Однопроходная электродуговая сварка под тонким слоем шлака толстолистовых конструкций стали 09Г2С

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.

1. Полетаев, Ю. В. Влияние способа выплавки стали Cr-Ni-Mo-V на склонность к межзеренному разрушению при электрошлаковом переплаве / Ю. В. Полетаев, В. Ю. Полетаев // Технология машиностроения. - 2016. - № 8 (170). - С. 5-10.

2. Полетаев, Ю. В. Влияние термического цикла сварки и повторного нагрева на структурно-фазовые изменения низколегированной стали Cr-Ni-Mo-V / Ю. В. Полетаев, В. Ю. Полетаев // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2016. - Т. 16, № 4 (87). - С. 96-103.

3. Полетаев, Ю. В. Влияние надреза на склонность сварных соединений к межзеренному разрушению / Ю. В. Полетаев, В. Ю. Полетаев, Д. В. Рогозин // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2015. - Т. 15, № 3 (82). - С. 28-34.

4. Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварка и наплавка. Основные положения. ПН АЭГ-7-009-89 / Федеральный надзор России по ядерной и радиационной безопасности. - Москва : Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности, 1989. - 145 с.

5. Полетаев, В. Ю. Способы повышения качества сварных соединений, выполненных электрошлаковой сваркой / В. Ю. Полетаев // Актуальные проблемы науки ХХI века : сб. ст. V Междунар. науч.-практ. конф. - Москва ; Санкт-Петербург : Cognitio, 2015. - Ч. 2. - С. 131-139.

6. Полетаев, В. Ю. Влияние химической активности флюса для электрошлаковой сварки на стойкость металла шва против трещин при термической обработке / В. Ю. Полетаев, Ю. В. Полетаев, А. Н. Грицына // Инновационные технологии в машиностроении и металлургии : сб. ст. VII науч.-практ. конф. - Ростов-наДону : Изд. центр ДГТУ, 2015. - С. 258-271.

7. Медовар, Б. И. Электрошлаковая технология за рубежом / Б. И. Медовар, А. К. Цикуленко, А. Г. Богаченко. - Киев : Наукова думка, 1982. - 320 с.

8. Brandi, S.-D. Electroslag and electroslag welding / S.-D. Brandi, S. Liu, R.-D. Thomas // AWS Welding handbook. - 2012. - Vol. 6A. - P. 365-379.

9. Компан, Я. Ю. Электрошлаковая сварка и наплавка с управляемыми МГД-процессами / Я. Ю. Компан, Э. В. Щербинин. - Москва : Машиностроение, 1989. - 272 с.

10. Протоковилов, И. В. Управление формированием сварных соединений при ЭШС / И. В. Протоковилов, В. Б. Порохонько // Автоматическая сварка. - 2012. - № 10. - С. 54-59.

11. Krishna, K. Narrow-gap improved electroslag Welding for bridges / K. Krishna // Welding in the World. - 1996. - Vol. 38, № 11. - P. 325-335.

12. Hobeev, A. E. Influence of weld joints Damaging at the Stage of Manufacturing on Operating Reliability / A. E. Hobeev, YU. V. Poletaev // Influence of weld joints damaging at the stage of manufacturing on operating reliability. Material issues in design, manufacturing and operation of nuclear power plants equipment: proceedings of the Seventh international conference. - St. Petersburg : CRISM «Prometey» ; St. Petersburg ONTZ in cooperation with IAEA ; Joint Research Center of European Commission. - 2002. - Vol. 1. - P. 438-447.

13. Кошкарев, Б. Т. Теория сварочных процессов / Б. Т. Кошкарев. - Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 2003. - 217 с.