CC BY
20
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: [email protected].
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: [email protected]
а
TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 5/7(25], 2015
