Obrabotka Metallov. 2017 no. 4(77)

OBRABOTKAMETALLOV № 4 (77) 2017 31 MATERIAL SCIENCE разрушения конструкций связаны с накоплением технологических эксплуатационных поврежде- ний и возникновением хрупких трещин в зонах их сварного соединения. В целом поток аварий металлоконструкций, эксплуатирующихся в ус- ловиях зимнего периода по сравнению с летним, увеличивается в 2-3 раза, по некоторым данным до 4... 6 раз, что наносит экономике России боль- шие убытки [1–3]. Помимо длительного воздействия низких температур существуют другие факторы, услож- няющие эксплуатацию конструкций в условиях северной и арктической зоны. В частности, про- ведение сварочных работ в условиях отрица- тельных температур окружающего воздуха, при котором увеличивается скорость охлаждения сварных соединений, уменьшается диффузия водорода. В результате снижаются температу- ры структурных превращений, существенно по- нижается удаление водорода из зон, склонных к образованию холодных трещин, смещаются в сторону положительных температур критиче- ские температуры хрупкости [1]. Сварка, как основной метод металлообра- ботки, применяемый при создании конструкций ответственного назначения, оказывает большое влияние на прочностные свойства создаваемых конструкций, работающих в различных услови- ях эксплуатации и климатических температур. Обеспечение требуемых свойств выполняется выбором сварочных материалов, режима свар- ки и подогрева с учетом естественного рассея- ния ряда технологических параметров сварки, а также характеристик основного и сварочных материалов [4–7]. Общими недостатками ис- пользуемых технологий является появление в неразъемных соединениях зон структурной не- однородности, которые определяют поведение металлоконструкции на протяжении всего её жизненного цикла [8–13]. В настоящее время, несмотря на существу- ющее довольно большое количество способов повышения технологической и эксплуатацион- ной прочности сварных соединений, некоторые из них полностью исчерпали свои возможно- сти, а другие не доведены до стадии широкого практического применения. Поэтому разработка необходимой специальной технологии сварки в условиях низких температур остается актуаль- ной научно-технической задачей, направленной на решение проблемы повышения надежности и безопасности изделий техники и конструкций, эксплуатируемых в условиях Севера и Арктики. Следует признать, что радикальное решение проблемы создания неразъемных соединений с высокими прочностными и эксплуатационными свойствами при снижении их ресурсо- и энер- гоемкости требует нетрадиционных подходов. Одним из перспективных направлений такого подхода является применение методов сварки, основанных на реализации алгоритмов импульс- ного управления энергетическими параметрами процесса. Цель работы: изыскание путей повышения надежности сварных соединений металлокон- струкций ответственного назначения при сварке в условиях низких температур. Методики исследований и материалы Для исследований были подготовлены под сварку пластины размерами 150×300×12 мм из листовой стали 09Г2С, скосом кромок (25±2)°. Пластины были собраны встык в специальном кондукторе с зазором 2,5…3,0 мм, исключающим коробление пластин в процессе и после сварки. Сварку осуществляли в три прохода электрода- ми диаметрами 3,0 и 4,0 мм на постоянном токе (СПТ) и с модуляцией тока (СМТ) – метод адап- тивной импульсно-дуговой сварки. Конструк- тивные элементы свариваемых образцов и раз- меры швов выполнены в соответствии с ГОСТ 5264–80. Перечень использованных электродов и их химический состав приведены в табл. 1. При сварке с модуляцией тока в выходную цепь источника питания дополнительно включался специальный полупроводниковый коммутатор тока, работающий по принципу импульсно регу- лируемого сопротивления. В этом случае благо- даря полупроводниковому ключу электрическая дуга получает питание от двух чередующихся по определенной программе энергетических уров- ней источника питания: высокий энергетиче- ский уровень (импульс), на интервале которого происходит высококонцентрированное выде- ление на дуге энергетического потока, способ- ствующего быстрому нагреву зоны соединения, и низкий энергетический уровень (пауза), на интервале которого происходит частичное осты- вание расплавленного металла, уменьшение его