ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Сварка оказывает большое влияние на работоспособность создаваемых конструкций, эксплуатируемых в условиях низких климатических температур, вследствие снижения сопротивляемости зарождению и распространению трещин в зоне термического влияния и металла шва. Несмотря на существующее достаточно большое количество способов повышения надежности сварных соединений некоторые из них сейчас полностью исчерпали свои возможности, а другие не доведены до стадии широкого практического применения. Поэтому разработка необходимой специальной технологии сварки в условиях низких температур остается актуальной проблемой. Цель работы: изыскание путей повышения надежности сварных соединений металлоконструкций ответственного назначения при сварке в условиях низких температур. В работе исследованы сварные соединения стали 09Г2С, полученные сваркой на постоянном токе и в режиме импульсной низкочастотной модуляции тока в условиях положительных (+20 оС) и отрицательных (-45 оС) температур окружающего воздуха с применением трех новых марок сварочных электродов. Методами исследования являются механические испытания на статистическое растяжение и на ударный изгиб образцов сварных соединений, а также спектральный анализ химического состава и металлографические исследования металла шва. Результаты и обсуждение. Выявлено, что эксплуатационные показатели металлоконструкций зависят от выбора способа и температуры выполнения сварки, а также характеристик сварочного материала. Установлено, что для повышения значений ударной вязкости образцов, сваренных в условиях отрицательных температур методом адаптивной импульсно-дуговой сварки, требуется увеличение тепловложения, относительно погонной энергии, реализуемой в процессе сварки образцов при положительной температуре. Подтверждён эффект измельчения структуры металла шва при использовании адаптивной импульсно-дуговой сварки покрытыми электродами, в том числе и в условиях отрицательной температуры окружающего воздуха (вплоть до -45 °С). Представленные результаты подтверждают перспективность развиваемого подхода, направленного на получение новых классов материалов и изделий из них, предназначенных для работы в условиях Севера и Арктики.
Сараев Юрий Николаевич
Голиков Николай Иннокентьевич
Сидоров Михаил Михайлович
Максимова Екатерина Михайловна
Семенов Сергей Владимирович
Перовская Марина Владимировна
1. Хладостойкость материалов и элементов конструкций: результаты и перспективы / В.П. Ларионов [и др.]; отв. ред. В.В. Филиппов. – Новосибирск: Наука, 2005. – 290 с. – ISBN 5-02-032442-6.
2. Повышение прочности сварных металлоконструкций, горнодобывающей и транспортной техники в условиях Севера / О.И. Слепцов [и др.]; отв. ред. С.П. Яковлева. – Новосибирск: Наука, 2012. – 183 с. – ISBN 978-5-02-019108.
3. Солнцев Ю.П., Титова Т.И. Стали для Севера и Сибири. – СПб.: Химиздат, 2002. – 352 c. – ISBN 5-93808-049-5.
4. Wang J.-M., Wu S.-T. Implementation of an improved power supply with simple inverters for arc welding machine // International Transactions on Electrical Energy Systems. – 2015. – Vol. 25, iss. 6. – P. 1075–1082. – doi: 10.1002/etep.1890.
5. Investigation of the stability of melting and electrode metal transfer in consumable electrode arc welding using power sources with different dynamic characteristics / Yu.N. Saraev, D.A. Chinakhov, D.I. Ilyashchenko, A.S. Kiselev, A.S. Gordynets // Welding International. – 2017. – Vol. 31, iss. 10. – P. 784–790. – doi: 10.1080/09507116.2017.1343977.
6. Low temperature impact toughness of structural steel welds with different welding processes / H.-S. Shin, K.-T. Park, C.-H. Lee, K.-H. Chang, V.N. Van Do // KSCE Journal of Civil Engineering. – 2015. – Vol. 19, iss. 5. – P. 1431–1437. – doi: 10.1007/s12205-015-0042-8.
7. Повышение прочности сварных конструкций для Севера / О.И. Слепцов, В.Е. Михайлов, В.Г. Петушков, Г.П. Яковлев, С.П. Яковлева. – Новосибирск: Наука, 1989. – 223 с. – ISBN 5-02-028754-7.
8. In situ strain and temperature measurement and modelling during arc welding / J. Chen, X. Yu, R.G. Miller, Z. Feng // Science and Technology of Welding and Joining. – 2015. – Vol. 20, iss. 3. – P. 181–188. – doi: 10.1179/1362171814Y.0000000270.
9. Influence of Y on microstructures and mechanical properties of high strength steel weld metal / Y.C. Cai, R.P. Liu, Y.H. Wei, Z.G. Cheng // Materials and Design. – 2014. – Vol. 62. – P. 83–90. – doi: 10.1016/j.matdes.2014.02.057.
10. Liu C., Bhole S.D. Challenges and developments in pipeline weldability and mechanical properties // Science and Technology of Welding and Joining. – 2013. – Vol. 18, iss. 2. – P. 169–181. – doi: 10.1179/1362171812Y.0000000090.
11. Sharma S.K., Maheshwari S. A review on welding of high strength oil and gas pipeline steels // Journal of Natural Gas Science and Engineering. – 2017. – Vol. 38. – P. 203–217. – doi: 10.1016/j.jngse.2016.12.039.
12. Пояркова Е.В. Эволюция структурно-механической неоднородности материалов сварных элементов конструкций в рамках концепции иерархического согласования масштабов: дис. ... д-ра техн. наук: 05.16.09. – Уфа, 2015. – 392 с.
13. Остсемин А.А. Прочность и напряженное состояние несимметричных механически неоднородных сварных соединений с непроваром в центре шва при двухосном нагружении // Проблемы прочности. – 2009. – № 5. – С. 154–168.
14. Saraev Y. Adaptive pulse-arc welding methods for construction and repair of the main pipelines // Welding – HIGH-TECH Technology in 21st century: 2nd South-East European IIW International Congress, Sofia, Bulgaria, October 21st–24th 2010: proceedings. – Sofia, 2010. – P. 174–177.
15. Saraev Y.N., Bezborodov V.P. Effect of the energy parameters of the welding process on the structure and properties of welded joints in low-alloy steels // Welding International. – 2013. – Vol. 27, iss. 9. – P. 678–680. – doi: 10.1080/09507116.2012.753276.
16. Improving the reliability of metallic structures in service in the conditions with low climatic temperatures by efficient application of advanced methods of modification of the zone of the welded joint / Yu.N. Saraev, V.P. Bezborodov, S.V. Gladkovskiy, N.I. Golikov // Welding International. – 2017. – Vol. 31, iss. 8. – P. 631–636. – doi: 10.1080/09507116.2017.1307512.
17. Ларионов В.П. Электродуговая сварка конструкций в северном исполнении. – Новосибирск: Наука, 1986. – 256 с.
18. Аммосов А.П. Термодеформационные процессы и разрушение сварных соединений. – Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1988. – 136 с.
19. Сварка в машиностроении. В 4 т. Т. 3: справочник / под ред. В.А. Винокурова. – М.: Машиностроение, 1979. – 567 с.
20. Леонов В.П., Мизецкий А.В. Влияние локальных остаточных сварочных напряжений на начальную стадию развития трещин в сварных соединениях // Вопросы материаловедения. – 2008. – № 4 (56). – С. 54–65.
21. Temperature distribution and residual stresses due to multipass welding in type 304 stainless steel and low carbon steel weld pads / S. Murugan, S.K. Rai, P.V. Kumar, T. Jayakumar, B. Raj, M.S.C. Bose // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2001. – Vol. 78, iss. 4. – P. 307–317. – doi: 10.1016/S0308-0161(01)00047-3.
22. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках / под ред. В.И. Труфякова. – Киев: Наукова думка, 1990. – 256 с. – ISBN 5-12-009392-2.
23. Матохин Г.В., Воробьев А.Ю. Игуменов А.А. Оценка влияния остаточных сварочных напряжений на предел выносливости различных зон сварных соединений феррито-перлитных сталей // Сварка и диагностика. – 2015. – № 1. – С. 32–34.
24. Terada H. Stress intensity factor analysis and fatigue behavior of a crack in the residual stress field of welding // Journal of ASTM International. – 2005. – Vol. 2, iss. 5. – P. 1–11. – doi: 10.1520/JAI12558.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ, проект № 16-19-10010.
Поисковые исследования повышения надежности сварных металлоконструкций ответственного назначения, эксплуатируемых в условиях Севера / Ю.Н. Сараев, Н.И. Голиков, М.М. Сидоров, Е.М. Максимова, С.В. Семенов, М.В. Перовская // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 4 (77). – С. 30–42. – doi: 10.17212/1994-6309-2017-4-30-42.
Saraev Y.N., Golikov N.I., Sidorov M.M., Maksimova E.M., Semenov S.V., Perovskaya M.V. Exploratory research of reliability improvement of high-duty welded metal constructions operated under the conditions of the North. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2017. no. 4 (77), pp. 30–42. doi: 10.17212/1994-6309-2017-4-30-42. (In Russian).
