Диссертация (Разработка технологических основ электрошлаковой сварки чистых корпусных сталей АЭС), страница 17

Формоизменение зазора b зависит от температуры и времени нагрева.Скорость изменения зазора составляла в среднем 0, 54 мм/час на сторону разделкипри мощности единичного нагревателя 12 кВт. Уменьшение зазора отмечено на119участке стыка от 0,2 до 4,5 м, считая от кармана. Максимальное сближение кромок3,8 мм на высоте 2,5 м через 7 часов после начала нагрева.Этому положению разделки соответствует распределение К1 (Рисунок 5.3)продольных и поперечных напряжений, измеренных тензодатчиками поз.7(Рисунок 2.1), удаленными на 200 мм от кромки одного из листов.

В указаннойобласти расположения датчиков металл нагружался в поперечном направлении, восновном на сжатие, а в продольном - на растяжение.Рисунок 5.2. Кинетика смещения кромки листа (b) по высоте стыка (Н),подогрев центральным поясом нагревателей через:1 – 1час, 2 – 2 часа, 3 – 3 часа, 4 – 4 часа, 5 – 5 часов, 6 – 6часов,7 – 7 часов, 8 – 7 часов подогрева + 11 часов охлаждения120Значения минимальных напряжений σх = - 110 … - 140 МПа находятся науровне высотных отметок листа, имеющих практически нулевые деформации. Впродольном направлении листы заготовок расширяются беспрепятственно,поэтому σy – растягивающие, достигающие максимального значения в + 120 … +120 МПа в середине листа по его высоте.Положение разделки через 11 ч после отключения нагрева, показанное наРисунке 5.2 кривой 8, практически совпадает с исходным, в этот моменттемпература карты в контролируемых точках составляла 50°С.Н, ма)σх · 102, МПаб)σу · 102, МПаРисунок 5.3.

Распределение временных напряжений по высоте стыка Нпри разных схемах и продолжительности предварительного нагрева.К1 – центральными поясами нагревателей, 7 чК2 – I + центральными поясами при отключенных 2-ой и 3-ей зонах, 3 чК3 – центральными и боковыми поясами, 10 чК4 – III + боковыми поясами, 2 ча) продольные напряжения σх, б) поперечные напряжения σуНа следующем этапе изучали влияние выборочного подогрева отдельнымисекциями нагревателей центрального пояса. После его непрерывной работы втечение 5 часов, были отключены 2-я и 3-я зоны нагрева, на протяжении 34 часов121карта нагревалась только через 1 и 4 зоны. Такой характер нагрева привел к болеесложному изменению разделки по высоте, Рисунок 5.4.Рисунок 5.4. Кинетика смещения кромки листа (b) по высоте стыка (Н),подогрев центральным поясом нагревателей через:1 – исходное положение, 2 – 3 часа, 3 – 5 часов, 4 – 5 часов + 3 часапри выключенных 2 и 3-й зонах нагревателей, 5 – после 24 часов охлажденияВ зонах стыка, где продолжался подогрев, сохранился повышенный уровеньпоперечных и продольных напряжений (К2, Рисунок 5.3).

По высоте картыотчетливо наблюдался волнообразный характер изменения напряжений, чтосвязано с влиянием скобовых креплений. В зонах отключенных нагревателейнапряжения постепенно снижаются до нуля и меняют знак. Охлаждение карты втечение суток, как и в первом случае, привело к исходному положению кромок.122Если нагревать карту дифференцированно по высоте, то есть уменьшаямощность подводимого тепла от кармана в направлении к выводным планкам, тохарактер формоизменения остается прежним.

Однако, абсолютные значенияизменения величины зазора тем меньше, чем ниже температура, которая в данномслучае составляла в 1-ой зоне - 200°С, 2-ой - 170°С, 3-ей - 130°С,'4-ой - 100°С, какследует из Рисунка 5.5. После небольшой выдержки при указанных температурахотключались 1,3,4 зоны подогрева, и через 3 часа после этого кромка принялаформу, соответствующую кривой 5 на Рисунке 5.5.Рисунок 5.5. Кинетика смещения кромки листа (b) по высоте стыка (Н),дифференцированный подогрев центральным поясом нагревателей через:1 – исходное положение, 2 – 2 часа, 3 – 3 часа, 4 – 12 часов,5 – 12 часов + 3 часа при включенной 2-й зоне123Максимальное сужение разделки достигло величины 4,5 мм (Рисунок 5.5),что больше, чем при равномерном подводе тепловой мощности черезцентральные пояса нагревателей стенда.Формоизменение от подогрева центральными поясами нагревательныхэлементов можно объяснить их близким расположением относительно разделки,как следствие, возможностью достаточно свободного расширения в зазорнагреваемого металла.

Однако, такое объяснение не является полным, посколькупри одновременном включении обоих поясов нагревателей и подогрева карты доТ = 200°С зазор почти не меняется, Рисунок 5.6. Тем не менее, нагружение картыпоперечнымии напряжениями лишь незначительно меньше, а продольнымиРисунок 5.6. Кинетика смещения кромки листа (b) по высоте стыка (Н),подогрев центральными и боковыми поясами нагревателей через:1 – исходное положение; 2 – 10 часов, 3 – 10 часов + 24 часа приотключенном центральном поясе, 4 – после полного охлаждения карты124даже выше, чем при подогревах по вариантам, сопровождавшихся болеезаметным формоизменением, Рисунок 5.5. Отключение центральных нагревателей приводит к неравномерному по высоте изменению зазора.

Наблюдаласьтенденция, хотя и незначительная, расширения зазора в средней части карты исужения выше отметки 4,5 м, что можно объяснить только влиянием боковогонагрева.Также изменение разделки протекает тем значительнее, чем больше:-площадьповерхностиохлажденияметаллапослеотключенияцентральных поясов нагревателей;- мощность боковых поясов нагревателей.Уровень напряжений после отключения центральных нагревателейзначительно снизился (К4, Рисунок 5.3), при этом произошло перераспределениекакХ так и У, на противоположные по знаку напряжения на некоторыхучастках карты.Таким образом, формирование, уровень и характер распределениянапряжений зависит от ассимметрии ввода тепла относительно вертикальнойосевой линии каждого из листов.

Наименьшее изменение положения разделкидостигается, когда пояса нагревателей располагаются на равном удалении отосевой линии каждого излистов. Корреляция между положением кромокразделки и уровнем достигаемых напряжений прослеживается достаточно чѐтко.5.2. Экспериментальная сварка днища корпуса реактораОбщий вид опытно-штатной карты, характерные размеры, конфигурациянагревательных элементов приведены на Рисунке 2.1. На нижней половинекарты (до отметки 2,5м) сварка выполнялась двумя электродами, верхняяполовина сваривалась тремя электродами. Режимы ЭШС даны в Таблице.12.В процессе сварки измерялись следующие параметры;- форма зазора по всей высоте стыка (штангенциркуль);- термические циклы сварки (термопары ВР 5/ВР 20 на вваренных в картувкладышах (поз.6, Рисунок 2.1);125Таблица 12.Режимы сварки опытно-штатной картыНаименование параметра режимаКоличество электродов1 Количество электродов, шт2 Сила сварочного тока в электроде I, А- в начале сварки- погонная часть стыка3 Напряжение на электроде U, В- в начале сварки- погонная часть стыка23350-400450-500250-400400-55048-5048-5048-5042-464 Расстояние между электродами, мм140 ± 585 + 542-45-40-5050-605 Скорость поперечных колебанийэлектродов, м/час6 Глубина шлаковой ванны, мм7 Сухой вылет электрода, мм8 Время стоянки электродов у ползунов, с10 Скорость сварки V, м/час11 Скорость подачи электродныхпроволок, м/час12 Температура предварительногоподогрева в зоне стыка , 0С13 Температура сопутствующегоподогрева, 0С14 Температура охлаждающей воды, 0С50-703-5-0,4 - 0,50,5 - 0,6200-230180-220220 - 25015040-601.

Род электрического тока – постоянный, полярность обратная2. Сборочный зазор между свариваемыми кромками листов B, мм- нижний зазор, BН = 34 ± 2- верхний зазор BВ = 48 ± 2.3. Проволоки Св16Х2НМФГА – 3 мм, флюс – 48-ОФ-6- поперечные и продольные напряжения (поз.7, тензодатчики);- проводилась запись всех текущих данных режима, подлежащихконтролю по штатному технологическому процессу ЭШС.Предварительный подогрев составлял 200…250 0С в зоне стыка, который вмомент начала сварки имел форму как показано на Рисунке 5.11, поз.1.Максимальное сужение зазора bmax наблюдалось на высоте ≈ 2000 мми составило всего – 1,5 мм на сторону.

Первые 2,5 часа сварку выполняли присопутствующем подогреве центральными поясами нагревателей. На первом метрестыка влияние подогрева почти не сказывалось, то в дальнейшем зазор заметносузился, как показано на кривой поз.6 на Рисунке 5.11.126Рисунок 5.11.

Кинетика изменения сварочного зазора () при сварке через:1 – 0 ч; 2 – 0, 5 ч; 3 – 0.75 ч; 4 – 1ч; 5 – 2 ч; 6 – 2,5 ч; 7 – 3 ч; 8 – 3,5 ч;9 – 4, 5 ч; 10 – 5 ч; 11 – 5, 5ч; 12 –7 ч; 13 – 8 ч; 14 – 9 ч; 15 – 10 часов.Включение боковых поясов нагревателей не оказало ощутимого сдерживающеговлияния. В результате даже при минимальной скорости подаче электродныхпроволок на участке 1,5 – 2,5 м была зафиксирована скорость сварки 0,60-0,64м/час, Таблица 13.127Таблица 13.Средняя скорость ЭШС опытной картыСварка, 2 электродаДлинашва, мВремя, чСкоростьсварки,м/ч1,01,5Сварка, 3 электрода00,59.009.5810.50 11.37 12.27 13.17 14.23 15.30 16.44 17.59 19.20 20.400,510,570,642,00,602,50,603,00,453,50,454,00,404,50,405,00,375,50,37Сварку второй половины карты вели 3-мя электродными проволоками.Величина зазора изменялась незначительно, в том числе и на заключительныхучастках шва, под выводными планками.

Сварка замыкающих участковпрямолинейных вертикальных стыков, как правило, сопровождается "развалом"разделки. В нашем случае, предварительным включением сопутствующегонагрева перед прохождением ползунов отметки от 4,5 м и выше, этот эффектбыл нивелирован.5.2.1. Термические циклы ЭШСТермические циклы ЭШС в срединном сечении (250/2 = 125 мм) листовыхзаготовок основного металла приведены на Рисунке 5.12 (двухэлектроднаясварка) и Рисунке 5.13 (сварка тремя электродами).

Расположение термопар навкладышах показано на Рисунке 2.2, а положение самих вкладышей (по два накаждом листе) – на Рисунке 2.1, поз.6. По термическим циклам былиопределены следующие характеристики:- максимальная температура цикла (Тmax) в точках ОШЗ на разном удалении от линии сплавления (кривая 8, Рисунок 5.12 и кривая 6, Рисунок 5.13);- время пребывания основного металла ОШЗ выше температурыокончания полиморфного превращения (Ас3);- мгновенная скорость охлаждения в интервале температур наименьшейустойчивости аустенита 710 – 690 0 С по тангенсу угла наклона касательных;Особое внимание обращалось на скорость охлаждения аустенита притемпературах превращения по первой ступени.128После ЭШС из опытной карты вырезался макротемплет на расстоянииоколо 1,7 м от кармана перед вторым вкладышем (Рисунок 2.1) на участке сваркидвумя электродами.

После вырезки темплет шлифовался, а затем с него был взятсерный отпечаток (Рисунок 5.14, а). По линиям сплавления, совпадающим сизотермами температуры плавления (Тпл) основного металла, установлена формапровара кромок основного металла (Рисунок 5.14, б). Были построены изотермымаксимальных температур (Тmax) в поперечном сечении сварного шва для точекОШЗ на разном удалении от линии сплавления (ЛС) по результатам измеренийТЦС как экспериментальными (Рисунок 5.12), так и штатными термопарами. Какизвестно, температурное поле является эквидистантным, поэтому любая изотермаТmax в поперечном сечении является равноудалѐнной от линии сплавления.Из анализа Рисунка 5.14, б) следует:- изотерма Ас3 располагается на расстоянии 42 мм от (ЛС).