlennâm AT kazymovbi vplivstrukturimetalutrubnamehaníčnívlastivostízvarnihzêdnanʹvikonanihkontaktnimzvarûvannâmoplavlennâm AT zagardčukvf vplivstrukturimetalutrubnamehaníčnívlastivostízvarnihzêdnanʹvikonanihkontaktnimzvarûvannâmoplavlennâm AT kučukâcenkosi influenceofmetalstructureofpipesonmechanicalpropertiesofflashbuttweldedjoints AT kazymovbi influenceofmetalstructureofpipesonmechanicalpropertiesofflashbuttweldedjoints AT zagardčukvf influenceofmetalstructureofpipesonmechanicalpropertiesofflashbuttweldedjoints |
| first_indexed |
2025-11-27T03:15:48Z |
| last_indexed |
2025-11-27T03:15:48Z |
| _version_ |
1850796604612673536 |
| fulltext |
НАУ НО-ТЕ Н ЕСК Й РАЗДЕЛ
5 - АВТОМАТ ЕСКАЯ СВАРКА, ,
УДК 621.791.762.5
Влияние стрУКтУры металла трУб
на механичесКие сВойстВа сВарных соеДинений,
Выполненных КонтаКтной сВарКой оплаВлением
С. И. КУЧУК-ЯЦЕНКО, Б. И. КАЗЫМОВ, В. Ф. ЗАГАДАРЧУК
иЭс им. е. о. патона нан Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
технология контактной сварки оплавлением занимает достаточное место в различных отраслях промышленности, в
том числе при сварке труб различного назначения. при высоком качестве соедиинений в целом ряде случаев наблюда-
ются выпады показателей свойств. В работе рассмотрены причины таких выпадов и их связь с исходной структурой
металла труб. Установлено, что формирование участков со структурной неоднородностью в соединениях обусловлено
структурой и объемом сегрегационных полос неметаллических включений в стали и не связано с технологическими
параметрами сварки. при сварке современных трубных сталей, полученных контролируемой прокаткой, обеспечиваются
требуемые механические свойства соединений. библиогр. 10, табл. 1, рис. 8.
К л ю ч е в ы е с л о в а : трубопроводы, контактная сварка оплавлением, качество соединений, неразрушающий кон-
троль, стандарты, механические испытания, испытания на изгиб, расслоения, трещины, неметаллические включения,
ликвационные полосы, структурная неоднородность, браковочные признаки
Контактная стыковая сварка оплавлением (Ксо)
успешно используется в различных отраслях про-
мышленности, в том числе при сварке труб раз-
личного назначения. технологии и оборудование
для этого способа сварки, разработанные в иЭс
им. е. о. патона нан Украины, нашли широкое
применение при строительстве различных трубо-
проводов. процесс сварки полностью автомати-
зирован. при этом контролируются параметры,
что обеспечивает высокую стабильность качества
соединений. Кроме этого, проводится неразруша-
ющий контроль сварных соединений с исполь-
зованием современных систем ультразвукового
контроля (УЗК). при выполнении сварочных ра-
бот периодически проводятся механические ис-
пытания контрольных партий образцов, вырезан-
ных из сваренных кольцевых стыков. испытания
проводятся по методикам, утвержденным норма-
тивными документами, предусмотренными ве-
домственными и государственными стандартами.
Ведомственные стандарты учитывают специфиче-
ские условия работ при строительстве и обслужи-
вании трубопроводных систем, государственные
охватывают более широкие области применения
технологий, сварочных материалов.
В последнее десятилетие проводится гармониза-
ция ведомственных и государственных стандартов с
международными стандартами. при строительстве
сухопутных трубопроводов широко используется
международный стандарт API 1104 [1].
В иЭс им. е. о. патона нан Украины нако-
плен большой опыт использования технологий
Ксо при строительстве сухопутных трубопрово-
дов, в частности, результаты всесторонних меха-
нических испытаний соединений кольцевых швов
из различных сталей, а также неразрушающего
контроля (УЗК, рентген-контроля) и операцион-
ного контроля параметров режима сварки [2].
изучение этих данных показывает, что соеди-
нения труб, выполненные Ксо, отличаются высо-
кими и стабильными показателями по сравнению
с другими способами, применяющимися для свар-
ки труб в полевых условиях, что подтверждается
публикациями организаций, использующих тех-
нологии и оборудование Ксо [3]. анализ имею-
щихся данных показывает также, что при сварке
некоторых партий труб отмечается несовпадение
результатов механических испытаний и других
видов контроля. при отсутствии каких-либо де-
фектов по результатам неразрушающего и опе-
рационного контроля при испытаниях отдельных
образцов на изгиб, наблюдались выпады показате-
лей ниже допустимых пределов, что приводило к
необходимости повторных испытаний.
Целью проведенных исследований было опре-
деление причин появления таких выпадов и влия-
ние на них структуры и химического состава ста-
ли труб.
Для исследований были взяты кольцевые соеди-
нения труб диаметром 1420 мм из стали класса проч-
ности х60 толщиной стенки 19 мм и стали класса
прочности х70 толщиной стенки 16 мм. сварка вы-
полнялась на машине К700 с использованием опти-
мальных режимов, принятых для указанных толщин
стенки труб в соответствии с Всн 006-89 [4]. Все-
го было исследовано по 18 стыков труб из стали
© с. и. Кучук-яценко, б. и. Казымов, В. Ф. Загадарчук, 2017
НАУ НО-ТЕ Н ЕСК Й РАЗДЕЛ
6 - АВТОМАТ ЕСКАЯ СВАРКА, ,
каждого класса прочности. механические испы-
тания сварных соединений образцов каждой ста-
ли проводились в соответствии с международным
стандартом API 1104 [1], а также межгосудар-
ственным стандартом Гост 6996–66 [5].
В каждой партии половина образцов ис-
пытывалась по стандарту API 1104, вторая — по
Гост 6996–66. результаты механических испы-
таний сварных соединений приведены в таблице.
механические свойства металла труб имели сле-
дующие показатели нормативного предела проч-
ности: трубы класса прочностит х60 — 540 мпа,
трубы класса прочности х70 — 588 мпа. при-
водим химический состав металла двух партий
труб. сталь класса прочности х60, мас. %: 0,18 C;
0,42 Si, 1,50 Mn; 0,018 S; 0,014 P; 0,04 Ni; 0,02 Cr;
0,04 Cu. сталь класса прочности х70, мас. %:
0,07 C; 0,31 Si; 1,53 Mn; 0,004 S; 0,017 P; 0,27 Ni;
0,002 Cr.
металлографические исследования проводи-
ли на световом микроскопе «неофот-32», анализы
химического состава поверхности изломов соеди-
нений — на оже-микрозонде JAMP 9500F фирмы
«JEOL» (япония).
на рис. 1 приведены макрошлифы соединений
сталей класса прочности х60 и х70. при одина-
ковой ширине зоны термического влияния (ЗтВ)
макроструктура соединений отличается, что обу-
словлено структурой основного металла труб. В
обеих партиях структура основного металла име-
ет полосчатость. металл труб из сталей класса
прочности х60 (рис. 2, а) имеет по сравнению с
металлом труб класса прочности х70 более высо-
кий балл полосчатости 5 согласно Гост 5640. по-
лосчатость стали класса прочности х70 (рис. 2, б)
соответствует баллу 2. более существенно стали
отличаются содержанием неметаллических вклю-
чений. В стали класса прочности х60 содержание
неметаллических включений в полосах проката
больше и оценивается баллом 4 по Гост 1778.
Цепочки неметаллических включений формиру-
ют непрерывные линии (рис. 2, в). В стали класса
прочности х70 это отдельные мелкие включения
рис. 1. макроструктура кольцевых соединений труб из ста-
лей класса прочности х60 (а) и х70 (б)
рис. 2. микроструктура (×100) основного металла труб из сталей класса прочности х60 (а) и х70 (б); в — цепочки неме-
таллических включений в стали класса х60 (×500); г — отдельные мелкие неметаллические включения в стали класса х70
(×500)
НАУ НО-ТЕ Н ЕСК Й РАЗДЕЛ
7 - АВТОМАТ ЕСКАЯ СВАРКА, ,
не более 3-х баллов (рис. 2, г). по химическому
составу включения в обеих сталях представляют
собой сульфиды, оксиды и силикаты. согласно
химическому составу металла (таблица) содержа-
ние серы в стали труб класса х60 в 3 раза выше,
чем в стали класса прочности х70. Это дает ос-
нования полагать, что в сегрегационных полосах
стали класса прочности х60 преобладают сульфи-
ды марганца. структура металла по линии соеди-
нения и примыкающих к ней участков крупнозер-
нистая (рис. 3, а). образующаяся структура линии
соединения представляет собой полиэдрический
феррит. на участке крупного зерна микрострук-
тура представляет собой пластинчатый феррит с
упорядоченной второй фазой. размер первичных
зерен аустенита достигает № 2 и № 3 по Гост
5639–82 для соединений труб класса прочности
х60 (рис. 3, а) и № 3 и № 4 для соединений труб
класса прочности х70 (рис. 3, б).
В металле труб класса прочности х70 отсут-
ствуют строчечные неметаллические включения
(рис. 2, г). Это можно объяснить более совершен-
ной технологией производства таких сталей мето-
дом контролируемой прокатки.
В таблице приведены результаты механиче-
ских испытаний сварных соединений, выполнен-
ных согласно требованию API 1104 и межгосу-
дарственного стандарта Гост 6996–66. Главным
отличием Гост 6996–66 от API 1104 является бо-
лее жесткие испытания образцов сварных соеди-
нений на изгиб. сравнение результатов испыта-
ний показывает, что при испытаниях на растяжение
предел прочности соединений труб находится на
уровне, соответствующем показателям основного
металла указанных сталей. результаты испытаний
сварных соединений на изгиб всех партий образцов
по методике API 1104 также соответствуют требо-
ваниям этого стандарта. при испытаниях на изгиб
партий образцов по методике Гост 6996–66 наблю-
дались отдельные выпады показателей ниже до-
пустимого уровня. Это обусловлено появлением
трещиноподобных раскрытий (рис. 4, а) и рассло-
ений наружных слоев образцов (рис. 4, б), подвер-
гающихся растяжению при изгибе. В большинстве
случаев трещина и последующее расслоение на-
чиналось в местах выхода на поверхность ликва-
ционных полос и разрушение образца происходи-
ло после уменьшения площади сечения образца,
если его изгиб продолжался. Зарождение началь-
ной трещины происходило на отдельных участ-
ках растягиваемой поверхности в зависимости от
ширины ликвационной полосы, выходящей на по-
верхность образца после его обработки и снятия
усиления сварного шва — грата.
Как видно из рис. 5, а [6], угол изгиба волокон
и ликвационных прослоек имеет максимальное
значение в центре шва и снижается по мере удале-
Механические свойства кольцевых стыков труб (количество стыков — 9)
способ оценки Класс
прочности
предел
прочности, мпа
место
разрушения
испытания на изгиб
Угол загиба, град Качество шва
испытания
по Гост 6996-66
х60 541...563
555 по основному металлу и шву
>70 (7 стыков) норма
<70 (2 стыка) брак
х70 599...619
612 по основному металлу
>70 (8 стыков) норма
<70 (1 стык) брак
испытания
по API 1104
х60 547...569
559 – “ – 180 норма
х70 589...611
602 – “ – 180 – “ –
рис. 3. микроструктура металла соединения сталей класса
прочности х60 (а, ×100) и х70 (б, ×200)
рис. 4. Дефекты соединений труб, выполненных Ксо: тре-
щиноподобное раскрытие (а); расслоение наружного слоя (б)
НАУ НО-ТЕ Н ЕСК Й РАЗДЕЛ
8 - АВТОМАТ ЕСКАЯ СВАРКА, ,
ния волокон от центра к поверхности листа. при
этом максимальная деформация сжатия нагретых
приконтактных слоев металла наблюдается в цен-
тре сварного шва, а по мере удаления от центра
полосы претерпевают сжатие с изгибом, крайние
слои испытывают растягивающие напряжения,
воздействующие на ликвационные прослойки и
снижающие их плотность. В большинстве слу-
чаев надрывы и трещины в зоне растяжения по-
верхностных слоев происходят в местах выхода
ликвационных прослоек на поверхность сварных
образцов на расстоянии 2...3 мм от центра шва
(рис. 5, б). Это обусловлено увеличением толщи-
ны сегрегаций в результате «раскрытия» ликваци-
онного слоя при его деформации, а также пони-
женными механическими свойствами участков с
неметаллическими включениями.
Как показывают проведенные исследования, ани-
зотропия механических свойств характерна для ос-
новного металла труб из стали класса прочности
х60 диаметром 1420 мм производства 1990-х годов.
при исследованиях на разрыв образцов, вырезан-
ных вдоль проката и в направлении, перпендикуляр-
ном поверхности проката, отношение σп.пр/σв в от-
дельных случаях составляло К = σп.пр/σв = 0,8, где
σв — прочность металла труб вдоль проката, σп. пр
— прочность металла труб поперек проката. также
имели место низкие показатели ударной вязкости
KCV основного металла этих труб, испытанных по
толщине стенки с надрезом, расположенным вдоль
направления прокатки. при комнатной темпера-
туре минимальные показатели KCV составляли
32,3 Дж/см2, а при температуре минус 20 °с снижа-
лись до 14,5 Дж/см2.
В некоторых образцах сварных соединений
при испытаниях на изгиб наблюдались трещи-
ны небольшой протяженности по линии сварки
(рис. 6). при этом угол изгиба образцов состав-
лял 180° и состояние шва по наличию и допу-
стимой величине трещин соответствовало тре-
бованиям арI 1104. при этом такие образцы не
отвечали требованию Гост 6996–66. при визу-
альном осмотре таких образцов, после доведения
их до полного разрушения за счет дополнитель-
ного изгиба, на поверхности излома обнаружива-
лись участки, где на фоне кристаллического изло-
ма имелись участки, отличающиеся от остальной
поверхности излома неразвитым рельефом и тем-
ной окраской (рис. 7). такие дефекты в практике
контактной сварки получили определение «ма-
товые пятна» (мп) [7]. степень влияния мп на
показания испытаний на изгиб определяется их
площадью и местом расположения на плоскости
соединения. если мп расположено на участке,
подвергающемуся растяжению, то показатели ис-
пытаний могут снижаться даже при небольшой
площади мп (16…20 мм2). при испытаниях на
растяжение наличие мп площадью 30...50 мм2 не
влияет на результаты испытаний. при исследова-
нии микроструктуры мп на сканирующем элек-
тронном микроскопе установлено, что она носит
ямочный характер (рис. 8). В ямках наблюдаются
многочисленные мелкие неметаллические вклю-
чения. по своему составу эти включения не отли-
чаются от неметаллических включений на основе
мn, Si, S и Fe, входящих в состав стали труб клас-
са прочности х60. Эти данные позволяют сделать
вывод о том, что на формирование мп оказыва-
ют влияние неметаллические включения, содер-
жащиеся в основном металле труб. рассматривая
различные возможности попадания их в сварное
соединение из ликвационных полос, можно пред-
положить, что участок ликвационной полосы при
ее деформации может располагаться по плоскости
соединения. Это предположение допустимо, если
считать, что угол изгиба ликвационных полос при
деформации близок к 90°. подобное формирова-
рис. 6. Внешний вид образца с трещиной по линии сварки
рис. 5. схема сварного соединения (а) и место выхода ликва-
ционной полосы на поверхность стенки трубы (б): 1 — линия
соединения; 2 — полосы проката; αн — угол изгиба полос
проката у поверхности; αв — угол изгиба полос проката в се-
редине соединения
НАУ НО-ТЕ Н ЕСК Й РАЗДЕЛ
9 - АВТОМАТ ЕСКАЯ СВАРКА, ,
ние структуры в процессе деформации проката
рассматривалось в работе [8] применительно к
сварке труб трением. было показано, что сниже-
ние пластических свойств обусловлено ориента-
цией ликвационных полос параллельно плоскости
сварки. Как видно из схемы сварного соединения
(рис. 5, а), выполненного Ксо, угол изгиба даже
в центре шва не превышает 30°. поэтому в сое-
динение при деформации может выйти незначи-
тельная часть «материала» ликвационной поло-
сы и ее влияние на формирование шва не будет
существенным.
более вероятным представляется формирование
мп из расплава жидкого металла, постоянно обнов-
ляющегося на торцах деталей при оплавлении [9]. В
работе [10], выполненной в иЭс им. е. о. патона
нан Украины, было показано, что полость в тор-
цах, имитирующая неметаллические включения в
металле и заполненная «материалом» ликвационной
полосы – неметаллическими включениями, приво-
дит на этом участке поверхности к образованию со-
единения с дефектом типа мп.
аналогичное явление возможно, если ликваци-
онная полоса имеет достаточно большой объем.
ее «материал», взаимодействуя с расплавом, кото-
рый формируется на торцах свариваемых деталей
в процессе оплавления перед осадкой, обогащает
его на отдельных участках и этим создает условия
для образования мп.
при небольших размерах мп до 15 мм2 суще-
ственного влияния на показания механических
свойств сварных соединений при испытании на
изгиб и растяжение не наблюдается. при большей
площади мп показатели испытаний на изгиб сни-
жаются. следует отметить, что мп крайне редко
встречались при испытании соединений из стали
класса прочности х70, а их размеры не превыша-
ли 15 мм2. В сварных соединениях из стали класса
прочности х60 вероятность появления мп значи-
тельно больше, их площадь достигала 30 мм2. Это
подтверждает взаимосвязь появления мп с содер-
жанием в стали неметаллических включений. В
основном металле стали класса х60 наблюдают-
ся наиболее крупные сегрегационные полосы, ко-
торые содержат сульфиды мn, образующие хруп-
кие прослойки в металле. содержание серы в этой
стали почти в 3 раза превышает ее уровень в ста-
ли класса прочности х70.
из сравнения показателей механических ис-
пытаний образцов сварных соединений из сталей
класса прочности х60 и х70 на изгиб по стан-
дартам API 1104 и Гост 6996–66 видно, что все
выпады ниже нормативных значений приходятся
на испытания по Гост 6996–66 образцов из ста-
ли класса прочности х60. Это обусловлено приня-
той схемой вырезки образцов из сварного соедине-
ния. при испытаниях по Гост 6996–66 растяжение
при изгибе приходится на волокна, примыкающие к
наружной или внутренней поверхности трубы, сте-
пень их удлинения при одинаковом радиусе изгиба
увеличивается с увеличением толщины образца. при
испытаниях по методике API 1104 толщина изгибае-
мого образца остается постоянной, а ширина пропор-
циональна толщине стенки трубы. Все волокна, не-
зависимо от изменения угла изгиба образца сварного
соединения, подвергаются одинаковому растяжению.
поэтому результаты испытаний по стандарту API1104
более объективно отражают пластические свойства ме-
талла на разных участках как в плоскости соединения,
так и сварного шва в целом. приведенные данные под-
тверждают целесообразность применения стандарта
API 1104 при оценке уровня механических свойств со-
единений, выполненных Ксо независимо от толщины
стенки труб.
при оценке качества соединений по результатам
механических испытаний на изгиб необходимо при-
нимать во внимание особенности структуры ста-
ли свариваемых труб, наличие в основном металле
большого количества сегрегационных включений,
особенно сульфидов, которые могут вызывать появ-
ление расслоений в образцах при испытаниях.
появление отдельных трещин и расслоений в
образцах при испытании на изгиб и снижение по-
рис. 7. мп на поверхности излома
рис. 8. микроструктура поверхности излома соединения на
участке мп
НАУ НО-ТЕ Н ЕСК Й РАЗДЕЛ
10 - АВТОМАТ ЕСКАЯ СВАРКА, ,
казателей ниже требуемого уровня не могут быть
основанием для негативного заключения по всей
контрольной партии. повторные испытания по-
зволяют установить, является ли трещина (или
расслоение) единичной на поверхности образца
или она обнаруживается на образцах, вырезан-
ных, на других участках соединения.
наличие отдельных трещин, как приведено в
рассмотренном случае, не является браковочным
признаком, даже если угол изгиба был ниже нор-
мативных требований. появление трещин по всей
ширине образца или на образце(ах) соседних с
ним(и) свидетельствует о необходимости коррек-
тировки режимов Ксо. при испытаниях на изгиб
образцов из сварных стыков стальных труб класса
прочности х60 и х70 толщиной более 10 мм на-
личие в изломах мп площадью до 15 мм2 не сле-
дует считать браковочным признаком и основани-
ем для корректировки параметров режима сварки.
проведенные исследования позволяют сде-
лать следующие обобщения: при Ксо труб в
зоне сварного соединения формируются участ-
ки со структурной неоднородностью, которые
могут стать очагами развития расслоений и тре-
щин при испытании образцов на изгиб; формиро-
вание таких участков определяется структурой и
объемом сегрегационных полос неметаллических
включений в стали и не связано с технологически-
ми параметрами сварки; при сварке современных
трубных сталей класса прочности х70...х80, от-
личающихся более высокими требовыаниями к
чистоте, наличие участков структурной неодно-
родности в сварных швах практически не влия-
ет на результаты механических испытаний; при
испытании больших партий образцов на изгиб в
некоторых из них наблюдались трещиноподоб-
ные раскрытия по центру шва, что было обуслов-
лено образованием на этих участках структурной
неоднородности, характеризуемой как «матовые
пятна». Установлено, что их химический состав
близок к составу неметаллических включений
ликвационных полос основного металла. Веро-
ятность появления «матовых пятен» выше при
сварке сталей, отличающихся повышенным со-
держанием неметаллических включений. если
их площадь не превышает 15 мм2, они не влияют
на результаты механических испытаний исследо-
ванных партий образцов сталей класса прочно-
сти х60 и х70; сравнение результатов испытаний
сварных соединений Ксо труб из различных ста-
лей показывает, что методика испытаний, пред-
усмотренная стандартом API 1104, позволяет бо-
лее объективно оценивать свойства соединений
труб, отличающихся различным составом сталей
и толщиной стенки.
Список литературы
1. API Standart 1104. Welding of Pipelines and Related
Factilities ASME Boiler and Pressure Vessel, 19 ed., 1999.
2. Кучук-яценко с. и. Контактная стыковая сварка оплав-
лением. – Киев: наукова думка, 1992. – 236 с.
3. мазур и. и., серафин о. м., Карпенко м. п. Электро-
контактная сварка трубопроводов: пути совершенство-
вания // строительство трубопроводов. – 1988. – № 4. –
с. 8–11.
4. Всн 006-89 Ведомственные строительные нормы. стро-
ительство магистральных и промысловых трубопрово-
дов. сварка: 1989-07-01, миннефтегазстрой.
5. Гост 6996–66. сварные соединения. методы определе-
ния механических свойств. – москва: изд-во стандартов.
6. пластичность соединений трубных сталей при контакт-
ной стыковой сварке / с. и. Кучук-яценко и др. // авто-
матическая сварка. – 1980. – № 2. – с. 1–8.
7. Кучук-яценко с. и., Швец Ю. В., Швец В. и. Влияние
неметаллических включений в трубных сталях класса
прочности х65...х80 на показатели ударной вязкости
сварных соединений, выполненных контактной сты-
ковой сваркой оплавленим // там же. – 2014. – № 12. –
с. 5–10.
8. Dunkerton S. B. Toughness Properties of Friction Welds
in Steels // Welding Research. Supplement to the Welding
Journal. – 1986. – № 8. – 193-s.–202-s.
9. Дефекты соединений высокопрочных рельсов, выпол-
ненных контактной стыковой сваркой оплавлением /
с. и. Кучук-яценко и др. // автоматическая сварка. –
2013. – № 9. – с. 3–9.
10. образование матовых пятен в соединениях, выполнен-
ных контактной стыковой сваркой / с. и. Кучук-яценко
и др. // там же. – 1984. – № 11. – с. 23–26.
с. І. Кучук-яценко, б. І. Казимов,
В. Ф. Загадарчук
ІеЗ ім. Є. о. патона нан України.
03680, м. Київ-150, вул. Казимира малевича, 11.
E-mail: office@paton.kiev.ua
ВплиВ стрУКтУри металУ трУб на механІчнІ
ВластиВостІ ЗВарних З’ЄДнанЬ, ВиКонаних
КонтаКтним ЗВарЮВанням оплаВленням
технологія контактного зварювання оплавленням займає
достатнє місце в різних галузях промисловості, в тому чис-
лі при зварюванні труб різного призначення. при високій
якості з’єднань в цілому ряді випадків спостерігаються ви-
пади показників властивостей. В роботі розглянуті причини
таких випадів та їх зв’язок з первинною структурою металу
труб. Встановлено, що формування ділянок із структурною
неоднорідністю в з’єднаннях обумовлено структурою і обся-
гом сегрегаційних смуг неметалевих включень в сталі та не
пов’язане з технологічними параметрами зварювання. при
зварюванні сучасних трубних сталей, отриманих контрольо-
ваною прокаткою, забезпечуються необхідні механічні вла-
стивості з’єднань. бібліогр. 10, табл. 1, рис. 8.
Ключові слова: трубопроводи, контактне зварювання оплав-
ленням, якість з’єднань, неруйнівний контроль, стандарти,
механічні випробування, випробування на вигин, розшару-
вання, тріщини, неметалеві включення, лікваційні смуги,
структурна неоднорідність, бракувальні ознаки
поступила в редакцию 23.02.2017
|