ПЕРСПЕКТИВИ ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ЗВАРЕНИХ З'ЄДНАНЬ

ТРУБОПРОВОДІВ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ДЕФОРМАЦІЙНО-ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ

Зварні з'єднання на сучасному етапі розвитку техніки незамінні при монтажі металевих трубопроводів; їхня надійність при експлуатації визначається за інших рівних умов, якістю зварених з'єднань, до яких пред'являються найбільш високі вимоги по міцності й особливо в'язкості. Забезпечити такі вимоги тільки шляхом зміни технології зварювання й зварювальних матеріалів досить складно, тому що специфіка зварювання приводить до того, що структура зварного шва й околошовной зони при будь-яких її змінах спадково зберігає свої особливості в порівнянні зі структурою, сформованої в трубах при їхньому виготовленні.

Найнебезпечнішим місцем у зварених трубах є перехід від звареного шва до основного металу. Ніж більше плавний перехід, тобто менше величина посилення звареного шва, тим менше виникають концентратори напруг. Крім того, його параметри негативно позначаються на якості зовнішнього покриття, тому що над швом товщина покриття виходить менше, ніж на основному металі. Прагнення одержати рівноміцне зварне з'єднання при дуговому зварюванні трубопроводів, що забезпечить мінімальні поводці і жолоблення при подальшій їхній експлуатації, виправдує стратегію залучення для рішення цього завдання локальних комплексних деформаційно-термічних обробок [1-4].

Метою даної роботи є вивчення впливу локальної деформационно - термічної обробки (ЛДТО) на структуру й властивості зварених з'єднань труб з низьковуглецевих сталей для газопроводів.

Для дослідження відібрали зразки труб, зварених встик електродуговим шляхом, з низьковуглецевих сталей 10, Ст.2сп., 20, Ст.Зсп із товщиною стінки 4÷5 мм. Хімічний склад наплавленого металу труб відповідає по вуглецевому еквіваленті основному (С_экв = 0,184 - 0,255). Досвідчений режим ЛДТО виконували в умовах ВАТ ДМПЗ.

Зразки нагрівали до температури 980-1000°С с витримкою протягом 15 —20 хв., потім піддавали дробової деформації із сумарним ступенем обтиснення ε = 67, 57, 52,75% сталей 10, Ст.2сп, 20, Ст.Зсп, відповідно; далі витримували при температурі 650-670⁰С у продовж 25-30 хв.; після цього охолодження здійснювали на повітрі. Дані характеристики по міцності і пластичності наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 - Механічні властивості зразків зварених з'єднань із досліджуваних сталей

За результатами досліджень видно, що в середньому для зварних з'єднань труб з низьковуглецевих сталей після ЛДТО пластичні характеристики (розтягання, звуження) підвищуються в 1,15 рази, ударна в'язкість зростає в 1,3 рази, а характеристики за міцністю залишаються приблизно на тім же рівні; що й до ЛДТО. Істотне підвищення пластичних характеристик зварених з'єднань говорить про підвищення якості труб, а отже, зменшенні можливості утворення тріщин, поводів, жолоблень.

Зміна твердості по перетині зварених з'єднань від центра зони наплавленого металу показало, що у вихідному стані твердість по перетині розподілялася нерівномірно, найбільші її значення досягали НV₁₀, = 260 Н/мм² у центрі - зоні звареного шва, найменші - 140 Н/нм² у зоні основного металу на відстані 11-12 мм. Після обробки зразків за технологією ЛДТО зник різкий перепад твердості по перетину, твердість наплавленого металу практично зрівнялася із твердістю основного й у середньому - стала становити 160-170 Н/мм². Це говорить про зникнення напруг, які можуть привести до дефектів у зварених з'єднаннях труб.

Для більше детального вивчення розподілу твердості по всіх зонах зварних з'єднань, вимірювали мікротвердість із урахуванням зон кожного зразка. З аналізу виміру мікротвердості по зонах зварених з'єднань у вихідному стані можна відзначити таку тенденцію її розподілу; у зоні стовпчастих кристалів спостерігається найбільша мікротвердість, у зоні сплавки - різке падіння, її незначне підвищення - у зоні термічного впливу, і вирівнювання мікротвердості спостерігається вже на основному металі. Після обробки ЛДТО практично зникає підвищення мікротвердості в зоні термічного впливу й спостерігається її стабілізація по всім перетині зразків, тому можна сказати, що стабілізується комплекс міцностних властивостей. Отримані результати підтверджуються й мікроструктурними дослідженнями, на зразках до ЛДТО спостерігається різнозернистість і неоднорідність структури по перетині, що приводить до виникнення напруг у зварному з'єднанні. Зварний шов має грубодисперсну дендритну структуру, а при підвищеному змісті вуглецю можна спостерігати структуру крупноігольчатого мартенситу. Найменше зерно має зона термічного впливу, що має найнижчі пластичні характеристики. Крупне зерно має зона перегріву, що спричиняється підвищену твердість у цій зоні, номер зерна по перетині зварених з'єднань змінювався від 4 до 11. Після обробки ЛДТО усувається зона стовпчастих кристалів і зона термічного впливу, у зоні перегріву значно подрібнюється зерно й становить 9-10 номер, що приводить до стабілізації структури, це говорить про досягнення рівномірності структури наплавлен і основного метала, а отже рівноміцності звареного з'єднання.

Таким чином, обробка зварених з'єднань по технологи ЛДТО сприяє одержанню рівномірної структури по перетині звареного з'єднання, стабілізації комплексу властивостей і, як наслідок, підвищенню якості й довговічності зварених виробів, зниженню енерговитрат і природних ресурсів, а строк експлуатації підвищується в 1,2-1,3 рази.