Диссертация (Разработка комплексной технологии термической обработки сварных соединений крупногабаритных изделий из хромомолибденованадиевой стали), страница 6

При этом возникают трудности с поддержанием постоянства длиныдуги и скорости сварки, что может сказаться на основных параметрах режимасварки и в итоге на качестве сварного соединения. Качество сварного соединенияв этом случае наиболее сильно зависит от квалификации сварщика. Применяютручной дуговой способ сварки для выполнения труднодоступных швов ивыполнения ремонтов.

В отличие от металла, выполненного способом АФ, металл,наплавленный способом РДС, не имеет склонности к трещинам повторногонагрева, имеет более высокую работу сопротивления удару свойства и в меньшейстепени подвержен охрупчивающему влиянию диффузионного водорода [3, 38].Но благодаря намного большей производительности и меньшему воздействию накачество шва человеческого фактора, автоматический способ сварки используетсяв значительно большей степени, чем РДС.

Более 90% всех швов корпусовнефтехимических реакторов изготавливают способом АФ, включая все кольцевыешвы сварки обечаек друг с другом и с днищами, продольные шву обечаек имеридиональные швы днищ. Поэтому в настоящей работе внимание сосредоточенона сварных соединениях АФ.При АФ перемещение сварочной головки, подача электрода и флюсаавтоматизированы. При сварке способом АФ перемещение электрода происходитотносительно изделия в случае выполнения продольных швов обечаек или плоскихпроб и изделия относительно электрода при сварке кольцевых швов обечаек илимеридиональных швов днищ. Ток подается через мундштук, расположенный нанебольшом расстоянии от конца электрода.Столб дуги и металлическую ванну жидкого металла при сварке со всехсторон плотно закрыты слоем флюса толщиной 30–50 мм.

Часть флюса плавится и32образует жидкий шлак, защищающий расплавленный металл от окружающеговоздуха. Качество такой защиты лучше, чем при ручной дуговой сварке [52]. Флюсне только защищает сварочную ванну от окружающего воздуха, но и, взависимости от уровня основности, влияет на технологические свойстванаплавленного металла [3]. В данной работе используется основный керамическийфлюс, разработанный для сварки на постоянном токе обратной полярности.В процессе сварки по мере перемещения дуги происходит постоянныйпроцесс плавления и затвердевания металла, то есть происходит образование иперемещение сварочной ванны.

Под действием дуги плавится присадочный металли металл кромок. Кристаллизация металла сварочной ванны начинается у границыс нерасплавившимся, относительно холодным металлом - в зоне сплавления.Кристаллизация шва протекает неравномерно, что обусловлено периодичностьюухудшения теплообмена и выделением скрытой теплоты кристаллизации.Вследствие этого строение металла шва «слоистое», со значительной зональной идендритной ликвацией.

Толщина закристаллизовавшихся «слоев» зависит отобъема сварочной ванны и скорости охлаждения металла и колеблется в пределахот десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров [53].Нагрев при сварке оказывает влияние на основной металл. При этомобразуется зона термического влияния, характеризуемая изменением свойствосновного металла. Зона термического влияния (ЗТВ) имеет неравномерныесвойства в зависимости от степени близости к линии сплавления [54, 55]. Этопроисходит по причине изменения степени воздействия сварочной дуги и,соответственно, изменения скорости нагрева/охлаждения и максимальнойтемпературы нагрева основного металла в ЗТВ.

На рисунке 1.6 показано строениеЗТВ и температурные участки с различными структурными превращениямиприменительно к низкоуглеродистой стали. Для хромомолибденовой стали схемана рис.1.6 не претерпит значительных изменений, за исключением шириныучастков ЗТВ. Для хромомолибденовой стали наибольшую опасность представляетучасток перегрева (3), так как сильный нагрев значительно выше А3 приводит кросту зерна, а последующее быстрое охлаждение увеличивает вероятность33образования закалочных структур, таких как мартенсит или бейнит. Дляминимизации ширины зоны перегрева необходимо использовать режимы сварки скак можно меньшей погонной энергией, а для снижения степени закаленностиструктурприменятьподогреввовремясварки.Следующийучасток«мелкодисперсного зерна» (4) подвергается перегреву выше А3 (до 1100°С).Металл данного участка характеризуется перекристаллизацией и значительнымизмельчением зерна, что благоприятно влияет на работу удара ЗТВ.

Участокнеполной перекристаллизации (5) - область основного металла, нагретого впределах 650-850°С. Этот участок характеризуется тем, что вокруг крупных зеренферрита, не прошедших перекристаллизацию, располагаются мелкие зернаферрита и перлита, образовавшиеся в результате перекристаллизации.Следующий участок рекристаллизации (6) подвергается нагреву в пределахот 450 до 650°С. Участок характерен восстановлением формы и размеровразрушенных зерен металла, ранее подверженного практике или обработкедавлением. Последний участок синеломкости - область основного металла,нагретого в пределах 200 до 450°С, видимых структурных изменений не имеет.Однако характеризуется снижением пластических свойств.Вслучаесваркизаготовокбольшойтолщиныпривыполнениимногопроходного шва термическое влияние оказывается не только на свариваемыйметалл, но и на металл соседних валиков шва, что имеет значительное влияние насвойства всего сварного соединения хромомолибденовой стали.

При выполнениикаждогопоследующеговаликачастьнижележащеговаликаскрупнокристаллитным (литым, дендритным) строением под действием высокойтемпературы приобретает структуру с мелким перекристаллизованным зерном(рис.1.7). Каждый последующий проход оказывает на структуру металла валикапредыдущего прохода.34Температура, °СЖидкостьЖидкость + γАустенит (γ)1145°СА1 723°СФеррит+перлитМеталл шваЗТВЗТВ1- Металл шва. 2-Жидко-твердая переходная зона. 3-Зона грубого зерна (участок перегрева).4-Зона мелкодисперсного зерна. 5-Зона неполной перекристаллизации. 6-Отпущенная зона.Рисунок 1.6 – Схематическое представление строения сварного соединения напримере стали с содержанием 0,15% углерода [54, 55].Крупнокристаллитная (дендритная)структура металла шваУчасткиперекристаллизованнойструктурыЗТВРисунок 1.7 – Строение многопроходного шва [54].35Выбор параметров для сварки 2,25Cr-1Mo-V стали сводится к поискурежимов, гарантирующих достаточное сплавление валика с кромкой, образование«плоского» валика (широкого валика небольшой толщины), минимальновозможное тепловложение.

При анализе литературных данных по изготовлениюсварных соединений 2,25Cr-1Mo-V стали способом АФ установлены достаточноширокие пределы погонной энергии сварки от 16,9 до 40,1 кДж/см, которыетребуют уточнения (табл. 1.5).Значительное влияние на структурообразование металла шва и ЗТВ сварногосоединения хромомолибденовой стали оказывает подогрев при сварке.

Онпроизводится,восновном,газовымигорелкамиилинагревателямиэлектросопротивления. Увеличение температуры подогрева ведет к изменениюструктуры металла валика и к снижению количества закалочных структур в шве иЗТВ [56]. Так, по данным [13], увеличение температуры подогрева с 50 до 100°Спри сварке тонких листов из 2,25Cr-1Mo стали приводит к снижению прочностисварного соединения на 45-52 МПа, что указывает на снижение закаленности стали,а значит и вероятности образования в ней трещин.Таблица 1.5 – Используемые зарубежными производителямиавтоматической сварки под флюсом хромомолибденованадиевой стали.ТипматериаловИсточникинформации2,25Cr-1Mo-VTechnicaldevelopmentwelding companyKobe Steel, ltdManufacturersSpecificationManufacturersSpecificationProduct data sheetOE Cromo S225VOE Cromo F537Диаметрпроволоки,ммI,АРежим сваркиU,Vсв,Вм/чрежимыПогоннаяэнергия,кДж/см5503029,4206003024,02727-3023,4-27,616,9-26,528-3117,4-24,021,2-40,131-3236,019444447557550062060036Исходяизопытаотечественныхизарубежныхпроизводителейхромомолибденовые стали при сварке рекомендуется держать на подогреве от 150до 300°С [57, 58].

В сварном соединении, выполненном с подогревом снижаетсяуровень вносимых сваркой напряжений, уменьшается количество структур закалкив металле шва и ЗТВ и, как следствие, снижается риск образования трещин. В [57]подогревприсваркехромомолибденованадиевойсталирекомендуетсяподдерживать до посадки изделия в печь для послесварочной термическойобработки. Исходя из опыта сварки хромомолибденовых сталей, указанныйтемпературный диапазон от 150 до 300°С является первым приближением итребует уточнения, так как недостаточный нагрев может привести к образованиютрещин холодного типа, а перегрев оказать негативное влияние на структуру шва,снизив его технологические и эксплуатационные свойства.Равномерный подогрев при сварке позволяет избежать чрезмерного уровнянапряжений, но тем не менее из-за жесткого термического цикла сварки в сварномсоединении (после сварки) остаются достаточно высокие остаточные напряжения,которые при наличии в сварном соединении структур, чувствительных к водороду,таких как мартенсит или нижний бейнит, могут привести к образованию трещин иразрушению изделия.

Послесварочная термическая обработка снижает полученныепри сварке напряжения и уменьшает чувствительность металла сварногосоединения к водороду, например, за счет получения мартенсита или бейнитаотпуска.1.6 Дефекты сварных соединений, причины образования. Способы борьбы собразованием дефектов в сварных соединениях 2,25Cr-1Mo-V сталиДефектами сварного соединения, как правило, являются нарушениясплошности металла. Их классифицируют по форме, размеру, размещению всварном шве, причинам образования и т. д [5, 6]. Наиболее опасные из них трещины, которые являются концентраторами напряжений и способны привести кразрушению всего сварного соединения.