Способ электродуговой сварки

 

СО ОЗ СОВЕТСКИХ социал истич Вских

РЕСПУБЛИК (5I)S В 23 К 28/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 2290637/08 (22) 02.09.80 (46) 23.02,93, Бюл. ¹ 7 (72) В,Я.Елизаров, В.В.Кривоногов, M.Ã.Курганов-Носов, А.В.Шептухин и В.П.Сентюрев (56) Основные положения при сварке и наплавке узлов и конструкций атомных электростанций опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок ОП1513 — 72.

M. Металлургия, 1975, с. 34, 36, 119. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ (57) Использование: электродуговая сварка оборудования из аустенитных хромоникелеИзобретение относится к технике электродуговой сварки плавящимися электродами с обмазкой или в среде защитных газов и может быть использовано при изготовлении оборудования из аустенитных хромоникелевых сталей, предназначено для переработки облученного ядерного горючего (стандартных урановых блочков и ТВЭЛ различных энергетических ядерных установо ), Цель изобретения состоит в повышении эффективности защиты сварных швов от ножевой и межкристаллитной коррозии.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе электродуговой сварки оборудования из аустенитных хромоникелевых сталей, предназначенного для переработки облученного ядерного горючего, использующем наплавку на свариваемые кромки с минимальным проплавлением основного материала, наплавку выполняют сплавом с содержанием хрома в .1,25-3,0 раза выше содержания хрома в основном . металле, например сплавом 47ХНМ, Ж 1796386 А1 вых сталей, работающего в атомной энергетике. Сущность: после сварки деталей на свариваемые кромки и сварной шов наплавляют узкие валики металлом, содержащим в

1,25 — 3,0 раза больше хрома, чем основной металл, Наплавку производят с минимальным проплавлением на силе тока. составляющей 50 — 80;ь от силы сварочного тока, используемого при сварке. Околошовную зону наплавляют на ширине, равной 1.0 — 3.0 толщинам основного металла, 4 ил., 2 табл.

ОЗХН28МДТ и другими; наплавку выполняют со стороны коррозионной среды на пониженных режимах, при силе тока 60 — 70 ампер и сечении присадочного прутика 3—

13мм .

Наплавку выполняют продольными параллельными валиками многократными проходами со сплошным перекрытием поверхностей металла шва, линии сплавления и прилегающей к шву эоны основного металла шириной, равной 1,0-3,0 толщинам свариваемой стали.

В ряде случаев, когда коррозия по телу сварного шва не наблюдается, например при ремонте сварных швов подвергшихся чисто ножевой коррозии, наплавку выполняют двумя полосами с перекрытием линий сплавления и прилегающих к ним по обе стороны поверхностей сварного шва и основного металла шириной 0,2 — 1,0 толщины свариваемой стали в каждую сторону.

Наплавку можно выполнять толщиной равной 0,1 — 0,5 толщины свариваемой стали.

Выполнение наплавки сплавами с высоким

1796386 содержанием хрома и никеля приводит к повышению стойкости против общей и межкристаллитной коррозии в 5-6 раз, т.к. нижний порог коррозионной стойкости, равный для хрома 11,5 / превышен > чем в 4 раза. 5

Поэтому даже в случае образования и выпадения карбидов хрома не происходит обеднение поверхностных слоев зерен кристаллитов и не создается склонность к межкристаллитной коррозии. Верхний предел по содержанию хрома ограничен необходимостью сохранения аустенитной структуры наплавки. При образовании значительного количества ферритной фазы общая коррозионная стойкость и устойчивость против MKK могут понизиться, Таким образом при использовании небольших количеств сплава для тонкой нэплавки достигается весьма эффективная защита с минимэльнымли затратами высоколегированных дефицитных материалов.

При наплэвке происходит выгорание легирующих составляющих, а наоборот переплавленный слой обогащается хромом и никелем, что позволяет одновременно удалиться от нижнего порога коррозионной стойкости по хрому и избежать увеличения феррита в структуре наплавленного металла.

Выполнение наплавочного слоя на при- 30 легающей к шву поверхности основного металла на расстоянии 1,0-3,0 толщины позволяет во всех случаях перекрыть зону опасных нагревов, возникающих при выполнении сварного шва, по которой, как

flpBBMIlo, начинается межкристаллитная и ножевая коррозия. Кроме того, ширина поверхности сплавления по заявленному способу увеличивается в значительной степени, примерно в 2 раза, поэтому дах<е 40 при одинаковой скорогти проникновения ножевой коррозии путь и время до сквозного прободения, а соответственно, и срок службы увеличатся также в двэ раза.

Выбор режима по току 60-70 А и се- 45 чение присадочной проволоки равное 313. мм определены исходя из минимальной площади одновременного переплава, что приводит не только к уменьшению абсолютной величины выделяемой в единицу времени энергии и улучшению условий ее расстояния, но и снижает вложение тепла в единицу поверхности (мм, погонный метр).

Определенное экспериментально знерго вложение при наплавке по заявленному 55 способу составляет 0,1-0,2 квт,ч, на 1 пог.м прохода, в то время как энерговложения по известным режимам обычно превышают 0,5. квт.ч. нэ 1п.м, В результате проведенных экспериментов были отработаны и многократно подтверждены условия качественной наплавки и минимального тепловло>кения, почти полностью исключающие образование склонности к межкристаллитной коррозии по линии сплэвления и в зоне термического влияния. При таких низких силах тока (обычную сварку выполняют при силе тока 90-200 А) повышается вероятность образования дефектов типа пор, несплавления, повышенной хрупкости и пр.

Однако в данном случае небольшое количество таких дефектов не будет оказывать никакого влияния на механические свойства сварного шва в целом, т,к. они располо>кены в дополнительном наплэвленном слое после проведения полного комплекса контроля основного сварного шва, и коррозионно-защитные свойства наплавленного металла из-за возможного образования дефектов также существенно не уменьшается. Наплавленный защитный слой не испытывает механических нагрузок, поэтому нет необходимости предьявлять какие-либо требования к механическим свойствам наплавки и регламентировать их.

Контроль качества наплавленного слоя можно ограничить лишь визуальным контролем.

На фиг,1 приведен поперечный разрез сварного соединения с Х-образной разделкой (ГОСТ 14771 76) и защитной наплавкой; на фиг.2 — вид сварного Т-образного соединения со стороны наплавочных валиков в плане; на фиг.3 — поперечный разрез двух- . полосной наплавки; нэ фиг.4 — сварное соединение с двухполосной защитной наплавкой в плане.

Полученное по предлагаемому способу сварное соединение имеет следующую конструктивную схему; наплавочные валики 1—

7 выполняют в порядке нумерации, . предусматривающей попеременное чередование сторон с целью снижения тепловложений и уменьшения остаточных сварочных напряжений. Валики нэплавки выполнены аустенитным сплавом с содержанием хрома в 1,25 — 3,0 раза выше содержания хрома в свариваемой стали (ЗП вЂ” 630, ЗП вЂ” 516 и др).

Из приведенных чертежей видно, что нэплавочные валики выполнены параллельными проходами и перекрывают сварной шов 8 и околошовные зоны (б) основного металла листов 9 и 10, При этом

d= (1,0 — 3,0)hz, а толщина н*плавленного слоя hl= (0,1-0,5)hz. В случае двухполосной защитнои наплавки наплавочные валики перекрывают линию сплавления и основной металл околошовный зоны шириной, равной 0,2 — 1,0 толщины свариваемого металла, по обе стороны от линии сплавления.

1796386

Ширина перекрываемого листа

11 = (0,2 — 1,0)hz

Ширина участка сварного шва, пере- 5 крываемого защитной наплавкой;

f2 = (0,2 в 1,0)I12

l1pvI этом f1 = 12. 10

Пример 1. Образцы из стали

12Х18Н10Т толщиной д = 6,0 мм сваривали ручной электродуговой сваркой электродами типа Э вЂ” 08Х20Н9Г2Б ГОСТ 10052 — 75, ГОСТ 9466 — 75 марки ЦЛ вЂ” 11 при следующих 15 режимах:

l =90-110 А; V = 30 В; W = 20-30 м/ч.

Наплавку выполняли ручной аргонодуговой сваркой сварочной проволокой ЭП-516

"IMTY 1 — 348 — 68 или нарезаной из листа 20

"лапшой" из сплава 47ХНМ (ЭП-630, ЭП—

530), а также ручной электрадуговой сваркой электродами ОЗЛ вЂ” 17У ТУ 14 — 4 — 715-75, тип Э-02Х23Н27ГЗМЗДЗБ ГОСТ 9466 — 75.

Для обеспечения режима минимальных теп- 25 ловложений использовали электроды диаметром 2-4 мм или "лапшу" максимального размера сечения 4х4 мм, Наплавку выполняли на следующих режимах;

I =60 — 70А; V=25 — 30 В; W=15 — 20м/ч. 30

Образцы проходили длительные испытания (r 10000 ч) в азотнокислых средах (концентрация 56-65%) при t 100 С. Данные испытания приведены в табл. 1.

Пример2, 35

Сварные швы аппаратов радиохимической переработки облученнога ядерного горючего, подвергающиеся интенсивной ножевой коррозии (глубиной да 1 — 4 мм) в период капитального ремонта, восстанав- 40 ливали по предлагаемому способу, глубиной до 1,0 мм без выпиловки дефектов и свыше 1,0 мм с выборкой дефектных участ- ков шлифмашинкой до здорового металла с последующей подваркой и наплавкой, Вос- 45 становление выпиленных сварных швов производили ручной электродуговой сваркой электродами типа ЭО8Х20Н9Г2Б ГОСТ

10052-75, ГОСТ 9466 — 75 марки ЦЛ вЂ” 11, Наплавку выполняли ручной аргонодуговой 50 сваркой сварочной проволокой ЭП-516 (03ХН28МДТ), сварочной проволокой

46ХНМ Р 2-4 мм или нарезанной из листа

ЭП-630 (47ХНМ вЂ” 2) "лапшой" с максимальными размерами 4х4 мм. Осмотр оборудо- 55 вания проводили через 3 — 5 лет испытаний (после выработки установленного межремонтного цикла). Данные обследования оборудования приведены в табл. 2.

Производственные испытания подтвердили, что срок межремонтной эксплуатации основного технологического оборудования может быть существенно увеличен с 3-4 лет до 6 и более лет.

В результате проведенного комплекса лабораторных и производственных испытаний установлена высокая положительная эффективность предлагаемого способа: создаваемые комплексом отличительных признаков необходимые условия минимальных энергавложений (тепловложений) в значительной степени снижают, практически полностью устраняют возникновение и развитие ножевой коррозии по линии сплавления "металл-шов", а также исключают развитие общей коррозии и МКК по телу сварного шва.

Возможно осуществление ремонта оборудования уже подвергшегося разрушению ножевой коррозии и МКК по сварным швам, в ряде случаев без выборки дефектных мест.

Для получения высокой эффективности не требуется дополнительное охлаждение сварного шва с обратной стороны.

Предлагаемый способ может быть осуществлен как аргонодуговой сваркой сварочной проволокой, так и электродуговой сваркой штатными электродами с обмазкой.

Предлагаемый способ может быть использован на заводах, перерабатывающих стандартные облученные блоки из естественного и обогащенного урана. Особенно перспективным представляется способ на заводах, предназначенных для переработки реакторов топлива энергетических и транспортных установок, где предлагается использование особоагрессивных сред при вскрытии ТВЭЛ с коррозионностойкими нержавстальными и циркониевыми оболочками, а также труднорастворимым горючим на основе окислов урана и плутония и их интерметаллических соединений; на химико-металлургических за водах, осуществляющих аффинаж плутониевых материалов. По-видимому, целесообразно также применение защитных наплавак в ряде химических производств общей химической промышленности на операциях с высокоагрессивными средами, например при производстве специальных веществ и бактериологической продукции, Формула изобретения

Способ злектродуговой сварки оборудования из аустенитных хромоникеливых сталей. работающего в атомной энергетике, при котором после сварки деталей на свариваемые кромки и сварный шов производят наплавку узкими валиKàìè с минимальным

1796386 проплавлением основного металла и с использованием присадочного материала с повышенным содержанием хрома, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости сварных соединений наплавку производят металлом, содержащим в 1,25 — 3,0 раза больше хрома, чем основной материал, а околошовную зону наплавляют на ширине, равной 1,0-3,0 толщинам основного металла на силе тока, 5 составляющей 50-807 от силы сварочно о тока, используемого при сварке.

Таблица 1

Коррозионная стойкость образцов, изготовленных различными способами

Тип образцов, Режим- изготовления, Проникновение ножевой коррозии мм/го

Расчетный срок службы (год) Сварка без наплавки. Сила тока i=100-150 А.

Сечение присадки не ограничено

Сварка и наплавка на кромки по а,с. 59153761.

I= 90-110 А, 3 — не регламентир.

Сварка и защитная наплавка по заявляемому способ

4-10

0,5-2

< 4-5

0,8-1,5

6-12

S,мм

t,А

Таблица 2

Коррозионное состояние радиохимического оборудования после эксплуатации в течение 4.-х лет

Условия эксплуатации

Проникновение ножевой ко озии мм/го

Проникновение МКК по швам мм/го с наплавкой без наплавки без наплавки с наплавкой

2,0-0,3

0,1 до 10

2-3

0,1

0,1 до -8,0 до 4;О

4-6

0,1-0,2

0,1-0,2

0,1-0,2 до 6,0 о 10,0

0,2 о 8 0

60-70

60-70

60-70

60-70

90-110

110

Растворение облученных блоков (реактор, дефлегматор, ловушки}

Окисление с бихроматом

Восстановление с бисульфитом, гидразин-гидратом

Упаковка, ректификация (куб, колонка, аскислители

3,14

9,0

13,1

16,0

6,0

12,4

0,085

0,11

0,1

0,5-0,9

1,0

5,3

1,41

>12

>10

> 10

< 5,0

2,4

< 2,0

< 4,0

1796386

1796386

Составитель В.Кривоногов

Техред М.Моргентал Корректор В.Петраш

Редактор Т.Куркова

Пооизводственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 618 ° Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5