CC BY
55
2016. Т. 21, вып. 3. Физика
УДК 621.791.13
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1139-1141
ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ВЗРЫВОМ ТРУБ ПО «ОБРАТНОЙ СХЕМЕ»
© А.Ю. Малахов1*, И.В. Сайков1*, Л.Б. Первухин2*
1) Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, г. Черноголовка, Российская Федерация, e-mail: [email protected] 2) ФГУП ЦНИИчермет им. И.П. Бардина, г. Москва, Российская Федерация, e-mail: [email protected]
В работе исследована «обратная схема» плакирования взрывом трубных заготовок с наружным диаметром 108 мм и длиной 1 м. Данная схема предполагала использование внутреннего твердо -жидкого наполнителя в качестве опорного элемента. В результате экспериментальной работы было выявлено, что разработанная схема с использованием внутреннего твердо-жидкого наполнителя в виде металлической дроби и воды является оптимальной для плакирования трубной заготовки из конструкционной стали 37Г2Ф нержавеющей сталью 08Х18Н10Т.
Ключевые слова: сварка взрывом; «обратная схема»; биметаллические трубы; твердо-жидкий наполнитель.
Получение биметаллических изделий методом сварки взрывом на сегодняшний день является весьма востребованным технологическим процессом [1-2]. Причем сваркой взрывом (далее СВ) можно успешно получать как многослойные листы, так и изделия цилиндрической формы [3-5]. Однако проблемы получения СВ длинномерных изделий цилиндрической формы на сегодняшний день так и не решены и требуют всестороннего исследования.
Целью настоящей работы было экспериментальное исследование влияния «обратной схемы» процесса сварки взрывом трубных заготовок на качество соединения.
В качестве исходных материалов использовались трубы из стали 37Г2Ф (основной слой толщиной 12 мм) и стали 08Х18Н10Т (плакирующий слой толщиной 2,5 мм). На первом этапе исследований были получены биметаллические трубные заготовки длиной 1 м по т. н. «обратной схеме», когда в качестве метаемого плакирующего слоя используется более толстостенный элемент - в нашем случае металась труба из стали 37Г2Ф толщиной 12 мм на трубу из стали 08Х18Н10Т толщиной 2,5 мм. При такой схеме важным является такой элемент сборки, как опорный наполнитель, т. е. та среда, которая заполняет внутреннюю полость тонкостенной трубы.
В результате экспериментальной работы было выявлено, что оптимальной схемой плакирования трубной заготовки с сочетанием слоев: конструкционная сталь 37Г2Ф и нержавеющая сталь 08Х18Н10Т является схема с использованием внутреннего твердо-жидкого наполнителя в виде металлической дроби и воды (рис. 1), который имеет скорость звука близкую к скорости звука в плакирующей трубе (сталь 08Х18Н10Т). Элементы дроби отводят ударные волны, а жидкость, которая находится в зазорах между твердыми частицами, являясь несжимаемой при высокоскоростном нагружении, предотвращает смятие тонкостенной плакирующей трубы. Существенным преиму-
ществом схемы является возможность многократного использования твердых частиц, а также легкость монтажа при сборке под сварку взрывом и удаления внутреннего элемента после сварки.
В результате экспериментов были получены опытные двухслойные трубные заготовки с внутренним коррозионностойким слоем из нержавеющей стали 08Х18Н10Т (рис. 2). Трубные заготовки прошли 100 % ультразвуковой контроль, которые показал удовлетворительную сплошность сцепления слоев.
Микроисследованием на оптическом микроскопе поперечных и продольных шлифов до и после травления в 4 % спиртовом растворе НЫОэ установлено следующее:
Рис. 1. Схема плакирования взрывом трубной заготовки
ISSN 1810-0198. Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки
- отсутствуют трещины и расслоения в плакирующем слое и основном металле, а также между слоями (Рис. 3);
- наличие переходной зоны на стыке основного и плакирующего слоя величиной 0,010-0,014 мм;
- толщина плакирующего слоя - 2,40-2,48 мм.
Таблица 1
Рис. 2. Кольцевой биметаллический образец (08Х18Н10Т внутренний слой; 37Г2Ф - наружный)
Механические и технологические свойства биметаллических труб 37Г2Ф+08Х18Н10Т
№ Механические свойства
обр. ав ат 55, % % ат/ав
1 909 813 17,5 56 0,89
2 910 819 15,5 55 0,90
Для определения механических и технологических свойств были проведены следующие испытания:
1) испытание на растяжение на продольных образцах (ГОСТ 10006), изготовленных из основного металла (сталь марки 37Г2Ф);
2) испытание на загиб в соответствии с ГОСТ 3728 на угол загиба 160° (плакирующим слоем вовнутрь) и 90° (плакирующим слоем наружу).
Результаты испытаний механических и технологических свойств представлены в табл. 1.
Из результатов механических испытаний видно, что механические свойства биметаллических трубных заготовок после сварки взрывом завышены, и перед холодной деформацией необходимо проведение термообработки труб (отжига) с целью снижения механических свойств, повышения пластичности и снятия остаточных напряжений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
08Х18Н10Т
Рис. 3. Микроструктура соединения, полученного сваркой взрывом (х500)
1. Гуськов А.В., Милевский К.Е., Хребтова М.С. Соединение кольцевой заготовки на корпусе сваркой взрывом // Интерэкспо ГеоСибирь. 2015. Вып. 3. Т. 5. С. 102-106.
2. Первухин Л.Б., Первухина О.Л., Розен А.Е., Крюков Д.Б., Кривен-ков А. О., Чугунов С.Н. Новые композиционные материалы и высокоэнергетические технологии их создания // Современная наука: актуальные проблемы и пути их решения. 2014. Вып. 11.
3. Sawicki S., Dyja H. Production of Bimetallic Bars Steel - Steel Resistant to Corrosion of the Method Explosive Cladding // Metallurgical and Mining Industry. 2011. V. 3. № 7. P. 63-68.
4. Malakhov A.Yu., Saikov I.V., Pervukhina O.L., Pervukhin L.B. Explosive Cladding of the Inner Side of a Steel Tube with a Heat-Resistant Niobium Alloy // Inorganic Materials: Applied Research. 2016. V. 7. № 2. P. 300-302.
5. Оголихин В.М., Шемелин С.Д. Получение многослойных цилиндрических конструкций из спирально свернутых листов сваркой взрывом // Перспективные материалы. 2007. Вып. 6. С. 64-69.
БЛАГОДАРНОСТИ: Часть исследований проведены с использованием оборудования ОАО «Перво-уральский новотрубный завод».
Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.
2016. T. 21, вып. 3. Физика
UDC 621.791.13
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1139-1141
PECULIARITIES OF EXPLOSION WELDING OF PIPES IN "REVERSE SCHEME"
© A.Y. Malakhov1*, I.V. Saykov1*, L.B. Pervukhin2)
1) Institute of Structural Macrokinetics and Problems of Materials Science RAS, Chemogolovka, Russian Federation, e-mail: [email protected] 2) I.P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Moscow, Russian Federation,
e-mail: [email protected]
We researched the "reverse scheme" cladding by the explosion of work pieces with an outer diameter of 108 mm and a length of 1 m. This scheme involved the use of internal solid-liquid filler as a reference element. The experimental results demonstrated that the developed scheme using the internal solid-liquid filler in the form of metal fractions and water is optimal for cladding pipe billets of structural steel 37G2F stainless steel 08KH18N10T.
Key words: explosion welding; "reverse scheme"; bimetal tube; solid-liquid filler.
REFERENCES
1. Gus'kov A.V., Milevskiy K.E., Khrebtova M.S. Soedinenie kol'tsevoy zagotovki na korpuse svarkoy vzryvom. Interekspo Geo-Sibir', 2015, vol. 3, no. 5, pp. 102-106.
2. Pervukhin L.B., Pervukhina O.L., Rozen A.E., Kryukov D.B., Krivenkov A.O., Chugunov S.N. Novye kompozitsionnye materialy i vysokoenergeticheskie tekhnologii ikh sozdaniya. Sovremennaya nauka: aktual'nye problemy i puti ikh resheniya, 2014, vol. 11.
3. Sawicki S., Dyja H. Production of Bimetallic Bars Steel - Steel Resistant to Corrosion of the Method Explosive Cladding. Metallurgical andMiningIndustry, 2011, vol. 3, no. 7, pp. 63-68.
4. Malakhov A.Yu., Saikov I.V., Pervukhina O.L., Pervukhin L.B. Explosive Cladding of the Inner Side of a Steel Tube with a Heat-Resistant Niobium Alloy. Inorganic Materials: Applied Research, 2016, vol. 7, no. 2, pp. 300-302.
5. Ogolikhin V.M., Shemelin S.D. Poluchenie mnogosloynykh tsilindricheskikh konstruktsiy iz spiral'no svernutykh listov svarkoy vzryvom. Perspektivnye materialy, 2007, vol. 6, pp. 64-69.
GRATITUDE: The part of research is fulfilled with the use of equipment of JSC "Pervoyralniy novotrabniy Plant". Received 10 April 2016
Малахов Андрей Юрьевич, Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, г. Черноголовка, Российская Федерация, младший научный сотрудник лаборатории ударно-волновых процессов, e-mail: [email protected]
Malakhov Andrey Yurevich, Institute of Structural Macrokinetics and Problems of Materials Science RAS, Chernogolovka, Russian Federation, Junior Research Worker of Shock Wave Processes Laboratory, e-mail: [email protected]
Сайков Иван Владимирович, Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, г. Черноголовка, Российская Федерация, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области ударно-волновых процессов, e-mail: [email protected]
Saykov Ivan Vladimirovich, Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science RAS, Chernogolovka, Russian Federation, Candidate of Technics, Senior Research Worker, Specialist in Field of Shock Wave Processes, e-mail: [email protected]
Первухин Леонид Борисович, Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина, г. Москва, Российская Федерация, доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией, специалист в области ударно-волновых процессов, e-mail: [email protected]
Pervukhin Leonid Borisovich, I.P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy, Moscow, Russian Federation, Doctor of Technics, Professor, Head of Laboratory, Specialist in Field of Shock Wave Processes, e-mail: [email protected]
