Односторонняя сварка плакированных трубопроводов атомных энергетических установок

Обобщены закономерности формирования структуры в сварных соединениях биметаллических материалов. Рассмотрены причины ухудшения вязкости, пластичности и технологической прочности металла шва. Установлены технологические мероприятия по обеспечению необходимых эксплуатационных свойств и трещиностойкост...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Касаткин, О.Г., Царюк, А.К., Скульский, В.Ю., Гаврик, А.Р., Моравецкий, С.И., Нимко, М.А., Стрижиус, Г.Н., Теровец, Н.В., Бывалькевич, А.И., Немлей, Н.В., Куран, Р.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2012
Назва видання:	Автоматическая сварка
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101294
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Односторонняя сварка плакированных трубопроводов атомных энергетических установок / О.Г. Касаткин, А.К. Царюк, В.Ю. Скульский, А.Р. Гаврик, С.И. Моравецкий, М.А. Нимко, Г.Н. Стрижиус, Н.В. Теровец, А.И. Бывалькевич, Н.В. Немлей, Р.И. Куран // Автоматическая сварка. — 2012. — № 10 (714). — С. 11-16. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-101294
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1012942016-06-02T03:02:38Z Односторонняя сварка плакированных трубопроводов атомных энергетических установок Касаткин, О.Г. Царюк, А.К. Скульский, В.Ю. Гаврик, А.Р. Моравецкий, С.И. Нимко, М.А. Стрижиус, Г.Н. Теровец, Н.В. Бывалькевич, А.И. Немлей, Н.В. Куран, Р.И. Научно-технический раздел Обобщены закономерности формирования структуры в сварных соединениях биметаллических материалов. Рассмотрены причины ухудшения вязкости, пластичности и технологической прочности металла шва. Установлены технологические мероприятия по обеспечению необходимых эксплуатационных свойств и трещиностойкости металла швов. Разработаны исходные данные для создания принципиального процесса односторонней сварки трубопроводов АЭС из плакированных сталей. Regularities of structure formation in bimetal material welded joints are generalized. Causes for deterioration of toughness, ductility and technological strength of weld metal are considered. Technological measures to ensure the required service properties and crack resistance of weld metal are specified. Initial data are determined to develop the basic process of one-sided welding of NPP piping from clad steels. 2012 Article Односторонняя сварка плакированных трубопроводов атомных энергетических установок / О.Г. Касаткин, А.К. Царюк, В.Ю. Скульский, А.Р. Гаврик, С.И. Моравецкий, М.А. Нимко, Г.Н. Стрижиус, Н.В. Теровец, А.И. Бывалькевич, Н.В. Немлей, Р.И. Куран // Автоматическая сварка. — 2012. — № 10 (714). — С. 11-16. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101294 621.791:[621.311.25:621.039.577] ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Касаткин, О.Г. Царюк, А.К. Скульский, В.Ю. Гаврик, А.Р. Моравецкий, С.И. Нимко, М.А. Стрижиус, Г.Н. Теровец, Н.В. Бывалькевич, А.И. Немлей, Н.В. Куран, Р.И. Односторонняя сварка плакированных трубопроводов атомных энергетических установок Автоматическая сварка
description	Обобщены закономерности формирования структуры в сварных соединениях биметаллических материалов. Рассмотрены причины ухудшения вязкости, пластичности и технологической прочности металла шва. Установлены технологические мероприятия по обеспечению необходимых эксплуатационных свойств и трещиностойкости металла швов. Разработаны исходные данные для создания принципиального процесса односторонней сварки трубопроводов АЭС из плакированных сталей.
format	Article
author	Касаткин, О.Г. Царюк, А.К. Скульский, В.Ю. Гаврик, А.Р. Моравецкий, С.И. Нимко, М.А. Стрижиус, Г.Н. Теровец, Н.В. Бывалькевич, А.И. Немлей, Н.В. Куран, Р.И.
author_facet	Касаткин, О.Г. Царюк, А.К. Скульский, В.Ю. Гаврик, А.Р. Моравецкий, С.И. Нимко, М.А. Стрижиус, Г.Н. Теровец, Н.В. Бывалькевич, А.И. Немлей, Н.В. Куран, Р.И.
author_sort	Касаткин, О.Г.
title	Односторонняя сварка плакированных трубопроводов атомных энергетических установок
title_short	Односторонняя сварка плакированных трубопроводов атомных энергетических установок
title_full	Односторонняя сварка плакированных трубопроводов атомных энергетических установок
title_fullStr	Односторонняя сварка плакированных трубопроводов атомных энергетических установок
title_full_unstemmed	Односторонняя сварка плакированных трубопроводов атомных энергетических установок
title_sort	односторонняя сварка плакированных трубопроводов атомных энергетических установок
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101294
citation_txt	Односторонняя сварка плакированных трубопроводов атомных энергетических установок / О.Г. Касаткин, А.К. Царюк, В.Ю. Скульский, А.Р. Гаврик, С.И. Моравецкий, М.А. Нимко, Г.Н. Стрижиус, Н.В. Теровец, А.И. Бывалькевич, Н.В. Немлей, Р.И. Куран // Автоматическая сварка. — 2012. — № 10 (714). — С. 11-16. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT kasatkinog odnostoronnââsvarkaplakirovannyhtruboprovodovatomnyhénergetičeskihustanovok AT carûkak odnostoronnââsvarkaplakirovannyhtruboprovodovatomnyhénergetičeskihustanovok AT skulʹskijvû odnostoronnââsvarkaplakirovannyhtruboprovodovatomnyhénergetičeskihustanovok AT gavrikar odnostoronnââsvarkaplakirovannyhtruboprovodovatomnyhénergetičeskihustanovok AT moraveckijsi odnostoronnââsvarkaplakirovannyhtruboprovodovatomnyhénergetičeskihustanovok AT nimkoma odnostoronnââsvarkaplakirovannyhtruboprovodovatomnyhénergetičeskihustanovok AT strižiusgn odnostoronnââsvarkaplakirovannyhtruboprovodovatomnyhénergetičeskihustanovok AT terovecnv odnostoronnââsvarkaplakirovannyhtruboprovodovatomnyhénergetičeskihustanovok AT byvalʹkevičai odnostoronnââsvarkaplakirovannyhtruboprovodovatomnyhénergetičeskihustanovok AT nemlejnv odnostoronnââsvarkaplakirovannyhtruboprovodovatomnyhénergetičeskihustanovok AT kuranri odnostoronnââsvarkaplakirovannyhtruboprovodovatomnyhénergetičeskihustanovok
first_indexed	2025-07-07T10:42:27Z
last_indexed	2025-07-07T10:42:27Z
_version_	1836984511481511936
fulltext	УДК 621.791:[621.311.25:621.039.577] ОДНОСТОРОННЯЯ СВАРКА ПЛАКИРОВАННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК О. Г. КАСАТКИН, д-р техн. наук, А. К. ЦАРЮК, канд. техн. наук, В. Ю. СКУЛЬСКИЙ, д-р техн. наук, А. Р. ГАВРИК, С. И. МОРАВЕЦКИЙ, М. А. НИМКО, Г. Н. СТРИЖИУС, Н. В. ТЕРОВЕЦ, инженеры (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины), А. И. БЫВАЛЬКЕВИЧ, инж. (ОП «Атомремонтсервис» НАЭК «Энергоатом», г. Славутич), Н. В. НЕМЛЕЙ, инж. (ОП «Южно-Украинская АЭС» НАЭК «Энергоатом», г. Южно-Украинск), Р. И. КУРАН, инж. (ЮТЭМ-Инжиниринг, г. Буча) Обобщены закономерности формирования структуры в сварных соединениях биметаллических материалов. Рас- смотрены причины ухудшения вязкости, пластичности и технологической прочности металла шва. Установлены технологические мероприятия по обеспечению необходимых эксплуатационных свойств и трещиностойкости металла швов. Разработаны исходные данные для создания принципиального процесса односторонней сварки трубопроводов АЭС из плакированных сталей. К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, плакированные ста- ли, сварные соединения, хрупкость, трещины, диффузия уг- лерода, хрупкие прослойки, технологии сварки Плакированные трубы в ответственных конс- трукциях используются, в частности, в главном циркуляционном трубопроводе атомных энерге- тических установок. Основным металлом трубы является низколегированная сталь повышенной прочности, которая внутри покрыта коррозион- ностойкой аустенитной сталью. При замене парогенераторов возникает необ- ходимость выполнения стыкового соединения главного циркуляционного трубопровода с пат- рубком парогенератора. Стыкуемые элементы из- готовлены из стали 10ГН2МФА. Внутренний ди- аметр трубы 850 мм, толщина 70 мм. Согласно штатной технологии кромки выпол- няемых соединений из низколегированной стали имеют V-образную разделку с раскрытием нару- жу; на каждой кромке удален плакирующий слой шириной 10 мм (рис. 1). Выполнение выборки плакировки связано с исключением возможности образования трещин при попадании аустенитного металла в низколегированный перлитный корне- вой шов. Такие соединения выполняют в два эта- па. Вначале с внешней стороны сваривают по всей толщине теплоустойчивую сталь 10ГН2МФА и проводят неразрушающий контроль соединения — рентгеноструктурный (РГК, 100 %), ультраз- вуковой (УЗК, 100 %), капиллярный (КК, 100 %). Затем проводят наплавку двойного антикорро- зионного слоя на участке проточки внутренней поверхности трубы. По завершению наплавки проводят зачистку усиления наплавленного слоя вровень с поверхностью плакировки и выполняют неразрушающий контроль (визуально-измери- тельный (100 %), УЗК (100 %) для выявления от- слоений плакировки и КК (100 %)). Однако вследствие повышенного радиацион- ного фона в зоне парогенератора и трубопровода возникла необходимость в создании технологии сварки, обеспечивающей уменьшение дозы облу- чения сварщиков и исключающей их работу внут- ри выполняемого трубного соединения. Целью данной работы была разработка техно- логии односторонней сварки с наружной стороны © О. Г. Касаткин, А. К. Царюк, В. Ю. Скульский, А. Р. Гаврик, С. И. Моравецкий, М. А. Нимко, Г. Н. Стрижиус, Н. В. Теровец, А. И. Бывалькевич, Н. В. Немлей, Р. И. Куран, 2012 Рис. 1. Схема разделки кромок стыкового трубного соедине- ния из плакированной стали, свариваемого по штатной тех- нологии 10/2012 11 плакированных трубопроводов первого контура ядерных энергоблоков, что позволяет снизить как радиационную нагрузку на персонал, так и тру- доемкость ремонтно-сварочных работ. Сварные соединения из биметаллических ста- лей представляют собой сложную в металлурги- ческом отношении систему, формирующуюся при соединении металлов с разным легированием и принадлежащих к различным структурным клас- сам. По легированию и структуре можно разли- чать участки шва на уровне плакирующего слоя, в зоне перехода от плакирующего шва ко шву основного низколегированного слоя и основной шов. Участки соединения как основного, так и плакирующего слоев можно отнести к категории соединений однородных сталей. Переходные участки, где соединяются слои с резко отличаю- щимися уровнями легирования, структурой и свойствами, относятся к категории соединений разнородных металлов (сталей). Поэтому при по- лучении сварных соединений из двухслойной ста- ли должны учитываться закономерности форми- рования структуры и свойств, а также возможные проблемы, характерные для сварки однородных низколегированных или углеродистых сталей, вы- соколегированных сталей и соединений разнород- ных сталей. При сварке плакирующих слоев из аустенит- ных сталей возможной проблемой является обра- зование горячих (прежде всего кристаллизацион- ных) трещин. Обеспечение высокой технологи- ческой прочности достигается легированием ме- талла шва молибденом, марганцем при ограни- чении в наплавленном металле концентрации лег- ко ликвирующих примесных элементов (серы, фосфора, кремния). Весьма эффективной мерой предупреждения появления кристаллизационных трещин в аустенитных швах является получение наплавленного металла с таким соотношением Crэкв/Niэкв, при котором обеспечивается первич- ная кристаллизация с образованием δ-феррита. Критерием реализации механизма первичной кристаллизации с формированием δ-феррита яв- ляется контроль его остаточной доли в металле шва при комнатной температуре. Однако чрез- мерный рост доли δ-феррита при повышении кон- центрации ферритизаторов по отношению к аус- тенитизаторам может привести к обратному эф- фекту — снижению трещиностойкости. В работе [1] показано, что для хромоникелевых швов с 20…22 % хрома снижение стойкости против кристаллизационных трещин наблюдается при со- держании δ-феррита более 40…50 %. Оптималь- ным, с точки зрения обеспечения высокой стой- кости против кристаллизационных трещин, явля- ется 2…8 % δ-феррита. Для предупреждения фор- мирования карбидов хрома при сенсибилизирую- щем нагреве и развития межкристаллитной кор- розии при эксплуатации наплавленный металл до- полнительно легируют активными карбидообра- зующими элементами. Указанные принципы ле- гирования наплавленного металла находят прак- тическое использование при выполнении корро- зионностойкого облицовочного слоя на внутрен- ней поверхности плакированных труб и корпуса ядерного реактора. Для этой цели используют сва- рочные материалы систем легирования типа 25 % Cr–13 % Ni для выполнения первого слоя облицовки по низколегированной стали, а для вто- рого — со стабилизацией ниобием типа 20 % Cr– 10 % Ni–2 % Mn–Nb. Особую проблему при сварке плакированных сталей могут представлять переходные участки между высоколегированным и низколегирован- ным металлом. В зависимости от легирования сва- рочного материала и степени его смешивания в металле шва с расплавом высоколегированного и низколегированного металлов (что зависит от ре- жима сварки) может формироваться структура, содержащая мартенсит [2, 3]. Такие швы могут проявлять склонность к хрупкому разрушению. Не исключается также возможность образования кристаллизационных или холодных трещин. Кро- ме того, при различиях в системе легирования и структурном классе основного и сварочного ма- териалов хрупкие прослойки могут формировать- ся у стенок сварочной ванны на участке неполного перемешивания [3, 4]. Подобные прослойки воз- никают, например, при сварке углеродистой или низколегированной стали с высоколегирован- ными аустенитными сварочными материалами. На формирование структурной неоднороднос- ти в переходных участках соединений из сталей различных структурных классов также оказывает влияние диффузионное перераспределение угле- рода. Это явление заметно проявляется на границе между низколегированным или углеродистым ос- новным металлом и швом с повышенным содер- жанием легирующих элементов и энергичных кар- бидообразователей [3–5]. В результате диффузии углерода в сторону более легированного металла шва в основном металле формируется зона, обед- ненная углеродом с пониженной твердостью, а в шве — прослойка с высокой концентрацией уг- лерода и высокой твердостью (здесь скопление углерода способствует повышению твердости мартенситной прослойки, образующейся в резуль- тате неоднородного перемешивания наплавленно- го и основного металлов). Так, экспериментально установлено, что в переходном участке сталь 20 — аустенитный шов твердость в мартенситной прослойке в зоне с повышенной концентрацией углерода составляла HV 500…650, в стали 20 в прилежащей ко шву зоне обеднения HV 180…200, а вдали от шва HV 200…250. Перераспределение 12 10/2012 углерода может происходить при сварке и пос- ледующей термической обработке. Есть предпо- ложение, что на этот процесс также оказывает влияние напряженно-деформированное состояние металла [4]. Следствием фазовой неоднородности в зоне сплавления является, во-первых, риск раз- вития хрупкого разрушения в малопластичном ме- талле, во-вторых, при эксплуатации зона основ- ного металла с переменным содержанием угле- рода может подвергаться особому виду корро- зионного разрушения под напряжением [5]. В ка- честве примера неоднородного перераспределе- ния углерода между перлитной сталью и высоко- легированной сталью на рис. 2 показана микрос- труктура переходного участка биметалла между плакирующим и несущим слоями. На рисунке темную окраску имеет область со скоплением уг- лерода в аустенитном слое. В прилежащем низ- колегированном металле в зоне обеднения угле- родом сформировалась крупнозернистая чисто ферритная структура с низкой твердостью. Исключение образования мартенсита в струк- туре промежуточных швов (как и при сварке аус- тенитных и низколегированных сталей) достига- ется использованием сварочных материалов с «по- вышенной аустенитностью», обеспечивающих ре- зультирующую чисто аустенитную либо аусте- нитно-ферритную первичную кристаллизацию. Для уменьшения ширины зон переменного сос- тава у стенок сварочной ванны и мартенситных прослоек в них требуется обеспечивать повышен- ный градиент концентраций элементов-аустени- тизаторов в этой зоне. Последнее также достига- ется использованием сварочных материалов с по- вышенным содержанием никеля. Однако эти ме- ры, основанные на использовании сварочных ма- териалов систем Cr–Ni либо Cr–Ni–Mo, не иск- лючают диффузионного перемещения углерода из низколегированного металла в высоколегирован- ный шов. Данная проблема может быть решена за счет применения сварочных материалов на ни- келевой основе, либо выполнения облицовки кромки низколегированной стали металлом с низ- ким содержанием углерода. Сварка основного слоя из низколегированной закаливающейся стали бейнитного класса сопря- жена с необходимостью предотвращения замед- ленного разрушения. Для этого необходимо при- менять предварительный и сопутствующий подог- рев. Для снятия напряжений и обеспечения тре- буемых механических свойств металла шва свар- ные соединения после сварки подвергают высо- кому отпуску. Рассмотренные особенности получения свар- ных соединений плакированных сталей учитыва- лись в настоящей работе. Выбранная конфигурация разделки кромок для односторонней сварки (рис. 3) обеспечивает воз- Рис. 2. Микроструктура (×100) биметалла на участке перехо- да от котельной перлитной стали (внизу) к аустенитному плакирующему слою (вверху), числа соответствуют значени- ям микротвердости HV 0,2 Рис. 3. Схема разделки кромок для односторонней сварки трубного соединения из плакированной низколегированной стали 10/2012 13 можность качественного выполнения корневого шва в зоне плакирующего слоя. При получении соединений возможно применение как ручных процессов сварки (дуговой сварки покрытыми электродами или аргонодуговой сварки неплавя- щимся электродом с присадкой), так и автомати- ческой аргонодуговой сварки с помощью сущес- твующего на рынке сварочного оборудования. Для сварки корневого прохода и заварки раз- делки в плакирующем слое следует применять присадочную проволоку типа 04Х20Н9Г2Б, пре- дусмотренную правилами и нормами в атомной энергетике (ПНАЭ Г-7-01–89) для аргонодуговой сварки коррозионностойких хромоникелевых ста- лей. Указанная проволока обеспечивает требуе- мую коррозионную стойкость металла шва и, бла- годаря образованию δ-феррита, его высокую стой- кость против образования горячих трещин. Для ручной сварки покрытыми электродами следует применять электроды, обеспечивающие анало- гичное легирование наплавленного металла — ЦТ-15К, ЭА-898/21Б. Заполнение разделки в основном слое можно выполнять с использованием сварочных матери- алов, предусмотренных ПНАЭ Г-7-01–89 для сварки стали 10ГН2МФА: ручной дуговой свар- кой покрытыми электродами ПТ-30, аргонодуго- вой сваркой с присадочной проволокой Св- 10ГНМА. Для аргонодуговой сварки также была аттестована и допущена к применению проволока Св-08Г1НМА [6]. В условиях ремонта целесооб- разно использовать автоматизированный свароч- ный процесс, исключающий длительное присут- ствие сварщиков у трубного соединения. Поэтому в настоящей работе выбрана автоматическая ар- гонодуговая сварка неплавящимся электродом с использованием проволоки Св-08Г1НМА. Про- верка заполнения разделки указанной проволокой, начиная с аустенитного металла плакировки без выполнения промежуточного шва с особым леги- рованием, показала, что в первых проходах такого шва образуется металл с мартенситной структу- рой с высокой твердостью (примерно HV 450). В то же время твердость металла шва типа 08Г1НМА и стали 10ГН2МФА после сварочного термического цикла находится на уровне HV 260…270 и HV 280…303 соответственно. Во избежание риска охрупчивания наплавля- емых на аустенитный подслой типа 18-10 участ- ков низколегированного металла шва типа 08Г1НМА отрабатывали технологию сварки с пе- реходным слоем. Для переходных слоев использо- вали сварочные проволоки на никелевой основе (Ni–20Сr, Ni–3Ti), низкоуглеродистую проволоку типа армко-железо и аустенитную хромоникель- молибденовую проволоку Св-10Х16Н25АМ6, тра- диционно применяемую для сварки разнородных сталей. Следует отметить, что преимуществом нике- левых материалов является, во-первых, предотв- ращение образования хрупких структур в металле шва, в том числе у зон сплавления, во-вторых, формирование более низких напряжений в зоне соединения в связи с близкими к сталям с α-ре- шеткой значениями коэффициента линейного расширения. У аустенитных хромоникелевых сталей этот коэффициент примерно в 1,5 раза вы- ше, чем у ферритных. Использование проволоки Св-10Х16Н25АМ6 позволяет снизить риск образо- вания мартенсита в швах за счет повышенного со- держания никеля, однако не исключает формиро- вание диффузионных углеродистых прослоек меж- ду низколегированной сталью и промежуточным швом из-за высокого содержания в ней энергичных карбидообразователей — хрома и молибдена. В таблице приведены результаты измерения распределения значений твердости на участках плакирующий аустенитный слой—промежуточ- ный слой—несущий шов. Отпуск опытных образ- цов (650 °С, 2 ч) проводили при температуре, ре- комендуемой для сварных соединений стали 10ГН2МФА. Результаты показывают, что переме- шивание металла несущего шва с промежуточным слоем типа 10Х16Н25АМ6 приводит к образова- нию твердой и соответственно более хрупкой про- межуточной структуры. При этом используемая температура отпуска практически не влияет на твердость в зоне перехода к металлу шва типа 08Г1НМА. В то же время имеет место некоторое повышение твердости в аустенитном металле, что, вероятно, обусловлено развитием дисперсионного твердения при выделении карбидных (в случае хромоникелевой стали типа 18-10) и интерметал- лидных фаз (в области сплава Ni–3Ti). Более однородными, исходя из значений твер- дости, являются участки соединения с промежу- точным слоем из никелевых сплавов, а также со слоем из армко-железа. В слое армко-железо — основной металл шва твердость несколько выше, Значения твердости HV 50 в зонах металла шва с различ- ным легированием промежуточных слоев Участок соединения, материал После сварки После отпуска Плакировка — 18Cr–10Ni Промежуточный шов — Ni–20Cr Шов — 08Г1НМА 200 214 175…232 225 200...215 160...180 Плакировка — 18Cr–10Ni Промежуточный шов — Ni–3Ti Шов — 08Г1НМА 185...200 152...161 286...293 223...250 150...200 300 Плакировка — 18Cr–10Ni Промежуточный шов — армко-железо Шов — 08Г1НМА 200 237...396 254...262 216 230...300 250...260 Плакировка — 18Cr–10Ni Промежуточный шов — 10Х16Н25АМ6 Шов — 08Г1НМА 190...200 210 330...450 206 175...206 300...400 14 10/2012 однако эти значения находятся на уровне твер- дости, характерном для швов типа 08Г1НМА. Сварка технологических проб показала, что на участках перехода от никелевого промежуточного слоя ко шву, выполненному низколегированной проволокой 08Г1НМА, встречаются горячие мик- ротрещины. Они образуются в металле, сформи- рованном при перемешивании никелевого слоя с низколегированным наплавляемым металлом и могут частично распространяться в нижележащий высоконикелевый слой. Шов на этих участках имеет характерное для литого металла столбчатое строение. Местами зарождения и распростране- ния трещин являются межкристаллитные зоны, для которых характерно скопление проликвиро- вавших примесных элементов, а также совпада- ющие с межкристаллитными областями границы аустенитных зерен, содержащих цепочки дискрет- ных фаз (рис. 4). На основании проведенных экспериментов для выполнения промежуточного слоя выбрали сва- рочную проволоку из армко-железа. Дальнейшее заполнение разделки в основном слое выполняли ручной дуговой сваркой электро- дами ПТ-30. Используемый предварительный и со- путствующий подогрев составлял 170…200 °С. После сварки выполняли высокий отпуск при тем- пературе 650 °С. Металл швов имел бейнитную структуру с отдельно расположенными микроу- частками феррита. Дефекты в соединении отсут- ствуют (рис. 5). Механические свойства металла основного металла шва соответствуют уровню свойств, характерных для соединений стали 10ГН2МФА (σв ≈ 640 МПа, σ0,2 ≈ 550 МПа, δ ≈ ≈ 17,6 %, ψ ≈ 69 %, KCV ≈ 160…200 Дж/см2). При применении автоматической аргонодуговой сварки с присадочной проволокой Св-08Г1НМА обеспечиваются следующие свойства металла шва [6]: σв ≈ 690 МПа, σ0,2 ≈ 600 МПа, δ ≈ 24,2 %, ψ ≈ 73 %, КСV ≈ 270 Дж/см2. При сварке соединений плакированных труб диаметром до 500 мм из теплоустойчивых сталей также применяют одностороннюю сварку. В этом случае заварку всего сечения соединения прово- дят аустенитными сварочными электродами, ис- пользуемыми для сварки разнородных сталей (ЭА-395/9). Однако такие соединения имеют по- вышенный уровень остаточных сварочных нап- ряжений, обусловленных усадкой аустенитного шва, а также имеет место формирование хрупких прослоек в зоне сплавления и частичное разуп- Рис. 4. Микроструктуры (×200) в участке перехода от никелевого промежуточного слоя к металлу шва типа 08Г1НМ: а, б — трещины в зоне сплавления подслоя Ni–3Ti и несущего шва (а — в никелевом металле, б — в участке сплавления никелевого слоя и металла несущего шва); в — микротрещина в участке сплавления слоя типа Ni–20Сr с несущим швом; г — совпадающая с межкристаллитной зоной вторичная граница с выделениями дисперсных фаз в переходном слое типа Ni–20Сr (потенциаль- ный путь образования трещины) 10/2012 15 рочнение прилежащих участков основного метал- ла за счет диффузии углерода в шов. Как было отмечено, неоднородное строение и высокие нап- ряжения в металле ЗТВ отрицательно сказывают- ся на работоспособность соединений, сваренных аустенитным материалом. Взамен подобной тех- нологии целесообразно применять рассмотрен- ный выше процесс сварки с переходным слоем между аустенитным корневым швом и перлитным заполняющим швом. Сварку (например, приме- нительно к трубам из стали 10ГН2МФА) следует выполнять в такой последовательности: заварка корневого прохода и корня разделки в районе пла- кирующего слоя аустенитным материалом типа 04Х20Н9Г2Б; выполнение переходного шва из низкоуглеродистого ферритного металла (армко- железа); заполнение разделки электродным мате- риалом, предназначенным для сварки основного шва (Св-08Г1НМА, Св-10ГНМА при аргонодуго- вой сварке, электродами ПТ-30 при ручной дуго- вой сварке) с обязательным предварительным и сопутствующим подогревом; выполнение локаль- ного высокого отпуска соединения. Такой подход обеспечивает однородную структуру и низкий уровень остаточных (после отпуска) напряжений в зоне сварного соединения основного низколе- гированного слоя, что должно повысить надеж- ность в эксплуатации соединения в целом. Таким образом, результатом выполненной ра- боты является подтверждение принципиальной возможности выполнения односторонней сварки стыковых трубных соединений плакированной стали 10ГН2МФА. Особенностью предлагаемой разработки является выполнение переходного шва низкоуглеродистым ферритным металлом для ис- ключения формирования хрупких прослоек. При- менение разработанной технологии позволяет значительно снизить трудозатраты и улучшить са- нитарно-гигиенические условия работы персона- ла. Предложенный подход также позволяет заме- нить традиционную технологию сварки плакиро- ванных труб с использованием аустенитного металла шва на сварку ферритным швом, что дает возможность повысить прочность сварного сое- динения. 1. Каховский Н. И. Сварка высоколегированных сталей. — Киев: Техніка, 1975. — 376 с. 2. Фартушный В. Г., Евсюков Ю. Г. Переходные швы при сварке двухслойных сталей // Автомат. сварка. — 1977. — № 10. — С. 30–33. 3. Земзин В. Н. Сварные соединения разнородных сталей. — М.; Л.: Машиностроение, 1966. — 232 с. 4. Готальский Ю. Н. Сварка разнородных сталей. — Киев: Техніка, 1981. — 184 с. 5. Касаткин О. Г., Царюк А. К., Скульский В. Ю. Способ повышения сопротивляемости локальным повреждени- ям сварных соединений трубопроводов АЭС // Автомат. сварка. — 2007. — № 3. — С. 32–35. 6. Разработка и аттестация технологии ААрДС в узкую разделку элементов ГЦТ Ду850 на АЭС / А. К. Царюк, В. Ю. Скульский, И. Л. Касперович и др. // Там же. — 2006. — № 5. — С. 24–31. Regularities of structure formation in bimetal material welded joints are generalized. Causes for deterioration of toughness, ductility and technological strength of weld metal are considered. Technological measures to ensure the required service properties and crack resistance of weld metal are specified. Initial data are determined to develop the basic process of one-sided welding of NPP piping from clad steels. Поступила в редакцию 01.06.2012 Рис. 5. Макроструктура шва в плаки- рующем слое (а), выполненном по разработанной технологии сварного соединения плакированной трубной стали (б) 16 10/2012

Односторонняя сварка плакированных трубопроводов атомных энергетических установок

Репозитарії

Схожі ресурси