donstuAdvanced Engineering Research (Rostov-on-Don)Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)2687-1653Don State Technical University10.23947/1992-5980-2017-17-3-89-95donstu-168Research ArticleMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕFriction welding of small-diameter fittings and nozzles of 22K carbon steelСварка трением штуцеров и патрубков малого диаметра из углеродистой стали 22КПолетаевЮрий ВениаминовичPoletaevYury V.Anclav51@mail.ruПолетаевВалерий ЮрьевичPoletaevValery Yu.afshor@mail.ruЩепкинВиктор ВикторовичShchepkinVictor V.shepkinviktor@rambler.ruДонской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian FederationООО «АВАЛОН-ВИДЕО»Россия“AVALON-VIDEO” JSCRussian Federation2017260220181738995Copyright © Poletaev Y.V., Poletaev V.Y., Shchepkin V.V., 20172017Полетаев Ю.В., Полетаев В.Ю., Щепкин В.В.Poletaev Y.V., Poletaev V.Y., Shchepkin V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/168

Introduction. The pilot study method and development of technological recommendations on friction welding (FW) of fittings and nozzles of small (up to 80 mm) diameter for welded constructions of the thermal and atomic engineering are described. The feasibility of applying the method of FW of small-diameter fittings and nozzles for the powerplant package units instead of manual arc welding (MAW) is studied. Materials and Methods. Models of fittings and nozzle units are made of low-carbon 22К steel. The selection of the angle of the conical surface preparation, the optimization of FW mode parameters, and welding of the fitting models of 40 mm in diameter are carried out on the MST-35-5 machine. Welding of nozzle models of 80 mm in diameter is implemented on the MST-41machine under the conditions of “EMK-ATOMMASH” JSC. A model structure of the nozzle unit with different angles of the conical surface is developed to select the angle of the conical surface and to optimize welding mode parameters. The dimensions of the mating interfaces angles are chosen allowing for the performance of the MST-35-5 welding machine, and for the anticipated dimensions of the fusion zone under formation which determine the weld metal quality. Research Results . The design of models and connected (conical) surfaces of fitting and nozzle units is developed. The choice of optimum angles of surfaces of preparation for welding is explained. The selection of welding parameters values is proved, and their experimental verification is carried out. Welded joints quality is tested through the nondestructive and destructive methods. The effect of the constructive and technological factors on the quality of welded joints is determined. Discussion and Conclusions . The obtained successful outcome of the pilot study has confirmed the technological capability and economic feasibility of the application of friction welding for small-diameter fittings and nozzles instead of manual arc welding with coated electrodes. Investigation of feasibility of applying FW for welding fittings and nozzles should be continued in the following directions: development of equipment; certification of the welding method; development and testing of the friction welding technology.

Введение. Проведены экспериментальные исследования и разработаны технологические рекомендации по сварке трением (СТ) штуцеров и патрубков малого (до 80 мм) диаметра сварных конструкций теплового и атомного машиностроения. Исследована возможность применения сварки трением штуцеров и патрубков малого диаметра корпусного оборудования энергетических установок вместо ручной дуговой сварки (РДС) покрытым электродом. Материалы и методы. Модели штуцерных и патрубковых узлов были изготовлены из низкоуглеродистой стали марки 22К. Выбор угла подготовки конусной поверхности, отработка параметров режима СТ и сварка штуцерных моделей диаметром 40 мм выполнялась на машине МСТ-35-5. Сварка патрубковых моделей диаметром 80 мм была осуществлена на машине МСТ-41, в условиях ОАО «ЭМК - АТОММАШ». Для выбора угла конусной поверхности и отработки параметров режима сварки была разработана конструкция модели штуцерного узла с разными углами конусной поверхности. Размеры углов сопрягаемых поверхностей стыка были выбраны с учетом энергетических возможностей сварочной машины МСТ-35-5 и ожидаемых размеров формируемой зоны сплавления, определяющих качество металла сварного соединения. Результаты исследования. Разработано конструктивное оформление моделей и соединяемых (конусных) поверхностей штуцерных и патрубковых узлов; обоснован выбор оптимальных углов подготовки поверхностей под сварку; обоснован выбор значений параметров режима сварки и осуществлена их экспериментальная проверка; выполнена оценка качества сварных соединений неразрушающими и разрушающими методами. Установлено влияние конструктивного и технологического факторов на качество сварных соединений. Обсуждение и заключения. Полученные положительные результаты экспериментального исследования подтвердили технологическую возможность и экономическую целесообразность сварки трением штуцеров и патрубков малого диаметра вместо ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Исследование возможности применения сварки трением для приварки штуцеров и патрубков следует продолжить в направлении разработки оборудования, аттестации способа сварки, разработки и аттестации технологии сварки трением.

Сварка трениемконструкция разделкимодель патрубкового узланизкоуглеродистая стальпараметры режима сваркитвердость сварного соединениямакроструктурамикроструктуракачество сварного соединенияfriction weldingpreparation designnozzle unit modellow-carbon steelwelding parametersjoint weld hardnessmacrostructuremicrostructurejoint weld qualityReferencesВоинов, В. П. Технология и оборудование сварки трением / В. П. Воинов, Р. Н. Болдырев. - Москва : Машиностроение,1985. - 61 с.Voinov, V.P., Boldyrev, R.N. Tekhnologiya i oborudovanie svarki treniem. [Friction welding technology and equipment.] Moscow: Mashinostroenie, 1985, 61 p. (in Russian).Вилль, В. И. Сварка металлов трением / В. И. Вилль. - Ленинград : Машиностроение, 1970. - 175 с.Will, V.I. Svarka metallov treniem. [Friction welding of metals.] Leningrad: Mashinostroenie, 1970, 175 p. (in Russian).Duffin E. L., Bahrani A. S. The mechanics of friction welding mild steel // Metal Construction. 1976. - V.8. No.6. - P.267-271.Duffin, E. L., Bahrani, A. S. The mechanics of friction welding mild steel. Metal Construction, 1976, vol. 8, no. 6, pp. 267-271.Kuruzar D. I. Joint design for the friction welding process // Welding Journal. 1979. - V.58. No. 6. - P. 31-35.Kuruzar, D. I. Joint design for the friction welding process. Welding Journal, 1979, vol.58, no. 6, pp. 31-35.Sayegh J. Carec R. Posibilites et perspectives du soudage par friction Applications - Evolution de la technique et perspectives // Soudage et techniques connexec. 1981. - V.35. No.5. - P.152-160.Sayegh J., Carec R. Posibilites et perspectives du soudage par friction Applications – Evolution de la technique et perspectives. Soudage et techniques connexec, 1981, vol.35, no.5, pp. 152-160.Bethlehem W.F. Uberwachen des Reibschweissens mit dem Ziel des Gutesicherung //Diahtwelt.1983. - V.69.No.7. - P.173-176.Bethlehem W.F. Uberwachen des Reibschweissens mit dem Ziel des Gutesicherung. Diahtwelt, 1983, vol. 69, no. 7, pp. 173-176.Basile G., Benchetto A., Triouleyre J. Soudage par friction Recherche d-une correlation entre les parameters du procede et la gwalite du joint // Soudage et techniques connexes. 1984. - V.38. No. 9-10. - P.338-349.Basile G., Benchetto A., Triouleyre J. Soudage par friction Recherche d-une correlation entre les parameters du procede et la gwalite du joint. Soudage et techniques connexes, 1984, vol. 38, no. 9-10, pp. 338-349.Каракозов, Э. С. Современное состояние сварки трением (обзор). Часть 1 / Э. С. Каракозов, Р. И. Мустафаев, Н. В. Мельникова // Сварочное производство. - 1989. - № 8. - С. 2-5.Karakozov, E.S., Mustafaev, R.I., Melnikova, N.V. Sovremennoe sostoyanie svarki treniem (obzor). Chast' 1. [Current state of friction welding (review). Part 1.] Svarochnoe Proizvodstvo, 1989, no. 8, pp. 2–5 (in Russian).Каракозов, Э. С. Современное состояние сварки трением (обзор). Часть 2 / Э. С. Каракозов, Р. И. Мустафаев, Н. В. Мельникова // Сварочное производство. - 1989. - № 9. - С.1-4.Karakozov, E.S., Mustafaev, R.I., Melnikova, N.V. Sovremennoe sostoyanie svarki treniem (obzor). Chast'2. [Current state of friction welding (review). Part 2.] Svarochnoe Proizvodstvo, 1989, no. 9, pp. 1–4 (in Russian).Щепкин, В. В. Перспективы применения сварки трением в машиностроении [Электронный ресурс] / В. В. Щепкин, Ю. В. Полетаев // Блокнот молодого ученого. Портал электронного обучения «Скиф». - Режим доступа : http: // moodle.dstu.edu.ru/course/view.php?id=4549 (дата обращения : 16.07.17).Shchepkin, V.V., Poletaev, Yu.V. Perspektivy primeneniya svarki treniem v mashinostroenii. [Application prospects for friction welding in mechanical engineering.] Available at: http: // moodle.dstu.edu.ru/course/view.php?id=4549 (accessed: 16.07.17) (in Russian).Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и наплавки : правила контроля ПН АЭГ-7-010-89. - Москва : ЦНИИАТОМИНФОРМ, 1989. - 125 с.Oborudovanie i truboprovody atomnykh energeticheskikh ustanovok. Svarnye soedineniya i naplavki: pravila kontrolya PN AEG–7–010–89. [Equipment and pipelines of nuclear power plants. Welded joints and surfacing: rules for control of PN AEG–7–010–89.] Moscow: TsNIIATOMINFORM, 1989, 125 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.