ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

ТРУБОПРОВОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДЕФОРМАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Сварные соединения на современном этапе развития техники незаменимы при монтаже металлических трубопроводов; их надежность при эксплуатации определяется при прочих равных условиях, качеством сварных соединений, к которым предъявляются наиболее высокие требования по прочности и особенно вязкости. Обеспечить такие требования только путем изменения технологии сварки и сварочных материалов достаточно сложно, так как специфика сварки приводит к тому, что структура сварного шва и околошовной зоны при любых ее изменениях наследственно сохраняет свои особенности по сравнению со структурой, сформированной в трубах при их изготовлении.

Наиболее опасным местом в сварных трубах является переход от сварного шва к основному металлу. Чем более плавный переход, т.е. меньше величина усиления сварного шва, тем меньше возникают концентраторы напряжений. Кроме того, его параметры отрицательно сказываются на качестве наружного покрытия, так как над швом толщина покрытия получается меньше, чем на основном металле. Стремление получить равнопрочное сварное соединение при дуговой сварке трубопроводов, которое обеспечит минимальные поводки и коробления при дальнейшей их эксплуатации, оправдывает стратегию привлечения для решения этой задачи локальных комплексных деформационно-термических обработок [1-4].

Для исследования отобрали образцы труб, сваренных встык электродуговым путем, из низкоуглеродистых сталей 10, Ст.2сп., 20, Ст.Зсп с толщиной стенки 4÷5 мм. Химический состав наплавленного металла труб соответствует по углеродному эквиваленту основному (С_экв = -0,184-0,255). Опытный режим ЛДТО выполняли в условиях ВАТ ДМПЗ.

Образцы нагревали до температуры 980-1000°С с выдержкой в течение 15 —20 мин., потом подвергали дробной деформации с суммарной степенью обжатия ε = 67, 57, 52,75% для заготовок то сталей 10, Ст.2сп, 20, Ст.Зсп, соответственно; далее выдерживали при температуре 650-670⁰С в течение 25-30 мин.; после этого охлаждение осуществляли на воздухе. Данные прочностных и пластических характеристик приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Механические свойства образцов сварных соединений из исследуемых сталей
 

По результатам исследований видно, что в среднем для сварных соединений труб из  низкоуглеродистых сталей после ЛДТО пластические характеристики (растяжение, сужение) повышаются в 1,15 раза, ударная вязкость возрастает в 1,3 раза, а прочностные характеристики остаются приблизительно на том же уровне; что и до ЛДТО. Существенное повышение пластических характеристик сварных соединений говорит о повышении качества труб, а следовательно, уменьшении возможности образования трещин, поводок, короблений.

Изменение твердости по сечению сварных соединений от центра зоны наплавленного металла показало, что в исходном состоянии твердость по сечению распределялась неравномерно, наибольшие ее значения достигали НV₁₀, = 260 Н/мм² в центре - зоне сварного шва, наименьшие - 140 Н/нм² в зоне основного металла на расстоянии 11-12 мм. После обработки образцов по технологии ЛДТО исчез резкий перепад твердости по сечению. твердость наплавленного металла практически сравнялась с твердостью основного и в среднем - стала составлять 160-170 Н/мм². Это говорит об исчезновениях напряжений, которые могут привести к дефектам в сварных соединениях труб.

Для более детального изучения распределения твердости по всем зонам сварных соединений, измеряли микротвердость с учетом зон каждого образца. Из анализа измерения микротвёрдости по зовам сварных соединений в исходном состоянии можно отметить такую тенденцию ее распределения; в зоне столбчатых кристаллов наблюдается наибольшая микротвердость, в зоне сплавления - резкое падение, ее незначительное повышение – в зоне термического влияния, и выравнивание микротвердости наблюдается уже на основном металле. После обработки ЛДТО практически исчезает повышение микротвердости в зоне термического влияния и наблюдается ее стабилизация по всему сечению образцов, поэтому можно сказать, что стабилизируется комплекс прочностных свойств. Полученные результаты подтверждаются и микроструктурными исследованиями, на образцах до ЛДТО наблюдается разнозернистость и неоднородность структуры по сечению, что приводит к возникновению напряжений в сварном соединении. Сварной шов имеет грубодисперсную дендритную структуру, а при повышенном содержании углерода можно наблюдать структуру крупноигольчатого мартенсита. Наименьшее зерно имеет зона термического влияния, которая обладает самыми низкими пластическими характеристиками. Крупное зерно имеет зона перегрева, что обуславливает повышенную твердость в этой зоне, номер зерна по сечению сварных соединений изменялся от 4 до 11. После обработки ЛДТО устраняется зона столбчатых кристаллов и зона термического влияния, в зоне перегрева значительно измельчается зерно и составляет 9-10 номер, что приводит к стабилизации структуры, это говорит о достижении равномерности структуры наплавленного и основного метала, а следовательно равнопрочности сварного соединения.