Полетаев Юрий Вениаминович, профессор кафедры «Машины и автоматизация сварочного производства», доктор технических наук, старший научный сотрудник
344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Poletaev, Yury V., professor of the Welding Fabrication Machines and Automation Department, Dr.Sci. (Eng.), Senior Research Scholar
344000, Rostov-on-Don, Gagarin Square, 1
Полетаев Валерий Юрьевич, старший преподаватель кафедры «Машины и автоматизация сварочного производства»
344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Poletaev, Valery Yu., senior lecturer of the Welding Fabrication Machines and Automation Department
344000, Rostov-on-Don, Gagarin Square, 1
Introduction. The technology of single-pass arc welding under a thin layer of slag (AST) of thick plate welded structures in the thermal and nuclear engineering is considered. The structure material is 09G2S steel. The work objective is the experimental study on the applicability of the AST method instead of the automatic welding under flux (AWF) and electroslag welding (ESW) under manufacturing the package units of the power plants.
Materials and Methods. The technology is developed on the basis of the calculation results of the thermal welding mode (thermal cycle parameters and welding mode settings). Test joint weld-samples, 100 mm thick, are made of 09G2S lowcarbon low-alloy steel. Welding is performed on the certified equipment of “EMC-Atommash” JSC. The welded joints quality is assessed on the standard control results by the following techniques: magnetic-particle testing (MPT), ultrasonic control (USC) and radiographic testing (RT). The non-destructive testing results were supplemented with the metallographic study data. To investigate the nature of the weld metal crystallization along the length of the weld, the macrotemplates were cut out mechanically from the middle through-the-thickness and at the distance of 10 mm from the surface. The technique and installation of “TCS-1” for simulating the thermal cycle of the metal welding of the heat affected zone (HAZ) of the welded joints; standard methods for determining mechanical properties; hardness and microhardness indices; and method for determining the grain size in micrographs according to GOST 5639-82 were used in the experiments. The microstructure was studied with MMP-2P and Reichert optical microscopes with increase up to thousandfolds. Besides, the distribution pattern and identification of the second phases of nonmetallics; welded samples and samples modeling the HAZ metal for the notch sensitivity; structure stability and welding cracking resistance were studied through the replica technique using the EMV-100LM electron microscope.
Research Results. Based on the thermal calculation results and the HAZ metal modeling, the optimum values of the heat input and welding variables are validated and experimentally verified. The welded joints quality is estimated by the nondestructive and destructive methods. The effect of the welding method on the structure, quality and mechanical properties of the welded joints is established.
Discussion and Conclusions. Positive results of the theoretical and experimental studies are obtained. They indicate the technological and economic efficiency of the AST method application (instead of AWF and ESW) under manufacturing the 100 mm thick welded joints of 09G2S low-alloy steel. Moderate heat input in AST allows for the one-pass forming of a welded joint with better fine-grained structure and higher mechanical characteristics as compared to the ESW and AWF. Recommendations on the use of the AST technique in the welding production are given.
Введение. Статья посвящена технологии однопроходной электродуговой сварки под тонким слоем шлака (АСТ) толстолистовых сварных конструкций в тепловом и атомном машиностроении. Материал конструкций — сталь 09Г2С. Цель работы — опытным путем установить возможность применения способа АСТ вместо автоматической сварки под флюсом (АСФ) и электрошлаковой сварки (ЭШС) при изготовлении корпусного оборудования энергетических установок.
Материалы и методы. Технология разрабатывалась на основании расчетов теплового режима сварки (параметров термического цикла и режима сварки). Контрольные сварные соединения-пробы толщиной 100 мм были изготовлены из низкоуглеродистой низколегированной стали 09Г2С. Сварка выполнена на аттестованном оборудовании ОАО «ЭМК — Атоммаш». Качество сварных соединений оценивалось по результатам штатного контроля методами: магнитно-порошковой дефектоскопии (МПД), ультразвукового контроля (УЗК) и радиографической дефектоскопии (РГД). Результаты неразрушающего контроля дополняли данными металлографических исследований. Для изучения характера кристаллизации металла шва по длине сварной пробы механическим способом вырезали макротемплеты из середины по толщине и на расстоянии 10 мм от поверхности. В экспериментах использовали: методику и установку «ТЦС-1» для моделирования термического цикла сварки металла зоны термического влияния (ЗТВ) сварных соединений; стандартные методы определения механических свойств; показатели твердости и микротвердости; метод определения величины зерна на микрофотографиях по ГОСТ 5639-82. Микроструктуру изучали на оптических микроскопах ММР-2Р и Reichert при увеличениях до 1000 крат. Кроме того, с помощью электронного микроскопа ЭМВ-100ЛМ методом реплик были изучены: характер распределения и идентификация вторичных фаз неметаллических включений; сварные образцы и образцы, моделирующие металл ЗТВ на чувствительность к надрезу; стабильность и стойкость структуры против образования трещин при сварке.
Результаты исследования. С учетом результатов теплового расчета и моделирования металла ЗТВ обоснованы оптимальные величины погонной энергии, параметров режима сварки и проведена их экспериментальная проверка. Выполнена оценка качества сварных соединений неразрушающими и разрушающими методами. Установлено влияние способа сварки на структуру, качество и механические свойства сварных соединений.
Обсуждение и заключения. Получены положительные результаты теоретических и экспериментальных исследований. Они свидетельствуют о технологической и экономической эффективности применения способа АСТ (вместо АСФ и ЭШС) при изготовлении сварных соединений толщиной 100 мм из низколегированной стали 09Г2С. Умеренное тепловложение при АСТ позволяет за один проход сформировать сварное соединение с более мелкозернистой структурой и высокими механическими свойствами по сравнению с ЭШС и АСФ. Даны рекомендации по использованию способа АСТ в сварочном производстве.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.