Инновационные технологии в области конструкционных сталей и их сварки
Рассмотрена ретроспектива сотрудничества ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» с ИЭС им. Е.О.Патона в области создания особо надежных металлических материалов и промышленных технологий для специальной техники, разработки покрытых электродов, агломерированных флюсов, порошковых проволок, сварочных технологий и об...
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103219 |
| 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: | Инновационные технологии в области конструкционных сталей и их сварки / И.В. Горынин, // Автоматическая сварка. — 2013. — № 10-11 (726). — С. 48-50. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-103219 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1032192016-06-15T03:02:51Z Инновационные технологии в области конструкционных сталей и их сварки Горынин, И.В. Пленарные доклады Международной конференции Рассмотрена ретроспектива сотрудничества ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» с ИЭС им. Е.О.Патона в области создания особо надежных металлических материалов и промышленных технологий для специальной техники, разработки покрытых электродов, агломерированных флюсов, порошковых проволок, сварочных технологий и оборудования. Был использован единый подход к разработкам технологии металлургии и сварки с конечной целью обеспечения высокой эксплуатационной надежности создаваемых на основе новых материалов современных конструкций. Отмечены совместные работы по оценке сопротивления материалов хрупким разрушениям, развитию методов оценки циклического ресурса сварных конструкций, совершенствованию методик сертификационных испытаний металла. 2013 Article Инновационные технологии в области конструкционных сталей и их сварки / И.В. Горынин, // Автоматическая сварка. — 2013. — № 10-11 (726). — С. 48-50. — рос. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103219 621.791:669.14/.1 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 |
Пленарные доклады Международной конференции Пленарные доклады Международной конференции |
| spellingShingle |
Пленарные доклады Международной конференции Пленарные доклады Международной конференции Горынин, И.В. Инновационные технологии в области конструкционных сталей и их сварки Автоматическая сварка |
| description |
Рассмотрена ретроспектива сотрудничества ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» с ИЭС им. Е.О.Патона в области создания
особо надежных металлических материалов и промышленных технологий для специальной техники, разработки покрытых электродов, агломерированных флюсов, порошковых проволок, сварочных технологий и оборудования. Был
использован единый подход к разработкам технологии металлургии и сварки с конечной целью обеспечения высокой
эксплуатационной надежности создаваемых на основе новых материалов современных конструкций. Отмечены совместные работы по оценке сопротивления материалов хрупким разрушениям, развитию методов оценки циклического
ресурса сварных конструкций, совершенствованию методик сертификационных испытаний металла. |
| format |
Article |
| author |
Горынин, И.В. |
| author_facet |
Горынин, И.В. |
| author_sort |
Горынин, И.В. |
| title |
Инновационные технологии в области конструкционных сталей и их сварки |
| title_short |
Инновационные технологии в области конструкционных сталей и их сварки |
| title_full |
Инновационные технологии в области конструкционных сталей и их сварки |
| title_fullStr |
Инновационные технологии в области конструкционных сталей и их сварки |
| title_full_unstemmed |
Инновационные технологии в области конструкционных сталей и их сварки |
| title_sort |
инновационные технологии в области конструкционных сталей и их сварки |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Пленарные доклады Международной конференции |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103219 |
| citation_txt |
Инновационные технологии в области конструкционных сталей и их сварки / И.В. Горынин, // Автоматическая сварка. — 2013. — № 10-11 (726). — С. 48-50. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT goryniniv innovacionnyetehnologiivoblastikonstrukcionnyhstalejiihsvarki |
| first_indexed |
2025-07-07T13:29:02Z |
| last_indexed |
2025-07-07T13:29:02Z |
| _version_ |
1836994991931523072 |
| fulltext |
48 10-11/2013
УДК 621.791:669.14/.1
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБЛАСТИ
КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ И ИХ СВАРКИ
И. В. ГОРЫНИН
ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей». РФ. 191015, г. Санкт-Петербург, ул. Шпалерная, 49. E-mail: mail@crism.ru
Рассмотрена ретроспектива сотрудничества ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» с ИЭС им. Е.О.Патона в области создания
особо надежных металлических материалов и промышленных технологий для специальной техники, разработки по-
крытых электродов, агломерированных флюсов, порошковых проволок, сварочных технологий и оборудования. Был
использован единый подход к разработкам технологии металлургии и сварки с конечной целью обеспечения высокой
эксплуатационной надежности создаваемых на основе новых материалов современных конструкций. Отмечены со-
вместные работы по оценке сопротивления материалов хрупким разрушениям, развитию методов оценки циклического
ресурса сварных конструкций, совершенствованию методик сертификационных испытаний металла. Табл. 2, рис. 4.
К л ю ч е в ы е с л о в а : инновационные технологии, конструкционные стали, сварочные материалы, эксплуатационная
надежность, нанотехнологии и наноматериалы, сотрудничество
Совместные работы с ИЭС им. Е. О. Патона в
советские годы и в постсоветский период поло-
жили начало научным направлениям работ, кото-
рые получили свое дальнейшее развитие в ФГУП
ЦНИИ КМ «Прометей» при создании особо на-
дежных материалов и промышленных технологий
для специальной техники, эксплуатирующейся
в экстремальных условиях. Наиболее значимые
из них посвящены разработкам технологий элек-
трошлакового переплава (ЭШП) высокопрочных
свариваемых сталей, созданию высококачествен-
ных сварочных материалов, а также обеспечению
эксплуатационной надежности крупногабаритных
сварных конструкций.
Способ ЭШП разработан в начале 70-х годов
прошлого столетия совместно учеными Институ-
та электросварки им. Е. О. Патона, ФГУП ЦНИИ
КМ «Прометей», ЦНИИ ЧМ им. И. П. Бардина и
специалистами металлургических заводов Укра-
ины. Основная задача, требовавшая решения —
повысить металлургическое качество и исключить
анизотропию свойств толстолистового проката из
высокопрочных сталей для предотвращения хруп-
ких разрушений. Новая технология позволила су-
щественно снизить содержание серы, кислорода,
неметаллических включений (рис. 1); обеспечить
2-3-кратное повышение значений пластичности и
ударной вязкости (табл. 1); снижение критических
температур хрупкости, повышение сопротивления
распространению трещины; максимально ограни-
чить содержание углерода, регламентировать содер-
жание легирующих элементов в узких пределах.
Это позволило расширить сортамент и обеспе-
чить производство крупногабаритного листового
проката, высокую равномерность структуры и ме-
ханических свойств по площади крупногабарит-
ного листа и в направлении его толщины, улуч-
шить свариваемость и повысить стабильность
механических свойств в зоне термического влия-
ния сварных соединений. Практически сталь пре-
вратилась в изотропный материал.
Переход российских предприятий на рыночные
отношения потребовал новых способов выплавки
— с применением комплекса внепечной обработ-
ки (внепечного рафинирования и вакуумирова-
ния). Опыт использования технологии ЭШП по-
зволил перейти на принципиально новую схему
производства металла, не уступающего по каче-
ству металлу, получаемому ЭШП (табл. 1). Отме-
тим, что способ ЭШП позволяет получать новые
продукты, разрабатываемые в ФГУП ЦНИИ КМ
«Прометей», высокого качества (например, при
производстве азотистых сталей).
ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» совместно с
ИЭС им. Е. О. Патона проводились работы по соз-
© И. В. Горынин, 2013
Рис. 1. Содержание неметаллических включений в высоко-
прочной стали различной выплавки
Т а б л и ц а 1 . Механические свойства высокопрочных
сталей
Способ выплавки δ5, % y, % KCV,
Дж/см2 yz, %
ЭШП 17,0…21,5 64…70 128…300 50…55
Внепечное
рафинирование 17,0…20,5 64…68 124…235 40…55
4910-11/2013
данию сварочных покрытых электродов, агломе-
рированных флюсов для автоматической сварки,
порошковых проволок малого диаметра, а также
разрабатывали сварочные технологии и обору-
дование. Новые перспективные сварочные мате-
риалы создаются на основе оптимизации систем
легирования, микролегирования и модифициро-
вания металла шва для обеспечения требуемой
работоспособности сварных соединений (в том
числе при отрицательных температурах), высокой
свариваемости и трещиностойкости.
Созданы новые высокотехнологичные порошко-
вые проволоки малых диаметров для сварки сталей
с пределом текучести от 360 до 550 МПа, по уровню
эксплуатационных характеристик не уступаюшие
лучшим зарубежным аналогам и разработана про-
мышленная технология их изготовления (табл. 2).
Серия разработанных покрытых электродов
флюоритно-кальциевого типа позволяет обеспе-
чить низкое содержание диффузионного водорода
в наплавленном металле, стабильно высокие экс-
плуатационные характеристики, заданный уро-
вень прочностных и пластических свойств метал-
ла шва при сварке хладостойких сталей.
Для автоматической сварки под флюсом разрабо-
таны агломерированные флюсы в сочетании с раз-
личными проволоками, обеспечивающие комплекс
необходимых служебных характеристик. Промыш-
ленное изготовление флюсов освоено на произ-
водственной базе ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей»,
рис. 2. Отличительной особенностью разработан-
ных флюсов является их высокая конкурентоспо-
собность, базирующая на высокой технологичности
процесса сварки и приемлемой стоимости.
Разработана принципиально новая технология
изготовления сварочного флюса при помощи ла-
зерного гранулирования, позволяющая обеспечить:
низкую гигроскопичность флюса; возможность
раскисления, легирования и модифицирования ме-
талла шва через флюс; низкое содержание диффу-
зионного водорода в наплавленном металле, а так-
же относительно высокую прочность гранул флюса.
Внедрение нового флюса в производство позволяет
снизить температуру предварительного и сопутству-
ющего подогрева при сварке; выполнять сварку вы-
сокопрочных сталей с пределом текучести более 800
МПа; значительно повысить эксплуатационные ха-
рактеристики сварных соединений.
Широко используемая в трубной промышлен-
ности многодуговая сварка под флюсом разрабо-
танными новыми сварочными материалами при
внедрении ее в судостроении позволяет значи-
тельно повысить производительность труда и мак-
симально автоматизировать производственный
цикл изготовления плоских секций.
Высокопроизводительная электрогазовая свар-
ка по щелевой разделке до настоящего време-
ни является непревзойденной при сварке пазо-
вых швов конструкций из высокопрочных сталей.
Приведенная технология обеспечивает возмож-
ность сварки высокопрочных сталей без предва-
рительного подогрева низколегированными про-
волоками, высокие качество металла сварных
соединений и производительность процесса.
В период сотрудничества ФГУП ЦНИИ КМ
«Прометей» и ИЭС им. Е. О. Патона применял-
ся единый подход к разработкам технологий ме-
таллургии и сварки. Целью разработок являлось
не только создание новых материалов, но и обе-
спечение высокой эксплуатационной надежно-
сти создаваемых из этих материалов конструк-
ций. Поставленная цель требует решения трех
задач: разработки научно обоснованных требова-
ний к материалам, их всесторонней сертифика-
ции, а также работ, направленных на «подгонку»
конструкции к материалу. Для решения первой и
третьей задач необходима разработка расчетных
методов оценки прочности и ресурса, из которых
должны проистекать как обоснования требований
к материалу, так и обоснования требований к кон-
струкции сварных узлов.
Для обеспечения надежности конструкций, ра-
ботающих в арктических условиях, актуальна раз-
работка методики оценки сопротивления хрупко-
му разрушению. Ее задачей является не только
определение требований к хладостойкости ме-
талла сварных соединений, но и к эффективно-
сти и объемам неразрушающих методов контроля.
Именно такую «обратную» задачу пришлось ре-
шать, оценивая возможность эксплуатации в ар-
ктических условиях конструкции, изготовленной
для более высоких расчетных температур.
Т а б л и ц а 2 . Эксплуатационные характеристики металла шва при сварке порошковых проволок
Марка порошковой проволоки Rm, МПа Re, МПа A5, % KV, Дж
48ПП-8Н 510...650 440...480 22...28 75...90 (-20 оС)
48ПП-11Н 610...770 500...530 20...24 60...80 (-40 оС)
ПП-СВП1 650...710 500...550 23...27 75...90 (-40 оС)
48ПП-10Т 545...560 460...480 22...25 60...80 (-60 оС)
Рис. 2. Технологическая линия для производства агломериро-
ванных флюсов
50 10-11/2013
Развитие методов оценки циклического ресурса
сварных конструкций также берет свое начало из со-
вместных работ с ИЭС им. Е. О. Патона — иссле-
довалось влияние двухчастотного нагружения на
усталостную прочность конструкций. Пример по-
добной решаемой в настоящее время задачи — с по-
мощью расчетных оценок необходимо выбрать кон-
струкцию узлов барокомплекса, устанавливаемого
на палубе судна (рис. 3). Здесь к малоцикловым на-
грузкам от изменений внутреннего давления в баро-
камерах добавляются нагрузки второй частоты, свя-
занные с волновыми нагрузками на палубу.
Новые задачи, связанные со строительством
трубопроводов высокой надежности в арктиче-
ских регионах, требуют и совершенствования ме-
тодик сертификационных испытаний металла.
Для контроля энергоемкости разрушения металла
магистральных газопроводов освоены методики
определения работы пластического деформиро-
вания при распространении трещины при дина-
мических испытаниях на уникальном по энерго-
емкости вертикальном копре 60 кДж, показана
необходимость проведения испытаний на трещи-
ностойкость металла сварных соединений при
различных схемах нагружения, предложены ме-
тоды контроля нового параметра — критического
угла раскрытия трещины (CTOA).
Для исследования ресурса новой трубной про-
дукции создан стенд (рис. 4), позволяющий ими-
тировать реальный спектр нагружения труб в
составе газо- и нефтепроводов. Результаты пол-
номасштабных испытаний подтверждают необ-
ходимость их использования в ответственных
конструкциях — комплексная проверка всей тех-
нологической цепочки производства позволяет
выявить «слабые места», которые не отслежива-
ются при испытаниях стандартных образцов.
Совместно разработанные сварочные мате-
риалы, технологические процессы и методики
оценки прочности позволяют изготавливать ме-
таллоконструкции с гарантированно высокими
эксплуатационными характеристиками (от райо-
нов крайнего Севера до высокоагрессивных усло-
вий тропических широт).
Одним из дальнейших направлений кардиналь-
ного повышения потребительских качеств матери-
алов являются разрабатываемые в ИЭС им. Е. О.
Патона нанотехнологии и наноматериалы, а также
использование инжиниринга поверхности. Разра-
ботаны технологии испарительной конденсации
(магнетронное, ионно-плазменное и атомно-ион-
ное распыление) с управляемым потоком плазмы,
сверхзвуковое «холодное» газодинамическое и
микроплазменное напыление, электролитическое
модифицирование наноструктурированной по-
верхности, лазерное прототипирование наноком-
позиционных порошков, контролируемая кристал-
лизация из аморфного состояния.
Дальнейшее развитие корпусных материалов
будет происходить за счет синергетического эф-
фекта на основе новых научных знаний физики
прочности, пластичности, материаловедения, фи-
зико-химических процессов сварки и нанотехно-
логий. Это путь перспективного сотрудничества.
Поступила в редакцию 12.04.2013
Рис. 3. Расчетные оценки для выбора конструкции узлов барокомплекса: а — система барокамер; б — расчетные кривые до-
пускаемых усталостных повреждений
Рис. 4. Стенд для ресурсных испытаний элементов труб дли-
ной до 6 м
|