Обработка металлов

Оценка сварочно-технологических свойств электродных покрытий основного типа различных производителей электродов для сварки трубных деталей и сборочных единиц поверхностей теплообмена котлоагрегатов

Том 26, № 2 Апрель - Июнь 2024

Авторы:

Карлина Юлия Игоревна,

Кононенко Роман Владимирович,

Попов Максим Алексеевич,

Дерюгин Федор Федорович,

Бянкин Владислав Евгеньевич

DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2024-26.2-71-94

Скачать полный текст (RU)

Интерактивный просмотр (RU)

Скачать полный текст (EN)

Интерактивный просмотр (EN)

Аннотация
Авторы
Список литературы

Аннотация

Введение. В энергетической промышленности внедряются новые марки высокопрочных сталей, процессы обработки и ремонта. В то же время ручная дуговая сварка остается основным технологическим процессом при ремонте оборудования в условиях тепловых электростанций. Сварочные материалы, используемые при ремонте оборудования, должны обеспечивать сопоставимые с основным металлом механические свойства сварного шва. Сварочная промышленность уже давно сталкивается с проблемой высокой чувствительности электродов с основным типом к впитыванию влаги. Высокая склонность к холодному растрескиванию, вызванная диффузионным водородом, и водородное охрупчивание представляют собой основные препятствия на пути более широкого использования электродов с основным типом покрытия для сварки высокопрочных сталей. Поступление водорода при дуговой сварке является результатом присутствия водорода в атмосфере дуги, загрязненного водородом присадочного материала или локальных остатков водорода на исходном материале. Во время сварки молекулярный водород дислоцирует под действием энергии дуги и затем легко поглощается расплавленным материалом. В настоящее время на рынке сварочных материалов присутствуют электроды с основным покрытием известных и проверенных марок, выпускаемые различными отечественными и иностранными производителями. Однако на практике встречаются случаи образования холодных трещин в сварном шве после сварки. Цель работы. Провести оценку сварочно-технологических свойств электродных покрытий основного типа различных производителей. В работе исследованы образцы, наплавленные электродами ТМУ-21У и ЦУ-5 разных производителей, и определено содержание диффузионно-подвижного водорода в наплавленном металле. Методами исследования являются механические испытания на статистическое растяжение, анализ химического состава и металлографические исследования. Определение содержания водорода, вызванного сваркой, может осуществляться с помощью различных методов количественного элементного анализа. Все методы испытаний включают сварку в определенных условиях с последующей как можно более быстрой глубокой заморозкой испытуемых образцов. Таким образом подавляются нежелательные процессы диффузии и сохраняется водород, введенный в металл сварного шва. Впоследствии диффундирующий водород десорбируется из испытуемых образцов контролируемым образом. Результаты и обсуждение. Оценка сварочно-технологических свойств электродов выявила неустойчивое горение дуги. Механические свойства наплавленного металла исследуемых электродов находятся на минимально допустимом уровне согласно требованиям нормативных документов. Концентрация водорода, присутствующего в металле дугового сварного шва, многофакторно зависит от процедуры сварки (процесса и параметров, используемых расходных материалов, а также условий окружающей среды, например влажности). Для качественной оценки содержание водорода более 15 см³/100 г считается высоким, а содержание водорода менее 5 см³/100 г считается очень низким. Представленные результаты. Проведенная оценка сварочно-технологических свойств электродов с основным покрытием показала удовлетворительные результаты. Механические свойства наплавленного металла по показателю «ударная вязкость» находятся на нижнем допустимом пределе, а относительное удлинение не соответствует требованиям нормативных документов. Содержание диффузионно-подвижного водорода в наплавленном металле выше, чем заявляемые производителями электродов показатели.

Ключевые слова: Сварка, Трубы, Трубные детали, Сварочные электроды, Водород, Прочность, Трещины

Список литературы

1. РД 153-34.1-003-01. Сварка, термообработка и контроль трубных систем котлов и трубопроводов при монтаже и ремонте энергетического оборудования (РТМ-1с): утв. приказом Минэнерго России от 02.07.01 № 197: введ. 01.01.2002 / ЗАО «Прочность МК». – М., 2002.

2. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легированных сталей. – М.: Машиностроение, 1981. – 248 с.

3. Гежа В.В., Могильников В.А., Мельников П.В. Экспресс-методика определения содержания диффузионного водорода в наплавленном металле // Вопросы материаловедения. – 2022. – № 4 (112). – С. 17–22. – DOI: 10.22349/1994-6716-2022-112-4-17-22.

4. Совершенствование технологий производства сварочных электродов / А.В. Баранов, Ю.Д. Брусницын, Д.А. Кащенко, А.А. Боков // Автоматическая сварка. – 2005. – № 12. – С. 43–44.

5. Металлургия дуговой сварки: взаимодействие металла с газами / И.К. Походня, И.Р. Явдощин, А.П. Пальцевич, В.И. Швачко, А.С. Котельчук. – Киев: Наукова думка, 2004. – 445 с.

6. Изучение взаимодействия компонентов сварочных материалов с жидким стеклом / В.Т. Калинников, А.И. Николаев, В.В. Рыбин, Ю.Д. Брусницын, В.А. Малышевский, В.Б. Петров // Вопросы материаловедения. – 2008. – № 3 (55). – С. 31–40.

7. Марченко А.Е., Скорина Н.В. Влияние технологических факторов изготовления низководородных электродов на содержание водорода в наплавленном металле // Автоматическая сварка. – 2013. – № 8 – С. 14–25.

8. Петров Г.Л. Сварочные материалы. – Л.: Машиностроение, 1972. – 280 с.

9. Верхотуров А.Д., Бабенко Э.Г., Макиенко В.М. Методология создания сварочных материалов. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2009. – 128 с.

10. Взаимодействие компонентов электродных покрытий с жидким стеклом при нагревании / А.И. Николаев, С.И. Печенюк, Ю.П. Семушина, В.В. Семушин, Л.Ф. Кузьмич, Д.Л. Рогачев, Н.Л. Михайлова, Ю.Д. Брусницын, В.В. Рыбин // Сварочное производство. – 2009. – № 11. – С. 13–17.

11. Константы взаимодействия металлов с газами: справочник / под ред. Б.А. Колачева, Ю.В. Левинского. – М.: Металлургия, 1987. – 368 с.

12. Comparative evaluation of austenite grain in high-strength rail steel during welding, thermal processing and plasma surface hardening / A.D. Kolosov, V.E. Gozbenko, M.G. Shtayger, S.K. Kargapoltsev, A.E. Balanovskiy, A.I. Karlina, A.V. Sivtsov, S.A. Nebogin // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012185. – DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012185.

13. Индуцированные водородом холодные трещины в сварных соединениях высокопрочных низколегированных сталей (обзор) / И.К. Походня, А.В. Игнатенко, А.П. Пальцевич, В.С. Синюк // Автоматическая сварка. – 2013. – № 5. – С. 3–14.

14. Панченко О.В. К вопросу о методах определения диффузионного водорода // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2011. – № 9. – С. 57–61.

15. ISO 3690:2000. Welding and allied processes. Determination of hydrogen content in ferritic steel arc weld metal. – 36 p.

16. Standard methods for the determination of diffusible hydrogen content of martensitic, bainitic, and ferritic steel weld metal produced by arc welding / American Welding Society, Committee on Filler Metal. – AWS, 1986.

17. JIS Z 3113. Method for measurement of hydrogen evolved from deposited metal / Japanese Standards Association. – JSA, 1975. – 3 p.

18. ГОСТ Р ИСО 2560–2023. Материалы сварочные. Электроды покрытые для ручной дуговой сварки нелегированных и мелкозернистых сталей. Классификация. – М.: Рос. ин-т стандартизации, 2023. – 36 с.

19. Jenkins N., Hart P.H.M.H., Parker D.H. An evaluation of rapid methods for diffusible weld hydrogen // Welding Journal. – 1997. – Vol. 76 (1). – P. 1–10.

20. Hydrogen determination in welded specimens by carrier gas hot extraction – a review on the main parameters and their effects on hydrogen measurement / M. Rhode, T. Schaupp, C. Muenster, T. Mente, T. Boellinghaus, T. Kannengiesser // Welding in the World. – 2019. – Vol. 63. – P. 511–526. – DOI: 10.1007/s40194-018-0664-9.

21. Диффузия водорода в сварных соединениях конструкционных сталей / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. – 2017. – 21(6). – С. 85–95. – DOI: 10.21869/2223-1560-2017-21-6-85-95.

22. Кархин В.А., Алдаие Я., Левченко А.М. Коэффициент диффузии водорода в свариваемых сталях // Сварка и диагностика. – 2021. – № 6. – С. 20–27.

23. Алдаие Я., Кархин В.А., Левченко А.М. Растворимость водорода в свариваемых сталях // Сварка и диагностика. – 2022. – № 3. – С. 25–31.

24. ГОСТ 34061-2017. Сварка и родственные процессы. Определение содержания водорода в наплавленном металле и металле шва дуговой сварки. – М.: Стандартинформ, 2020. – 31 с.

25. СТО 02494680-0056-2007. Слоистое разрушение сварных соединений строительных сварных конструкций. Требования при проектировании, изготовлении и монтаже. Приложение Г (справочное): Определение начального содержания диффузионного водорода в металле шва методом «карандашной» спиртовой (глицериновой) пробы (краткое описание). – М.: ЦНИИПСК им. Н.П. Мельникова, 2007. – С. 32–33.

26. Hybrid processing: the impact of mechanical and surface thermal treatment integration onto the machine parts quality / V.Yu. Skeeba, V.V. Ivancivsky, A.V. Kutyshkin, K.A. Parts // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 126 (1). – P. 012016. – DOI: 10.1088/1757-899x/126/1/012016.

27. Research on the possibility of lowering the manufacturing accuracy of cycloid transmission wheels with intermediate rolling elements and a free cage / E.A. Efremenkov, N.V. Martyushev, V.Yu. Skeeba, M.V. Grechneva, A.V. Olisov, A.D. Ens // Applied Sciences. – 2022. – Vol. 12 (1). – P. 5. – DOI: 10.3390/app12010005.

28. Martyushev N.V., Skeeba V.Yu. The method of quantitative automatic metallographic analysis // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 803 (1). – P. 012094. – DOI: 10.1088/1742-6596/803/1/012094.

29. Skeeba V.Yu., Ivancivsky V.V. Reliability of quality forecast for hybrid metal-working machinery // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2018. – Vol. 194 (2). – P. 022037. – DOI: 10.1088/1755-1315/194/2/022037.

30. Defining efficient modes range for plasma spraying coatings / E.A. Zverev, V.Yu. Skeeba, P.Yu. Skeeba, I.V. Khlebova // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2017. – Vol. 87 (8). – P. 082061. – DOI: 10.1088/1755-1315/87/8/082061.

31. Скиба В.Ю. Гибридное технологическое оборудование: повышение эффективности ранних стадий проектирования комплексированных металлообрабатывающих станков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 2. – C. 62–83. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.2-62-83.

32. Исследование процесса автоматического управления сменой полярности тока в условиях гибридной технологии электрохимической обработки коррозионностойких сталей / М.А. Борисов, Д.В. Лобанов, А.С. Янюшкин, В.Ю. Скиба // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 1. – С.6–15. – DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.1-6-15.

33. Influence of welding regimes on structure and properties of steel 12KH18N10T weld metal in different spatial positions / R.A. Mamadaliev, P.V. Bakhmatov, N.V. Martyushev, V.Yu. Skeeba, A.I. Karlina // Metallurgist. – 2022. – Vol. 65 (11–12). – P. 1255–1264. – DOI: 10.1007/s11015-022-01271-9.

34. Study of mechanical properties of C-Mn-Si composition metal after wire-arc additive manufacturing (WAAM) / A.E. Balanovskiy, N.A. Astafyeva, V.V. Kondratyev, A.I. Karlina // CIS Iron and Steel Review. – 2021. – Vol. 22. – P. 66–71. – DOI: 10.17580/cisisr.2021.02.12.

35. Development of rolling procedures for pipes of K55 strength class at the laboratorial mill / R.R. Adigamov, K.A. Baraboshkin, P.A. Mishnev, A.I. Karlina // CIS Iron and Steel Review. – 2022. – Vol. 24. – P. 60–66. – DOI: 10.17580/cisisr.2022.02.09.

36. Determination of rail steel structural elements via the method of atomic force microscopy / A.E. Balanovskiy, M.G. Shtaiger, V.V. Kondratyev, A.I. Karlina // CIS Iron and Steel Review. – 2022. – Vol. 23. – P. 86–91. – DOI: 10.17580/cisisr.2022.01.16.

37. Padhy G.K., Komizo Y. Diffusible hydrogen in steel weldments: A status review // Transactions of JWRI. – 2013. – Vol. 42 (1). – P. 39–62.

38. Mente T., Boellinghaus T., Schmitz-Niederau M. Heat treatment effects on the reduction of hydrogen in multi-layer high-strength weld joints // Welding in the World. – 2012. – Vol. 56. – P. 26–36. – DOI: 10.1007/BF03321362.

39. Schaupp T., Rhode M., Kannengiesser T. Influence of welding parameters on diffusible hydrogen content in high-strength steel welds using modified spray arc process // Welding in the World. – 2018. – Vol. 62. – P. 9–18. – DOI: 10.1007/s40194-017-0535-9.

40. Surface hardening of structural steel by cathode spot of welding arc / A.E. Balanovskiy, M.G. Shtayger, A.I. Karlina, S.K. Kargapoltsev, V.E. Gozbenko, Yu.I. Karlina, A.S. Govorkov, B.O. Kuznetsov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012138. – DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012138.

41. Investigation of macro and micro structures of compounds of high-strength rails implemented by contact butt welding using burning-off / M.G. Shtayger, A.E. Balanovskiy, S.K. Kargapoltsev, V.E. Gozbenko, A.I. Karlina, Yu.I. Karlina, A.S. Govorkov, B.O. Kuznetsov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 560 (1). – P. 012190. – DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012190.

Для цитирования:

Оценка сварочно-технологических свойств электродных покрытий основного типа различных производителей электродов для сварки трубных деталей и сборочных единиц поверхностей теплообмена котлоагрегатов / Ю.И. Карлина, Р.В. Кононенко, М.А. Попов, Ф.Ф. Дерюгин, В.Е. Бянкин // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 2. – С. 71–94. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-71-94.

For citation:

Karlina Y.I., Kononenko R.V., Popov M.A., Deryugin F.F., Byankin V.E. Assessment of welding engineering properties of basic type electrode coatings of different electrode manufacturers for welding of pipe parts and assemblies of heat exchange surfaces of boiler units. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2024, vol. 26, no. 2, pp. 71–94. DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-71-94. (In Russian).

Просмотров: 943

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ