Исследование влияния тонких окисленных слоев в сварных соединениях труб из титанового сплава на их склонность к трещинообразованию » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Исследование влияния тонких окисленных слоев в сварных соединениях труб из титанового сплава на их склонность к трещинообразованию

02.11.2020

Опыт изготовления сварных конструкций из титановых сплавов показывает, что термическая обработка является эффективным средством предотвращения образования холодных трещин во времени в металле швов и околошовной зоне сварных соединений. Поэтому вполне логичным является стремление специалистов подвергать термической обработке наиболее ответственные и напряженные узлы сварных конструкций с целью снятия остаточных напряжений, которые, по данным Куркина и Гуань-Цяо, достигают в сварных соединениях 0,8 os.

Однако в силу целого ряда технологических особенностей изготовления сварных конструкций не всегда представляется возможным производить их термическую обработку непосредственно после сварки. Так, например, изготовление сварных змеевиков парогенераторов характеризуется относительно продолжительным технологическим циклом во времени от момента сварки и навивки первых плетей до полного изготовления змеевика. Сварные соединения труб цилиндрических змеевиков находятся при этом в напряженном состоянии продолжительное время (10 суток и даже более) в зависимости от конструкции изделия, что вызывает опасность образования холодных трещин в сварных соединениях труб напряженных змеевиков.
Исследование влияния тонких окисленных слоев в сварных соединениях труб из титанового сплава на их склонность к трещинообразованию

Для уменьшения опасности образования холодных трещин в действующей технической документации был регламентирован интервал времени (10 дней), в течение которого сварные змеевики должны быть термически обработаны.

Для уточнения указанной выше рекомендации на Балтийском заводе и в ЦНИИ металлургии и сварки в течение 1965—1966 гг. была проведена специальная работа, в процессе которой сварные плети, изготовленные из труб сплава 48-T7, навивали на жесткую оправу диаметром 180 мм и выдерживали продолжительное время в напряженном состоянии без термической обработки с целью определения их сопротивляемости образованию трещин. Экспериментальный цилиндрический змеевик имел 20 сварных соединений. Сварка стыков труб выполнялась без применения газозащитных и водоохлаждающих приспособлений, что позволило усилить образование тонких окисных пленок на поверхности сварных соединений.

В процессе испытаний сварные соединения контролировались при помощи цветной дефектоскопии. При контроле цилиндрического змеевика в околошовной зоне 15 сварных соединений были обнаружены холодные трещины, образовавшиеся на 7—25-е сутки (рис. 1). Внешним осмотром было установлено, что металл околошовной зоны имел золотистый цвет и по виду удовлетворял техническим требованиям. Поэтому было сделано предположение, что образование холодных трещин в околошовной зоне сварных соединений связано с повышенным содержанием водорода в основном металле труб. Однако результаты спектрального анализа металла околошовной зоны не подтвердили такого предположения. Содержание водорода определялось на поверхности труб (в околошовной зоне) после зачистки шабером и механической обработки на токарном станке. Следует отметить, что даже после зачистки металла шабером содержание водорода в околошовной зоне не превышало 0,009%, после механической обработки оно снижалось почти в два раза и не превышало 0,0056% (см. таблицу). Физико-химическим анализом также не было установлено повышенного содержания водорода в околошовной зоне сварных соединений.

Кроме того, для более объективного контроля из той же партии труб, из которых был изготовлен змеевик, было вырезано 100 образцов для определения содержания водорода. Результаты спектрального анализа образцов показывают (рис. 2), что содержание водорода в металле труб колеблется в основном в пределах от 0,005 до 0,008% после механической обработки поверхности труб на токарном станке и несколько возрастает после зачистки поверхности труб шабером. Это возрастание, по-видимому, связано с недостаточным удалением загрязнений с поверхности труб при зачистке металла шабером.

Для выяснения причин образования трещин были проведены металлографические исследования сварных соединений. Для этого из сварных соединений вдоль образующей трубы вырезались образцы размером 2,5х5,0х30 мм.

Из рис. 3 видно, что микроструктура поверхностного слоя образца глубиной до 0,2 мм в значительной степени отличается от микроструктуры остальной массы металла. Из ранее выполненных металлографических исследований известно, что аналогичное изменение структуры околошовной зоны в сплаве 48-Т7 связано, как правило, с насыщением металла кислородом и азотом.

Таким образом, исследованиями было установлено, что образование холодных трещин в околошовной зоне сварных соединений труб связано в основном с газонасыщением поверхности труб в процессе сварки. Образование незначительных (на глубине не более 0,3 мм) малопластичных слоев металла на поверхности труб в околошовной зоне при нарушении газовой защиты и высокий уровень напряжений в сварных змеевиках, не подвергавшихся термической обработке, привели к возникновению холодных трещин. Следует отметить, что в работах Б.В. Кудоярова и Т.А. Дегтяря была показана возможность образования холодных трещин только при повышенном содержании кислорода и минимальном содержании водорода в металле. Для возникновения холодных трещин в сварных соединениях совсем не обязательно наличие высокого содержания водорода в металле, хотя его роль в трещинообразовании велика.

Образование газонасыщенных слоев металла связано с тем, что сварка тонкостенных труб осуществлялась без применения специальных приспособлений для дополнительного отвода тепла из околошовной зоны, которые нашли применение в серийной технологии.

В работах показано, что применение режимов сварки с форсированным охлаждением позволяет сократить время контакта металла, имеющего температуру выше 500°, с газовой фазой в 4—5 раз по сравнению со временем такого контакта при обычных режимах сварки без форсированного охлаждения. Рекомендуемые режимы сварки с применением форсированного охлаждения оказывают значительное влияние на повышение качества защиты и увеличение сопротивляемости сварных соединений трещинообразованию.

Кроме уже имевшегося змеевика, был дополнительно изготовлен новый змеевик, при сварке которого были строго выполнены все рекомендации, используемые в настоящее время при производстве штатных изделий, в частности применялись водоохлаждаемые защитные приспособления. В этом змеевике, имевшем 40 сварных соединений, трещин за весь период испытаний (6 месяцев) при напряженном состоянии змеевика без термической обработки не образовалось.

После испытаний из змеевика вырезались сварные стыки труб для металлографического анализа и замера микротвердости. Было установлено, что микротвердость в металле околошовной зоны на расстоянии 0.02 мм от наружной поверхности трубы находится в пределах 212—256 кгс/мм2 и практически не отличается от микротвердости основного металла. Исследования показали полное отсутствие газонасыщенных слоев в металле околошовной зоны на глубине 0,02 мм и более. Замерить микротвердость металла на меньшем расстоянии от наружной поверхности трубы не представлялось возможным из-за методических трудностей.

Таким образом, исследованиями было установлено, что незначительный газонасыщенный слой толщиной 0,1—0,2 мм в околошовной зоне сварных соединений резко снижает сопротивляемость этих соединений образованию холодных трещин

Заключение


В результате исследований установлено, что окисленные слои металла толщиной 0,1—0,2 мм снижают сопротивляемость образованию холодных трещин сварных соединений тонкостенных труб, не подвергавшихся термической обработке. Показано, что для повышения сопротивляемости трещинообразованию сварных узлов необходимо производить их термическую обработку в возможно короткий срок после окончания сварки, учитывая возможность образования окисленных слоев в металле сварных соединений при различных технологических отклонениях.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: