Научная статья на тему 'РОЗРОБКА НОВИХ ЗВАРЮВАЛЬНИХ МАТЕРіАЛіВ ДЛЯ МОКРОГО ПіДВОДНОГО ЗВАРЮВАННЯ ВИСОКОЛЕГОВАНОї КОРОЗіЙНОСТіЙКОї СТАЛі'

РОЗРОБКА НОВИХ ЗВАРЮВАЛЬНИХ МАТЕРіАЛіВ ДЛЯ МОКРОГО ПіДВОДНОГО ЗВАРЮВАННЯ ВИСОКОЛЕГОВАНОї КОРОЗіЙНОСТіЙКОї СТАЛі Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

CC BY
39
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОРОШКОВіЙ ДРіТ / СТАЛЬ Х18Н10Т / ПОКРИТі ЕЛЕКТРОДИ / АЕС / ГАЗОНАСИЧЕНіСТЬ / ПіДВОДНЕ ЗВАРЮВАННЯ / ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА / ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ / АЭС / ГАЗОНАСЫЩЕННОСТЬ / ПОДВОДНАЯ СВАРКА / FLUX-CORED WIRE / STEEL CH18NI10TI / COVERED ELECTRODE / NUCLEAR POWER PLANTS / GAS SATURATION / WET WELDING

Аннотация научной статьи по прочим сельскохозяйственным наукам, автор научной работы — Каховський М.Ю.

Представлена разработка сварочного материала для технологии механизированной мокрой подводной сварки высоколегированной коррозионностойкой стали. Установлены физико-металлургические процессы и особенности дуговой сварки, протекающие при выполнении под водой сварных соединений. Разработана, впервые в мировой практике, самозащитная порошковая проволока для мокрой подводной сварки исследуемой стали.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по прочим сельскохозяйственным наукам , автор научной работы — Каховський М.Ю.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Development of new welding consumables for wet underwater welding of high-alloy corrosion-resistant steel

The paper describes the technology for mechanized wet underwater welding of high-alloy corrosion-resistant steel. The main purpose of the research is development of the pioneering self-shielding flux-cored wire for wet underwater welding. Quantity and quality characteristics were determined by using the mathematical experimental design method. Quantity and quality welding-technological characteristics, such as gas saturation of the weld metal, stability of the arc burning process in water enof the flux-cored wire charge, were specified. Application of the experimental self-shielding wire for mechanized wet underwater welding of high-alloy corrosion-resistant steel will make it possible to increase productivity and improve quality of underwater welding-repair operations, and receive an economic effect due to reduction of downtime in production cycle of an object being repaired. Application of this technology will allow a partial or even complete absence of participation of humans in the welding process performed under extreme conditions in radioactive environment (in case of nuclear power plants) and in welding in deep waters. The research results can be used for welding-repair operations at nuclear power plants, ship-repair and ship-raising operations, and at hydraulic facilities. The proposed innovation technology makes it possible to fully replace the wet underwater covered-electrode welding technology.

Текст научной работы на тему «РОЗРОБКА НОВИХ ЗВАРЮВАЛЬНИХ МАТЕРіАЛіВ ДЛЯ МОКРОГО ПіДВОДНОГО ЗВАРЮВАННЯ ВИСОКОЛЕГОВАНОї КОРОЗіЙНОСТіЙКОї СТАЛі»

ISSN 222Б-3780

ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

УДК 621.791.947.5 (204.1) Б01: 10.15587/2312-8372.2015.51448

Каховський М. ю. Р03Р0БКА НОВИХ ЗВАРЮВАДЬННХ

МАТЕР1АД1В ДЛЯ МОКРОГО П1ДВОДНОГО ЗВАРЮВАННЯ ВИСОКОЛЕГОВАНО1 КОРОЗШНОСТШКО! СТАЛ1

Представлено розробку зварювального матергалу для технологимехатзованого мокрого тдвод-ного зварювання високолегованог корозшностшког сталг. Виявлено фгзико-металургшнг процеси та особливостг дугового зварювання, що протгкають при виконаннг шд водою зварних з'еднань. Розроблено, вперше в свтовш практицг, самозахисний порошковий дрт для мокрого тдводного зварювання дослгджуваног сталг.

Клпчов1 слова: порошковш дрт, сталь Х18Н10Т, покритг електроди, АЕС, газонасичетсть, шдводне зварювання.

1. Вступ

Шдводне зварювання знаходить все ширше викори-стання в наш час. Бшьшкть елеменпв виконано з низько-легованих конструкцшних сталей, однак з огляду на низью антикорозшш властивост низьколеговано! сталi все бшьше застосування знаходить високолегована ко-розшностшка сталь.

Об'ектами застосування мокрого тдводного зварювання дано! сталi являються басейни для зберiгання вщпрацьованого ядерного палива на АЕС. Залiзобетоннi конструкцп глибиною близько 25 метрiв, якi облицьо-ванi високолегованою корозшностшкою сталлю i за-повненi пркною водою, нерiдко пiд час завантаження, або вивантаження тепловидшяючих елементiв зазнають механiчних пошкоджень у виглядi трщин та пробо!в, що призводить до витжання радiоактивноi води у на-вколишне середовище, що в свою чергу може призвести до еколопчно! катастрофи.

А отже, технолопя зварювально-ремонтних робiт е вкрай актуальною та необхщною, а !х проведення без вщповвдних зварювальних матерiалiв не виявля-еться можливим.

2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми

Першi спроби виршення дано! проблеми вiдносяться до середини 80-х роюв, коли в США на деяких атомних електростанщях тсля планового огляду було виявлено трщини в облицюваннi басейнiв [1, 2]. Ремонт було проведено iз зупинкою АЕС, злиттям води та прове-денням ввдповщних ремонтних робiт.

Але враховуючи значш втрати часу i збитки внас-лiдок зупинки виробничого циклу АЕС, а також нега-тивний вплив радюактивного середовища на здоров'я водолаза-зварника дана технолопя потребувала замши на бшьш оперативну та менш небезпечну.

В 1нститут електрозварювання iм. 6. О. Патона НАН Укра!ни було розроблено спецiалiзованi покрит

електроди для мокрого пiдводного зварювання високо-леговано! корозiйностiйкоi сталi. Новi покритi електроди дозволили виконувати зварювально-ремонтш роботи набагато оперативнiше, а використовуючи фiзичнi влас-тивостi води як захист ввд радiацii завдавати набагато меншого впливу на здоров'я водолаза-зварника.

Однак порiвняно з механiзованим i автоматизова-ним способами зварювання, ручне дугове зварювання покритими електродами характеризуеться бшьш низь-кою продуктивнiстю виконання зварювально-ремонтних робгг i порiвняно бiльш низькою яюстю зварних швiв.

Крiм того, свiтовi тенденцп розвитку зварювального устаткування розвиваються в напрямку автоматизацп процесу для можливост виключення повно! участ лю-дини в особливо небезпечних умовах таких, як тдводне зварювання та радюактивне середовище [3, 4].

Враховуючи вищезазначене та економiчну складову атомно! енергетики, де за аналиичними даними година простою атомно! електростанцп може коштувати швмшь-йона доларiв США [2], розробка технологи мехатзованого мокрого тдводного зварювання високолеговано! корозшностшко! сталi з використанням самозахисного порошкового дроту е бшьш шж актуальною.

3. Об'Ект, мета та задач1 дослщження

Об'ектом дослгдження е фiзико-металургiйнi особ-ливостi мокрого тдводного зварювання дослвджува-но! сталi.

Мета дослгджень — розробити самозахисний порошковий дри для мокрого тдводного зварювання високолеговано! корозшностшко! сталi типу 18-10.

Для досягнення поставлено! мети необхвдно було виконати наступш задачк

1. Дослвдити ступень газонасиченост металу шва, дослiдити окислюючий та наводнюючий вплив водного середовища.

2. Дослщити типи шлаково! системи дроту та визна-чити оптимальне спiввiдношення газошлакоутворюючих компоненпв шихти дроту.

TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 5/7(25], 2015, © Каховський М. Ю.

33-J

ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

ISSN 222Б-3780

3. Дослiдити стабiльнiсть процесу горiння дуги у водному середовишд.

4. Отримати задовiльнi механiчнi характеристики зварного з'еднання та необхiдний хiмiчний склад металу зварного шва.

Слщ зазначити, що на даний час самозахисних по-рошкових дротiв для мокрого тдводного зварювання високолегованих корозшностшких сталей в свiтi не шнуе, а дана розробка е першою в свiтовiй практицi.

4. Результаты дослщжень ф1зико-

металурпйних особливостей мокрого тдводного зварювання дослщжувано! стал1

При мокрому пiдводному зварюваннi дуга горить в замкнутому об'емi парогазового мiхура, що утво-рюеться за рахунок продукпв дисоцiацii води [5, 6]. В низьколегованих сталях перенасичення наплавленого металу воднем призводить до утворення зварювальних дефекпв i зниження механiчних характеристик зварного шва, в той час як розчиншсть водню в аустештному металi досить велика (55...60 см3/100 г) i перебувае, як правило, в межах розчинност [7, 8]. Прюритетним напрямком при мокрому тдводному зварюваннi високолегованих корозiйностiйких сталей е зниження вмкту кисню. Взаемодшчи з розплавленим металом вiн сприяе вигорянню високоактивних легуючих компонентiв, може проявлятися у виглядi оксидних включень, якi негативно впливають на мехашчш властивостi наплавленого металу, а також у виглядi дефектiв, таких як пори [9, 10].

Вмкт водню, кисню та азоту визначали зi зразюв М1-99, вирiзаних з останнього шару наплавлень. Результати вмкту газiв в наплавленому металi наведено в табл. 1.

Таблиця 1

Вмшт газiв в наплавленому м9талi при мокрому пiдводному зварюваннi та при зварюванш на повiтрi

Середовище зварювання BMicT газiв в наплавленому металi

мас. % см3/100 г

[N] [O] [H]

На повг^ 0,06 0,05 10,5

У водi 0,03 0,07 27,0

мае бути в межах 4...10 мас. %. Структура металу шва — аустешт + 6 % а-фази. Випробування зварних з'еднань на схильшсть до мiжкристалiтно'i корозii проводили за методом «АМ» згiдно ГОСТ 6032-2003. Аналiз зразкiв пiсля випробувань показали повну вщсутшсть МКК.

Результати мехашчних випробувань повнiстю задо-вольняють вимогам класу «В» мiжнародного спецстандарту з тдводного зварювання ANSI/AWS D3.6 (табл. 3).

Рис. 1. Одношарове та багатошаровв наплавлення, виконанi дослщним дротом

На рис. 1 наведено вигляд наплавлень, як виконанi при мокрому тдводному зварюванш дослщним дротом дiаметром 0 1,6 мм на сталь 12Х18Н10Т на постшному струмi зворотно! полярностi. В якостi джерела живлення використовували випрямляч ВДУ-601 (жорстка характеристика) на режимах: ид = 32...34 В; 1св = 140...160 А.

Ощнку стабiльностi процесу горшня дуги та характеристик процесу плавлення i переносу електродного металу проводили за допомогою аналiзатора зварю-вальних процесiв ASP-19. З рис. 2 видно, що процес зварювання проходить iз задовшьною стабшьшстю процесу горiння дуги та без коротких замикань.

Результати хiмiчного аналiзу складу наплавленого металу показуе вщповщшсть заданому типу легування 06Х20Н9Г2Б зпдно ГОСТ 10052-75 (табл. 2).

Ощнку вмкту феритно1 фази в наплавленому металi проводили з використанням феритометра марки «МФ-10i» об'емним магштним методом. Вмiст феритно! складово! в металi шва типу 06Х20Н9Г2Б зпдно ГОСТ 9466-75

Рис. 2. Пстограми зварювального процесу напруги (а) i вольтамперна характеристика процесу зварювання (б)

б

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 5/7(25], 2015

ISSN 2226-3780 ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Таблиця 2

Результати хМчного складу наплавленого металу при мокрому п1дводному зварюваннi та при зварювант на noBiTpi

Середови-ще зварювання Хiмiчний склад наплавленого металу мас. %

C Mn Si Ni Cr Nb P S

Водне 0,04 1,23 0,32 9,4 20,90 0,21 0,022 0,018

Повиря 0,06 1,83 0,52 9,5 21,83 0,30 0,025 0,015

Таблиця 3

Мехашчш властивостi металу шва i зварного з'сднання

Межа текучосп öö,2, МПа Тимчасо-вий отр розриву Св, МПа Вщносне звуження Y, % Вщносне подов-ження 5, % Ударна в'язтсть ак, Дж/см2 Кут заги-ну, град. R = t

351 624 29 26 90 68...103

Металографiчнi дослiдження металу шва показали, що при мокрому тдводному зварюваннi загальна кiлькiсть неметалiчних включень збiльшуеться майже в 2 рази, але вони дисперст i рiвномiрно розподiленi по перерiзу шва. Структура металу шва подрiбнюеть-ся, при цьому розмiр зерен зменшуеться бшьш нiж в 2 рази (рис. 3).

Рис. 3. Зовншнш вигляд мiкроструктур металу шв1в, зварених на повiтрi (а) i пiд водою (б)

Використання технологи мехашзованого пiдводного зварювання i3 застосуванням розробленого самозахис-ного порошкового дроту марки ПП-АНВ-25 в порiв-няннi з покритими електродами дозволяе скоротити час проведення зварювально-ремонтних робгг, а також сумарну вартiсть ремонту в 2,6 рази [11].

рювально-ремонтних робгг вiдповiдальних конструкцiй в особливо небезпечних умовах.

Литература

1. Hancock, R. Underwater nuclear [Text] / R. Hancock // Welding Journal. — 2003. — № 9. — P. 48-49.

2. O'Sullivan, J. E. Wet underwater weld repair of Susquehanna unit 1 steam dryer [Text] / J. E. O'Sullivan // Welding journal. — 1988. — № 6. — P. 19-23.

3. Розерт, Р. Применение порошковых проволок для сварки в промышленных условиях [Текст] / Р. Розерт // Автоматическая сварка. — 2014. — № 6-7. — С. 60-64.

4. Маковецкая, О. К. Ситуация на рынке основных конструкционных материалов и сварочной техники в Японии [Текст] / О. К. Маковецкая // Сварщик. — 2012. — № 5. — С. 34-41.

5. Авилов, Т. И. Исследование процесса дуговой сварки под водой [Текст] / Т. И. Авилов // Сварочное производство. — 1958. — № 5. — С. 12-14.

6. Мадатов, Н. М. Подводная сварка и резка металлов [Текст] / Н. М. Мадатов. — Л.: Судостроение, 1967. — 164 с.

7. Кононенко, В. Я. Подводная сварка и резка металлов [Текст] / В. Я. Кононенко. — К.: Ушверситет «Украша», 2011. — 264 с.

8. Каховский, Н. Ю. Влияние состава шихты порошковой проволоки на стабильность процесса горения дуги при мокрой подводной сварке [Текст] / Н. Ю. Каховский, С. Ю. Максимов // Зб1рник наукових праць Национального ушверситету

2014. — № 6. — С. 29-33. Balyts'kyi, O. I. Influence of preliminary plastic deformation of 12Kh18N12T steel on its mechanical properties [Text] / O. I. Balyts'kyi, J. Eliasz, I. V. Ri-pei // Materials Science. — 2012. — Vol. 47, № 4. — P. 438-446. doi:10.1007/ s11003-012-9414-0

10. Balitskii, A. I. Determination of stainless steels mechanical properties in high-pressure hydrogen [Text] / A. I. Balitskii, V. I. Vitvitskii // Effects of Hydrogen on Materials. — 2009. — P. 421-428.

11. Каховський, М. Ю. Порошковий само-захисний др1т для шдводного зварювання високолеговано! корозшностшко! стал1 12Х18Н10Т [Текст] / М. Ю. Каховський // Молодий вчений. — 2014. — № 11. — С. 12-15.

кораблебудування.

5. Висновки

випробувань

Результати проведених дослвджень показали, що:

1. Розроблений зварювальний дри дае можливкть тдвищити яюсть i продуктившсть виконання зварю-вально-ремонтних роби у водному середовишд, а також отримати економiчний ефект внаслщок зменшення часу простою виробничого циклу об'екту тд час ремонту.

2. Хiмiчний склад наплавленого металу та мехашчш характеристики зварного з'еднання вщповщають вимогам класу «В» мiжнародного спецстандарту з тдводного зварювання ANSI/AWS D3.6-92 та ГОСТ 10052-75.

3. Застосування технологи мехашзованого мокрого тдводного зварювання дослщним самозахисним порош-ковим дротом створюе основу для розробки автомати-зованого устаткування, що дозволить в подальшому повшстю виключити участь людини при виконанш зва-

РАЗРА60ТКА НОВЫХ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МОКРОЙ ПОДВОДНОЙ СВАРКИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННОЙ КОРРОЗИОННОСТОЙКОЙ СТАЛИ

Представлена разработка сварочного материала для технологии механизированной мокрой подводной сварки высоколегированной коррозионностойкой стали. Установлены физико-металлургические процессы и особенности дуговой сварки, протекающие при выполнении под водой сварных соединений. Разработана, впервые в мировой практике, самозащитная порошковая проволока для мокрой подводной сварки исследуемой стали.

Ключевые слова: порошковая проволока, сталь Х18Н10Т, покрытые электроды, АЭС, газонасыщенность, подводная сварка.

Каховський Микола Юршович, науковий ствробтник, eid-ды металургп i технологи зварювання високолегованих сталей i сплавiв, 1нститут електрозварювання ж. 6. О. Патона НАН Украти, Кигв, Украта, e-mail: m.kakhovskyi@gmail.com.

Каховский Николай Юрьевич, научный сотрудник, отдел металлургии и технологии сварки высоколегированных сталей и сплавов, Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев, Украина.

Kakhovskyi Mykola, Paton Electric Welding Institute of NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine, e-mail: m.kakhovskyi@gmail.com

а

TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 5/7(25], 2015

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.