CC BY
82
УДК 621.791:624.1
О. Г. СИНеОК, А. М. ГЕРАСИМЕНКО, В. Д. РЯБОКОНЬ, К. В. РЯБЦЕВ,
К. Ю. КОРЗ1Н (1нститут електрозварювання iM. е. О. Патона НАН Украши, Кшв),
О. В. ЗДОРЕНКО (ООО «ЕСАБ», Украна)
ВПРОВАДЖЕННЯ СУЧАСНИХ ЗВАРЮВАЛЬНИХ МАТЕР1АЛ1В ТА ТЕХНОЛОГ1Й ДЛЯ ЗВАРЮВАННЯ ПРОКАТУ П1ДВИЩЕНО1 М1ЦНОСТ1
Зварювальш матер1али, яш, як правило, використовуються при виготовленш вщповвдальних буд1вельних металоконструкцш, не завжди ввдповщають високим показникам властивостей прокату клаав мщносп С355-490 МПа. В робот представлено результати дослщження застосування зварювальних матер1ал1в ф1рми «ЕСАБ» для автоматичного зварювання шд флюсом прокату 06Г2Б ТУ У 27.1-05416923-085:2006.
Сварочные материалы, которые, как правило, используются при изготовлении ответственных строительных металлоконструкций, не всегда отвечают высоким показателям свойств проката классов прочности С355-490 МПа. В работе представлены результаты исследования применения сварочных материалов фирмы «ЭСАБ» для автоматической сварки под флюсом проката 06Г2Б ТУ В 27.1-05416923-085:2006.
Welding materials, which are as a rule used for making the responsible metal constructions, do not always meet the high indices of rolled steel properties of durability classes С355-490 MPa. In the paper the research results of application of welding materials produced by the firm «ESAB» for the automatic flux welding of rolled steel 06Г2Б ТУ В 27.1-05416923-085:2006 are presented.
Розвиток мостобудування безпосередньо пов'язаний з полшшенням якост сталевого прокату. Зпдно з ДБН В.2.3-14:2006 «Мости та труби. Правила проектування» чинш з 02.01.2007 р. [1] в металевих конструкщях для елеменпв з прокатного металу слщ застосову-вати сталь вщповщно до табл. 1.
У втизняному мостобудуванш, як правило, застосовують сталi марок 10ХСНД, 15ХСНД за ГОСТ6713. В основi легування цих сталей еле-менти - вуглець, кремнш, марганець, хром, ш-кель, мщь. Досить широко для будiвельних металоконструкцш застосовусться сталь 09Г2СД ГОСТ 19281.
Сучасним вимогам до матерiалiв для вщпо-вщальних металоконструкцш вщповщають сталi нового поколiння - економнолеговаш сталi 06ГБД, 06Г2БД класу мщносп С 355-490 за ТУ У 27.1-05416923-085:2006. Ц сталi вщр> зняються, вiд звичайно застосовуваних у впчи-зняних металоконструкцiях, економним легу-ванням, високою надiйнiстю, холодостiйкiстю, оптимальною зварювашстю.
Прокат 10ХСНД класу мiцностi 390 i 15ХСНД класу мiцностi 345 забезпечуе високi характеристики мiцностi при значному легу-ваннi дефiцитними Cr та Ni. ГОСТ 6713 - осно-вний нормативний документ, що регламентуе вимоги до металопрокату для мостових конс-трукцiй, передбачае нормування мщносп, пла-стичних властивостей i характеристик в'яз-
костi. Однак вiн не гарантуе забезпечення опору крихкому руйнуванню металу при низьких температурах за результатами випробування на ударну в'язюсть зразкiв з гострим надрiзом (KCV). Нормативним документом ГОСТ 19281 гарантуеться ударна в'язюсть сталей 10ХСНД, 15ХСНД по Шарт (KCV) не нижче 40 Дж/см2 тiльки при температурах 0 i мiнус 20 °С.
Листовий прокат 09Г2СД С345 мае нижчi значення границi текучостi i тимчасового опору в порiвняннi зi сталями 10ХСНД, 15ХСНД. Ударна в'язюсть прокату на зразках з гострим надрiзом KCV нормуеться стандартом ГОСТ 19281 не нижче 40 Дж/см2 при температурi ви-пробування мiнус 20 °С.
Прокат 06ГБД, 06Г2БД класiв мiцностi С355-490 вiдповiдно до ТУ У 27.1-05416923085:2006 забезпечуе показники ударно! в'язко-стi KCV при мшус 20 °С - 98 Дж/см2, при м^с 40 °С - 78 Дж/см2, при мшус 60 °С - 59 Дж/см2. Сталь поставляеться з гарантованими значен-нями характеристик мiцностi i пластичних вла-стивостей у напрямку товщини, а також з гара-нтованим забезпеченням суцшьносп товстоли-стового прокату не нижче 1, 2 клашв за ГОСТ 27727.
Прикладом застосування сталей нового по-колшня в металоконструкцiях мостiв е будiв-ництво автодорожнього моста через вхщ у Гавань Подiльського мостового переходу в мюп Киевi.
© Синеок О. Г., Герасименко А. М., Рябоконь В. Д., Рябцев К. В., Корзш К. Ю., Здоренко О. В., 2010
ДБН В.2.3-14:2006 Мости та труби. Правила проектування (табл. 4. 1)
Марка стал Клас мiцностi Товщина прокату ДСТУ, ГОСТ, ТУ Додатковi вимоги
листового фасонного
1 2 3 4 5 6
16Д 235 до 20 вкл. ГОСТ 6713 Зпдно з прими -кою до табл. 1*, 1.14, 1.16
16Д 225 21...40 вкл. ГОСТ 6713
16Д 215 41... 60 вкл ГОСТ 6713
15ХСНД 345 8.15 вкл. ГОСТ 6713
15ХСНД 335 16.50 вкл. 16.32 вкл. ГОСТ 6713
10ХСНД 390 8.15 вкл. ГОСТ 6713
10ХСНД-2 390 8.40 вкл. 8.15 вкл. ГОСТ 6713
15ХСНД-12 345 до 32 вкл. до 10 вкл. ГОСТ 19281 п.п. 2.2.1, 2.2.2, 2.2.3, 2.2.6, 2.2.9, 2.2.11,2.3 зпдно з ГОСТ 19281 клас сущльносп 1, 2 по ГОСТ 22727
10ХСНД-12 390 до 40 вкл. до 15 вкл. ГОСТ 19281
14Г2АФД 390 до 50 вкл. - ГОСТ 19281 п. 1.4
15г2афдпс 390 до 32 вкл. - ГОСТ 19281 п. 1.4
09г2д-12 295Д до 32 вкл. до 20 вкл. ГОСТ 19281 п.п. 2.2.1, 2.2.2, 2.2.3, 2.2.6, 2.2.9,2.2.11, 2.3 клас сущльносп 1, 2 по ГОСТ 22727
09г2Сд-12 295Д 21.32 вкл. ГОСТ 19281
09г2Сд-12 325Д вщ 10 до 20 вкл. ГОСТ 19281
09г2д-12 325Д до 10 вкл. ГОСТ 19281
09г2Сюч-2 325 355 8 до 50 вкл. 8 до 50 вкл. ТУ У 322-16-127 ТУ У 322-16-127 клас сущльносп 1, 2 по ГОСТ 22727
09г2Сюч-2
09г2Сюч-3 390 8 до 50 вкл. ТУ У 322-16-127
Е36 355 8 до 50 вкл. ГОСТ 5521
Е40 390 8 до 40 вкл. ГОСТ 5521
06ГБД 355 8 до 50 вкл. ТУ У 27.1-05416923085:2006
06ГБД 390 8 до 50 вкл. ТУ У 27.1-05416923085:2006
06Г2БД 440 8 до 50 вкл. ТУ У 27.1-05416923085:2006
06Г2БД 490 8 до 50 вкл ТУ У 27.1-05416923085:2006
Ця iнженерна споруда характерна тим, що вперше у вiтчизняному мостобудуваннi в осно-вних металевих зварних конструкщях (голо-вних балках) застосований листовий прокат двох рiзних марок сталей одного класу мщност С390: широко застосовувано! в мостобудуваннi сталi 10ХСНД-2 ГОСТ 6713 i ново! стал 06ГБД ТУ У 27.1-054416923-085:2006.
Дослщження прокату 06ГБД, 06Г2БД ТУ У 27.1-05416923-085:2006, атмосферосгш-ко! сталi 06Г2БДП ТУ У 27.1-05416923078:2006 та порiвняльний аналiз з широковщо-мими сталями 09Г2СД-12 ГОСТ 19281, 10ХСНД, 15ХСНД ГОСТ 6713 показали, що оптимальш службовi характеристики, в тому чи^ зварювашсть мае прокат 06ГБД, 06Г2БД.
Сталi 06ГБД, 06Г2БД мають високi характеристики мiцностi i пластичнi властивостi, практично однаковi в подовжньому, поперечному напрямi прокату. Звертае увагу ютотне пере-вищення нормативних показникiв 55, у, i ударно! в'язкостi КСУ.
Ударна в'язюсть при температурi випробу-вання мiнус 40 °С на зразках з гострим надр> зом типу Шарт в поперечному напрямi прокату значно вища за вимоги техшчних умов. Величина вщносного звуження у напрямi товщи-ни = 70 %, що визначае високу ошршсть прокату утворенню шаруватих трiщин [2, 3].
Комплекс мехашчних властивостей (ст, св, 55, КСУ) металу зони термiчного впливу сталi класу мiцностi С 390...440 МПа повною мiрою забезпечуеться на рiвнi вимог ТУ У27.1-05416923-085:2006 при швидкостях охолоджу-вання зварних з'еднань (W6/5min) не нижче 10 °С/с без спецiальних технологiчних прийо-мiв. Цi значення швидкостi охолоджування уз-годжуються з традицiйними режимами ведення зварювальних робiт при ручному i мехашзова-ному в захисних газах зварюванш, а також для автоматичного зварювання пiд шаром флюсу.
Мiж тим, вiтчизнянi зварювальнi матерiали, якi, як правило, використовуються при вироб-ництвi вiдповiдальних будiвельних металокон-струкцiй, не завжди вiдповiдають високим по-казникам властивостей прокату клашв мiцностi С355-490 МПа. Це спричинило необхiднiсть вибору зварювальних матерiалiв, застосування яких забезпечить властивостi металу зварного шва на рiвнi характеристик основного мате-рiалу.
Враховуючи сучаснi тенденцп зварювально! науки, появу на ринку нових зварювальних ма-терiалiв та розширення спектру рекомендова-них для використання в будiвництвi сталей шдвищено! мщносп, iснуе об'ективна потреба в дослщженш та розробцi технологiй зварювання
з метою забезпечення оптимальних властивостей зварних з'еднань. В свою чергу, onrnMÍ3a-щя зварювальних матерiалiв та зварювальних технологш сталей шдвищено! мщносп дасть широку перспективу !х використання при виго-товленнi та монтага будiвельних металевих конструкцiй та моспв.
Зниження металоемкостi металоконструк-цiй, завдяки використання сталей шдвищено! мiцностi, забезпечення високих характеристик мщносп зварних з'еднань металоконструкцш за рахунок оптимiзащ! технологш зварювання та зварювальних матерiалiв дозволить шдви-щити експлуатацiйний ресурс моспв i iнших будiвельних конструкцiй.
В 1ЕЗ iм. С. О. Патона проводяться компле-кснi дослiдження та розробка технологш зварювання прокату шдвищено! мщносп марок 06ГБД, 06Г2БД з застосуванням сучасних зварювальних матерiалiв у тому чи^ зварюваль-ного дроту та флюсiв виробництва фiрми «ЕСАБ».
Для зварювання шд флюсом низьковуглеце-вих та низьколегованих сталей концерн «ЕСАВ» рекомендуе алюмшатно-фосфатний флюс OK Flux 10.71.
OK Flux 10.71 - агломерований основний флюс для дугового зварювання тд флюсом, виконання одно- та багатопрохвдних зварних швiв прокату рiзно! товщини. Вiн може вико-ристовуватися в комбшацп з рiзним дротом, як суцшьного перерiзу, так i порошковим дротом, а тому придатний для зварювання бшьшосп категорiй нелегованих та низьколегованих сталей. Флюс OK Flux 10.71 поеднуе в w6i високi пластичнi характеристики наплавленого металу, оптимальш зварювально-технолопчш влас-тивосп та забезпечуе плавний перехiд вщ наплавленого металу до основного. Задовшьне вiдокремлення шлаку та незначне легування Si та Mn - якосп, якi дають вiдмiнний результат при застосуванш флюсу для багатопрохщного зварювання товстостiнних металоконструкцiй. Незначна лускатють наплавленого металу до-зволяе виконувати зварювання на високих швидкостях при задовшьних значеннях ударно! в'язкостi. Типовий хiмiчний склад наплавленого металу дротом OK Autrod пiд флюсом OK Flux 10.71 наведено в табл. 2.
В цившьному будiвництвi OK Flux 10.71 е одним з найбшьш широко застосовуваних флюшв. Його застосовують для зварювання ви-сокомщних конструкцiйних сталей, а також для зварювання стшкого проти атмосферно! корози прокату, наприклад для мостових металоконст-рукцiй.
Типовий хiмiчний склад наплавленого металу
Поеднання Масова доля елементiв, %
флюсу OK Flux 10.71 з дротом OK Autrod C Si Mn Mo
OK Autrod12.10 0,08 0,2 0,9 -
OK Autrod12.20 0,08 0,2 1,3 -
OK Autrod12.22 0,08 0,4 1,3 -
OK Autrod12.24 0,08 0,3 1,3 0,4
OK Autrod12.32 0,09 0,4 1,6 -
OK Autrod12.34 0,10 0,3 1,6 0,4
В лабораторних умовах 1ЕЗ було заварено crnKOBÍ з'еднання автоматичним зварюванням дротом OK Autrod тд флюсом Flux 10.71, ко-peHeBi проходи виконано напiвавтоматичним зварюванням в захисному газi СО2 дротом СВ-08Г2С дiаметром 1,2 мм. Результати досл>
дження службових властивостей зразкiв звар-них з'еднань представлено в табл. 3.
На рис. 1. представлено порiвняльний анатз результатiв дослiджень ударно! в'язкосп металу шва та ЗТВ зварних з'еднань прокату 06Г2Б С 440 МПа, виконаних автоматичним зварюванням рiзними присадними матерiалами.
3501 300 250 200 150 100 50 0
аы
т
fht
-г
ЦШ KCV ЗТВ KCV ЦШ KCU ЗТВ KCU
□ 1
□ 2 □ 3
Рис. 1. Ударна в'язшсть KCV, KCU (Дж/см2) металу шва i ЗТВ зварних з'еднань стал 06Г2Б С440
(температура випробування мшус 40 °С): 1 - OK Autrod 12.20, 0 3 мм/ OK Flux 10.71; 2 - OK Autrod 12.32, 0 5 мм/ OK Flux 10.71; 3 - Св-08Г1НМА, 0 4 мм/ АНК-561
Оптимальш властивосп зварних з'еднань для стат 06Г2Б даного класу мщносп отримаш при поеднант OK Autrod 12.32, 0 5 мм + OK Flux 10.71.
Проведет дослщження мехатчних властивостей зварних з'еднань, виконаних автоматичним зварюванням тд флюсом марки OK Flux 10.71 в комбшаци зi зварювальним дротом
OK Autrod 12.20 та OK Autrod 12.32 дозволили зробити наступний висновок:
1. Керамiчний флюс марки OK Flux 10.71 мае висок зварювально-технолопчт властивосп, забезпечуе легке збудження зварювально! дуги та стабiльнiсть горшня. Валики зварних швiв шва мають рiвномiрну лускату форму з плавним переходом до основного металу.
Таблиця 3
Результати випробувань зварних з'еднань прокату стал! 06Г2Б С 440
№ з/п Прокат, товщина Зварювальш матер1али: дрпУфлюс Метал зварного шва Зварне з'еднання Ударна в'язюсть, Дж/см2
ат, МПа МПа 85, % % МПа Кут згину, град. КСУ при Г = °С КСи при Т = - 40 °С
Центр шва ЗТВ Центр шва ЗТВ
1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13
1 06Г2Б С440 20 мм ОК АШгос! 12.20, 0 3 мм/ ОК Б1их 10.71 527,2 539,4 593,1 596,1 28,3 25,0 71,6 71,5 538,0 539,5 180 180 51,1 29,9 23,1 343,5 343.1 343.2 110,6 186,7 60,5 335,5 345,2 343,5
2 06Г2Б С440 20 мм ОК АШгос! 12.32, 0 5 мм/ ОК Б1их 10.71 556,1 544,6 535,9 633.3 629,8 617.4 27,0 20,3 24,7 73,2 65,9 71,6 609,4 592,3 180 180 63.3 56,2 70.4 310,9 321,8 303,5 139,1 145,7 117,3 317,8 327.2 344.3
3 06Г2Б С440 20 мм Св-08Г1НМА, 0 4 мм/ АНК-561 604,9 604,9 590,4 698,2 693,0 677,5 25,3 24,7 26,0 66,1 66,1 68,0 582,1 580,7 180 180 33,8 34,0 24,3 300,2 285,0 289,5 108,2 114,9 110,4 305.5 317,1 307.6
ю
2. Показники мщност металу шва i звар-ного з'еднання на pÍBHÍ характеристик основного металу прокату 06Г2Б С 440 за ТУ У 27.1054416923-085:2006. Кут згину та вщносне по-довження металу шва зварних з'еднань задово-льняе вимоги регламентованi НТД в мостобу-дуваннi (ВСН 169-80; СНиП 3.06.04-91).
3. Зварш з'еднання, виконанi автоматич-ним зварюванням пiд флюсом марки OK Flux 10.71 з застосуванням дроту OK Autrod 12.20 та OK Autrod 12.32 забезпечують вимоги НТД в мостобудуванш щодо ударно! в'язкост (KCU при температурi випробування мiнус 40 °С не нижче 29 Дж/см2) як по металу шва, так i в зош термiчного впливу.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Державш будiвельнi норми Украни. Мости та труби. Правила проектування [Текст]: ДБН
B.2.3-14:2006. - Введ. 2007-02-01. - К.: Мшбуд Украни, 2007. - 348 с.
2. Ковтуненко, В. А. Высокопрочная экономноле-гированная сталь 06Г2Б С ст > 440 МПа для мостостроения [Текст] / В. А. Ковтуненко, А. М. Герасименко, А. Г. Синеок // Автомобшь-т дороги i дорожне будiвництво. - 2004. -№ 69. - С. 106-113.
3. Ковтуненко В. А. Выбор стали для ответственных сварных строительных конструкций [Текст] / В. А. Ковтуненко, А. М. Герасименко, А. А. Гоцу-ляк // Автоматическая сварка. - 2006. - № 11. -
C. 32-37.
Надшшла до редколегп 15.03.2010. Прийнята до друку 22.03.2010.
