Диссертация (1025479), страница 5
Текст из файла (страница 5)
При неполной закалкевозможно получение следующих структур: мартенсит + бейнит, мартенсит +бейнит + перлит, мартенсит + бейнит + перлит + феррит. С появлением болеепластичных структурных составляющих по сравнению с мартенситомуменьшается опасность образования холодных трещин. Между С э(t) исодержанием углерода в стали существует линейная зависимость:С э(t ) 0,577С 0,035(1.18)Для обеспечения свариваемости стали Сэкв с учетом длительностиохлаждения не должен превышать Сэ(t), определенного по формуле.Предлагаемая характеристика не может считаться абсолютно точной по многимпричинам, и одна из них – игнорирование содержания водорода, но способна впервом приближении дать представление о свариваемости той или иной стали.Следует отметить, что предложенная в [65] характеристика свариваемостиСэ(t), а также соотношение Сэ(t)/С, определяющее по мнению автора работы [66]структурный состав в ЗТВ очевидно применимо только для исследованной имгруппы сталей с содержанием углерода от 0,12% до 0,33%.
На малоуглеродистыевысокопрочные микролегированные стали с содержанием углерода 0,03 – 0,06%,утверждение о формировании полигональной структуры при Сэ(t) = С, очевидно,не распространяется.В работах [66, 67] приведены выражения, описывающие условияформирования в структуре ОШУ ЗТВ 5% и 90% мартенсита в зависимости отСэкв свариваемой стали:w85 (5% М ) 0,53381C экв3, 40691w85 (90%М ) 3,79123C эквгде Сэкв определяется по формуле МИС (1.1).(1.19)3,81016(1.20)30В работе [68] приводятся графические и расчетные зависимости дляопределения допустимых скоростей охлаждения при сварке в зависимости отэквивалента углерода для сталей марок 16Г2АФ и 12ГН2МФАЮ.
Показано, чтозначения допустимой минимальной скорости охлаждения, гарантирующей вОШУ сварного соединения требуемую ударную вязкость (≥ 30 Дж/см2 при 70 °С)описываются уравнениями:w Д 85 min 10,64 35,71C экв(1.21)w Д 85 min 11,31 38,46C экв(1.22)для 16Г2АФ и 12ГН2МФАЮ соответственно.Для случая отсутствия холодных трещин зависимости w Д 85 от Сэквописываются уравнениями:w Д 85 max 69,28 71,43C экв (16Г2АФ)(1.23)w Д 85 max 64,61 76,92C экв (12ГН2МФАЮ)(1.24)В работе [69] также указывается на значительную связь между скоростьюохлаждения, при которой гарантируется ударная вязкость в ОШУ на уровнетребований, предъявленных к основному металлу (KCV-40 ≥ 40 Дж/см2) ипоказателем Рcm.
Для сталей типа 14Х2ГНР это соотношение имеет вид:w85 min 3,11 9,2Рcm(1.25)Изложенное выше свидетельствует о том, что независимо от видаиспользуемой формулы для расчета эквивалента углерода выбор егокритического значения должен проводиться только с учетом взаимосвязи этогопоказателя с режимами сварочного процесса, обеспечивающими требуемыйкомплекс механических характеристик и отсутствие холодных трещин.31МГТУ им. Н.Э.
Баумана предлагается оценивать относительнуюсклонность сталей к образованию холодных трещин при сварке по показателю ,определяемому по выражению 1.26: =1+Сэкв(дост)−Сэкв(мис)(1.26)Сэкв(мис)где: Сэкв(мис) – значение эквивалента углерода, определенное по формулеМИС;Сэкв(дост) – значение эквивалента углерода, при котором обеспечиваетсястойкость сварных соединений против холодных трещин с учетом конкретныхконструкторско-технологическихпараметровпроизводствасварныхконструкций. Эту величину определяют с использованием математическоймодели, полученной статистической обработкой результатов вычислительногоэксперимента (выражение 1.27):Сэкв(дост)%=1,41869 - 5,30556 * С - 5,6202 * (0,025 - S) *6,66*10−5 * q/(v*) - 0,175556 * Hшо + 5,72*10−5 * q/(v*),(1.27)где С - содержание углерода в стали (0,05-0,12 %);S - содержание серы (0,001-0,025%);Hш0 - исходная концентрация диффузионного водорода в металле шва ( 56,5 см3/100 г);q/(v*δ) - удельная погонная энергия ручной дуговой сварки (7000-17000Дж/см2).В скобках указаны пределы значений исходных данных, при которыхобеспечивается корректная работа модели.Если γ ≥ 1, то стойкость к холодным трещинам обеспечена, если γ < 1, тостойкость к холодным трещинам не обеспечена.Таким образом, на основе выполненного анализа можно сделатьследующие выводы:– необходимо скорректировать зависимости для расчета эквивалентауглерода с учетом системы легирования высокопрочных трубных сталей;32– обосновать значения коэффициентов эквивалентности для легирующихэлементов, входящих в зависимости для расчета эквивалента углерода с учетомдиапазонов легирования высокопрочных трубных сталей и достигаемыхзначений твердости;– выявить взаимосвязь критического значения эквивалента углерода спараметрами термического цикла сварки (например, скоростью охлаждения w85),обеспечивающими отсутствие холодных трещин.В последние годы большое применение при оценке свариваемости сталейполучают компьютерные технологии, позволяющие моделировать физикометаллургические и термомеханические процессы в металле шва и зонытермического влияния при сварке [70, 71, 72, 73, 74].1.3.
Анализ применяемых технологий сварки продольных и кольцевыхстыков магистральных газопроводовУспешное применение высокопрочных труб класса прочности К65 – К70для строительства трубопроводов в значительной степени определяетсявозможностямиреализациитехнологическихпроцессовихсварки,обеспечивающих требуемый уровень прочностных, пластических свойств исопротивления хрупкому разрушению сварных соединений.Разработка таких процессов должна базироваться на современныхметалловедческих и технологических подходах по оценке свариваемостиуказанных групп сталей.Технологии сварки, применяемые в настоящее время для труб большогодиаметра можно разбить на три группы:- сварка продольных стыков труб, выполняемая в заводских условиях сприменением энергоемких высокопроизводительных сварочных технологий;33- сварка неповоротных кольцевых стыков, выполняемая в монтажныхусловиях при сооружении трубопроводных систем с использованием мобильныхтехнологий сварки;- сварочные процессы, применяемые при ремонте сварных соединений.Диапазоны режимов и скорости сварки у этих групп значительноотличаются друг от друга как уровнем тепловложения в основной металл, так искоростями охлаждения металл в процессе сварки.
Однако, несмотря на наличиесущественной разницы в параметрах и технологиях выполнения сварочныхработ, подход к назначению рациональных режимов сварки, обеспечивающихтребуемый уровень нормативных характеристик сварного соединения, долженбазироваться на одних и тех же принципах. Основным критерием выборапараметров сварочного процесса во всех представленных вариантах сваркидолжно выступать условие обеспечения при сварке оптимального диапазонаскоростей охлаждения металла ОШУ ЗТВ.Сварка продольных стыков труб большой толщины, вплоть до 40, набольшинстве трубных заводов, таких как ОАО «Выксунский металлургическийзавод», ОАО «Челябинский трубопрокатный завод», ЗАО «Ижорский трубныйзавод», и других, выполняется методом многодуговой автоматической сваркипод флюсом.В зависимости от используемой технологии сварки количество дуг,обеспечивающих заполнение разделки кромок, может изменяться от двух допяти, что обеспечивает с одной стороны высокую производительность процессасварки, а с другой, не менее значительной, тепловложение в металл свариваемыхкромок.
При этом применяется следующая последовательность операций: сваркатехнологических швов, сварка внутренних рабочих швов, сварка наружныхрабочих швов. Технологические швы свариваются в смеси углекислого газа иаргона, одной дугой. Сварка внутренних швов труб производится “на спуск”трех- или четырехдуговой сварочной головкой. Сварка наружных рабочих швовтакже производится "на спуск" четырех- или пятидуговой сварочной головкой.34На Рис. 1.7 приведены эскизы сварного соединения, а в Таблице 1.8режимы сварки труб с толщиной стенки 26,4 мм.Рис.
1.7. Форма фаски и эскиз сварного соединенияТаблица 1.8.Режимы сварки продольных стыков трубТолщинастенки,мм26,4Число дугВид шваПараметры сваркиСила токаНапряжениеТехнологическийСкорость сварки, мм/сшовПогонная энергия,Дж/ммСила токаНапряжениеВнутренний шов Скорость сварки, мм/сПогонная энергия,Дж/ммСила токаНапряжениеНаружный шов Скорость сварки, мм/сПогонная энергия,Дж/мм12345Общаяпогоннаяэнергия,Дж/мм135024585595591050 850323425,8 25,88003825,87504025,81154 1013 1072 106643041300 1100333533,3 33,39003633,3800 700394133,3 33,31297973995970985522135Расчет погонной энергии сварки показал, что при сварке внутренних швовс применением технологии автоматической многодуговой трех-иличетырехдуговой сварки под слоем флюса общая погонная энергия составляет4,3 кДж/мм, а при сварке наружных швов доходит 5,2 кДж/мм.Согласно работе [31] скорости охлаждения металла ОШУ ЗТВ сварныхсоединений в интервале температур 800-500 °С для представленных вышеСкорость охлаждения, С/срежимов сварки находятся в диапазоне значений от 5 до 15 0С/с (Рис.
1.8).16141210864203,44,04,85,57008009001000Погонная энергия, кДж/ммСила тока, АРис. 1.8. Изменение скорости охлаждения металла ОШУ ЗТВ внутреннего инаружного проходов в зависимости от погонной энергии сваркиТехнологии сварки, применяемые при изготовлении кольцевых стыковтрубопроводов, включают:- ручную дуговую сварку для неповоротных стыков трубопроводов;- автоматическую и механизированную дуговую сварку в защитных газахдля неповоротных стыков трубопроводов;- автоматическую дуговую сварку под флюсом поворотных стыковтрубопроводов.Разделка кромок торцов труб для ручной дуговой сварки и дляавтоматической сварки в защитных газах неповоротных стыков трубопроводовв соответствии нормативным документами ПАО «Газпром», представлена наРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
