Способ сварки хладостойких низколегированных сталей


 


Владельцы патента RU 2425737:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (Минпромторг России) (RU)

Изобретение может быть использовано для сварки изделий атомного машиностроения, в частности изделий, эксплуатирующихся при температурах до минус 60°С, например металлоконструкций транспортно упаковочных комплектов металлобетонных контейнеров, предназначенных для многоразовой транспортировки и длительного хранения отработавшего ядерного топлива атомных энергетических установок. Осуществляют многопроходную сварку автоматическим дуговым способом под флюсом экономнолегированной кремнемарганцовистой сварочной проволокой. Разделку заполняют в раскладку валиками толщиной не более 4 мм, шириной 12-16 мм таким образом, чтобы ось валика была смещена от центральной оси шва на расстояние не менее 2 мм и не более 1/2 ширины валика. Уровень погонной энергии составляет 1,1-1,6 кДж/мм за счет оптимального сочетания параметров сварочного режима. Регламентируется межпроходная температура в пределах 20÷100°С. Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение ударной вязкости металла шва сварных соединений не менее 60 Дж/см2 при температуре до минус 60°С. Использование безникелевой экономнолегированной проволоки позволит значительно сократить материальные затраты. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области сварки изделий атомного машиностроения, в частности для изготовления транспортно упаковочных комплектов металлобетонных контейнеров (ТУК МБК) для многоразовой транспортировки и длительного хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) атомных энергетических установок, а также может использоваться в различных отраслях машиностроения для изготовления сварных конструкций и изделий, эксплуатирующихся при температурах до минус 60°C.

Для обеспечения ядерной и радиационной безопасности в местах длительного хранения и при многоразовой транспортировке отработавшего ядерного топлива металл силовых элементов и сварных соединений ТУК МБК из хладостойкой экономнолегированной кремнемарганцовистой стали должен обладать стойкостью к хрупким разрушениям при температурах до минус 60°C.

Несмотря на то, что традиционно задача обеспечения хладостойких свойств металла шва сварных соединений решается использованием композиций сварочных материалов, включающих в себя 1,0÷3,5 Ni; 1,0÷2,0 Mn [1, 2], для сварки хладостойкой низколегированной стали целесообразным стало создание автоматического дугового способа сварки экономнолегированной кремнемарганцовистой сварочной проволокой под плавленым флюсом.

Аналогом предлагаемого способа сварки является автоматическая дуговая сварка сварочной проволокой под флюсом изделий атомного машиностроения из низколегированных сталей [3], при котором сварка выполняется проволокой диаметром 5 мм, а параметры сварочного режима составляют:

- сила тока 550÷700 A;

- напряжение на дуге 34-40 B;

- скорость сварки 5-8 мм/с;

- межпроходная температура не регламентируется и может достигать 300°C.

Однако данный способ сварки не может быть применен при изготовлении металлоконструкций ТУК МБК из хладостойкой экономнолегированной стали, так как при вышеуказанных параметрах сварочного режима сварка выполняется с высоким уровнем погонной энергии (3,5÷5,0 кДж/мм), что приводит к низким значениям ударной вязкости (8÷15 Дж/см2 - таблица) металла шва сварных соединений, выполненных экономнолегированной кремнемарганцовистой сварочной проволокой под плавленым флюсом, при температурах минус 50°C и минус 60°C.

За прототип принят способ автоматической дуговой сварки сварочной проволокой под флюсом конструкций магистральных трубопроводов нефтяной и газовой промышленности [4], при котором сварка выполняется экономнолегированной проволокой диаметром 4 мм, а параметры сварочного режима составляют:

сила тока 550-600 A; напряжение на дуге 44-46 B; скорость сварки 8,0-11,0 мм/с;

межпроходная температура не регламентируется и может достигать 300°C.

Вследствие снижения уровня погонной энергии до 2,0÷3,1 кДж/мм при указанном способе сварки значения ударной вязкости металла шва сварных соединений, выполненных экономнолегированной кремнемарганцовистой проволокой под плавленым флюсом, составили 18÷24 Дж/см2 (таблица) при температурах минус 50°C и минус 60°C, однако, требуемой хладостойкости металла шва сварных соединений ТУК МБК при этом не обеспечивается.

Техническим результатом данного изобретения явилось обеспечение ударной вязкости металла шва сварных соединений ТУК МБК, выполненных экономнолегированной кремнемарганцовистой сварочной проволокой (типа Св-08ГС) под плавленым флюсом, не менее 60 Дж/см2 при температуре минус 60°C (таблица).

Представленный в заявке технический результат достигается за счет того, что, согласно изобретению, сварку выполняют при значениях погонной энергии 1,1÷1,6 кДж/мм, с регламентированием межпроходной температуры металла шва в пределах 20°C÷100°C; разделку при сварке заполняют в раскладку валиками толщиной не более 4 мм, шириной 12-46 мм таким образом, чтобы ось валика была смещена от центральной оси шва на расстояние не менее 2 мм и не более 1/2 ширины валика, порядок наложения валиков следующий: валик 1 - корневой, валики 2, 3, 4 - заполняющие подварку сварного шва; после выполнения подварки производится выборка корня шва механическим способом; валики 5, 6, 7, 8, 9, 10 - заполняющие разделку сварного шва; валики 11, 12 - облицовочные (фиг.1), при этом параметры сварочного режима в процессе выполнения сварки составляют: сила тока 350÷490 A, напряжение на дуге 26÷32 B, скорость сварки 7,5÷9,0 мм/сек.

Оптимальный уровень погонной энергии 1,1÷1,6 кДж/мм позволяет сформировать хладостойкую мелкодисперсную структуру в металле шва, выполненном экономнолегированной кремнемарганцовистой сварочной проволокой. Снижение погонной энергии менее указанного предела может явиться причиной формирования в металле шва недопустимых дефектов типа непроваров, межслойных несплавлений и т.п., а также привести к нестабильности процесса сварки и снижению производительности труда. Превышение указанного уровня погонной энергии при сварке способствует увеличению в металле шва объема грубой дендритной структуры с большим количеством крупных кристаллитов, что приводит к снижению хладостойких свойств.

Оптимальный уровень погонной энергии обеспечивается при выполнении сварки по разработанному способу со следующими параметрами сварочного режима:

- сила тока 350÷490 A,

- напряжение на дуге 26÷32 B,

- скорость сварки 7,5÷9,0 мм/сек.

Регламентирование межпроходной температуры при сварке в пределах 20°C÷100°C позволяет сократить время пребывания металла шва в интервале критических температур при охлаждении и обеспечить его оптимальную скорость охлаждения, что способствует формированию хладостойкой мелкодисперсной структуры.

Заполнение разделки сварного соединения узкими (12-16 мм) тонкими (≤4 мм) валиками в раскладку со смещением оси валиков относительно оси шва (от 2 мм до 1/2 ширины валика) позволяет при многопроходной сварке увеличить в металле шва объем мелкозернистой перекристаллизованной структуры, характеризующейся высокими хладостойкими свойствами.

Таким образом, задача создания нового способа сварки заключается в обеспечении оптимального уровня погонной энергии путем оптимизации параметров сварочного режима, регламентировании межпроходной температуры и специальными требованиям по раскладке валиков при заполнении разделки с целью обеспечения ударной вязкости металла шва сварных соединений ТУК МБК не менее 60 Дж/см2 при температуре минус 60°C.

Использование способа сварки с параметрами сварочного режима, межпроходной температуры и раскладки валиков вне заданных пределов, в соответствии с заявленными, не обеспечивает высоких хладостойких свойств металла шва при температуре минус 50°C и ниже.

В производственных условиях ОАО «Ижорские заводы», ЗАО «Энерготекс» и ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» был проведен комплекс работ, включающих изготовление сварных проб из хладостойкой низколегированной стали марки 09Г2СА-А, используемой в настоящее время при изготовлении ТУК МБК, разработанным способом автоматической сварки экономнолегированной проволокой марки Св-08ГС в сочетании с плавленым флюсом марки ФЦ-16А. Результаты испытаний на ударный изгиб при температурах минус 50°C и минус 60°C металла шва, вырезанного из сварных проб, представлены в таблице.

Ожидаемый технико-экономический эффект при использовании предлагаемого способа сварки выразится в сохранении ядерной и экологической безопасности в местах длительного хранения и при транспортировке отработавшего ядерного топлива за счет обеспечения требуемой хладостойкости металла сварных соединений ТУК МБК при всех условиях эксплуатации, включая аварийные ситуации. Кроме того, возможность использования безникелевых экономнолегированных материалов при разработанном способе сварки позволит значительно сократить материальные затраты.

Источники информации

1. Грабин В.Ф., Денисенко А.В. Металловедение сварки низко- и среднелегированных сталей. - К.: Наукова думка, 1988. - 276 с.

2. Rautaruukki Steel. Welding Guide. 1995. - Rautaruukki 156 p.

3. Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварка и наплавка, основные положения ПН АЭ Г-7-009-89: Нормативный документ. - М.: НТЦ ЯРБ Госатомнадзора России, 2000, 172 с.

4. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Сварка. ВСН 006-89. - М.: Миннефтегазстрой, 1989, 120 с.

Таблица
Результаты испытаний металла шва на ударный изгиб
№ сварной пробы Диаметр проволоки, мм Сила тока, A Напряже
ние, B
Скорость сварки, мм/с Погонная энергия, кДж/мм Межпроходная температура, °C Ударная* вязкость, Дж/см2
-50°C, -60°C
1 102 93
3 390 29 8,0 1,27 65 98 89
89 84
2 94 87
80
72
3 420 30 9,0 1,26 80 85
79
3 70 75 70
67
62
4 480 30 9,0 1,44 71
68
4 (прототип) 250** 24 19
4 550 44 9,0 2,42 21 15
18 12
5 (аналог) 250** 16 11
5 650 36 6,0 3,51 14 8
10 8
* - образцы тип IX ГОСТ 6996
** - межпроходная температура не ограничивалась

1. Способ сварки хладостойких низколегированных сталей, включающий выполнение сварных соединений автоматическим дуговым способом кремнемарганцовистой сварочной проволокой под флюсом с заданными параметрами сварочного режима, отличающийся тем, что сварку выполняют при значениях погонной энергии 1,1÷1,6 кДж/мм, с регламентированием межпроходной температуры металла шва в пределах 20 ÷100°С, при этом разделку заполняют в раскладку валиками толщиной не более 4 мм и шириной 12÷16 мм таким образом, чтобы ось валика была смещена от центральной оси шва на расстояние не менее 2 мм и не более 1/2 ширины валика.

2. Способ сварки по п.1, отличающийся тем, что параметры сварочного режима в процессе выполнения сварки составляют:
сила тока 350÷490 А
напряжение на дуге 26÷32 В
скорость сварки 7,5÷9,0 мм/с



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к трубному производству и может быть использовано для изготовления спиральношовных сварных труб большого диаметра для внутрипромысловых и магистральных газонефтепроводов, для трубопроводов атомных и тепловых электростанций, тепловых сетей и т.д.

Изобретение относится к наплавке и может найти применение при восстановлении изношенных частей любых тел вращения, включая тонкостенные трубы малого диаметра, и плоских деталей, а также при изготовлении новых изделий с заданными физико-механическими свойствами поверхности.

Изобретение относится к трубному производству, а именно к производству сварных спиральношовных труб большого диаметра для магистральных газонефтепроводов. .

Изобретение относится к сварке под флюсом толстолистовых конструкций, применяемых в мостостроении. .

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано для многодуговой сварки под флюсом труб большого диаметра. .

Изобретение относится к устройствам для плазменно-порошковой наплавки или напыления порошков. .

Изобретение относится к устройствам для порошковой наплавки и напайки двухкомпонентных смесей различного гранулометрического состава в вакууме. .

Изобретение относится к сварочному производству, а точнее к автоматической сварке кольцевых швов. .

Изобретение относится к сварочной технике и может быть использовано при восстановлении цилиндрических деталей. .

Изобретение относится к электродуговой сварке под флюсом и может быть использовано при сварке листовых металлоконструкций и резервуаров, работающих при отрицательных температурах

Изобретение относится к области технологии сварки, а именно к способам снятия остаточных напряжений, возникающих в сварных соединениях в процессе сварки и, как следствие, снижению геометрических погрешностей формы корпусов

Изобретение относится к способу дуговой сварки стали под флюсом с применением множества электродов, пригодный для сварки в производстве стальных труб большого диаметра, например стальных труб или спиральных сварных труб, образуемых из исходных материалов толщиной 10-50 мм

Изобретение относится к нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности и может найти применение при изготовлении оборудования для переработки нефти, в частности при сборке крупноразмерных металлических резервуаров типа сепараторов, отстойников, емкостей для хранения и подготовки нефти

Изобретение может быть использовано для изготовления сваркой труб большого диаметра, например стальных труб, преимущественно спиральных сварных труб. Выполняют однослойную дуговую сварку под флюсом со стороны внутренней поверхности и со стороны наружной поверхности листа. В качестве специального требования устанавливается условие сварки, при котором задают площадь поперечного сечения полученных сварных швов. Площадь поперечного сечения S1 внутреннего сварного шва удовлетворяет выражению S1/t2≤0,35, площадь поперечного сечения S2 наружного сварного шва удовлетворяет выражению S2/t2≤0,45, а сумма упомянутых площадей поперечного сечения - 0,40≤(S1+S2)/t2≤0,80. При этом t - толщина стального листа (мм), S1 - площадь поперечного сечения металла внутреннего сварного шва (мм2), за исключением площади поперечного сечения участка металла внутреннего шва, который перекрывается металлом наружного сварного шва после наружной сварки, и S2 - площадь поперечного сечения металла наружного сварного шва (мм2). Кроме того, задают ширину наплавленного валика, измеренную на поверхности стального листа и на глубине 0,4t от нее. Способ сварки позволяет получить достаточное проплавление с низким подводом тепла со стороны внутренней и наружной поверхности стального листа и обеспечивает высокую ударную вязкость в зоне термического влияния. 4 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл.

Способ предназначен для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом деталей из алюминиевых и магниевых сплавов, одна из которых тонкостенная, другая толстостенная. На толстостенной детали выполнена канавка, одна сторона которой выше, чем другая. Ширина канавки составляет от 2,5 до 3, а глубина от 0,25 до 0,45 от толщины тонкостенной детали. На сопрягаемые поверхности деталей наносят слой очищающего флюса, который находится на поверхностях деталей от 1 до 10 минут. Затем с деталей удаляют флюс на 2/3 от толщины тонкостенной детали и устанавливают тонкостенную деталь до упора в более высокую стенку канавки на толстостенной детали. Расплавляют детали в зоне их стыка, освобожденной от флюса. При изменении толщины сечения толстостенной детали в процессе сварки ступенчато изменяют сварочный ток без прерывания процесса сварки. Сваривают детали не более чем через 8 часов с момента удаления флюса. Способ позволяет получить сварной шов более прочным и качественным. Снижается трудоемкость и стоимость замкового соединения двух деталей разной толщины. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способу и машине комбинированной дуговой сварки. Изобретение позволяет достигнуть предотвращение ухудшения ударной вязкости зоны термического влияния за счет поддержания плотности тока газоэлектрической сварки металлическим электродом и дуговой сварки под флюсом в пределах соответствующего диапазона во время сварки стального листа. Используют множество электродов при газоэлектрической сварке и дуговой сварке под флюсом. Для первого электрода газоэлектрической сварки металлическим электродом сварочная проволока имеет диаметр 1,4 мм и более и плотность тока первого электрода газоэлектрической сварки металлическим электродом настроена 320 А/мм2 или более. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил., 8 табл., 2 пр.

Изобретение может быть использовано при дуговой приварке гибких упоров в виде круглых стержней, которые применяют в мостостроении и домостроении для объединения железобетонных элементов со стальными конструкциями с целью восприятия усилий сдвига при действии статических и динамических нагрузок. Закрепляют стержень к токоподводу и устанавливают на пластине флюсоудерживающее кольцо. Засыпают место сварки флюсом и зажигают дугу между стержнем и пластиной с последующей осадкой стержня и кристаллизацией сварочной ванны. После кристаллизации сварочной ванны на пластину и стержень кратковременно подают сварочное напряжение и по величине его падения контролируют качество сварки в зависимости от площади сечения сварного соединения. Затем дополнительно включают источник питания на пониженном напряжении для подогрева сварного соединения до заданной температуры. До его отключения постепенно снижают напряжение для замедления скорости охлаждения сварного соединения. Подогрев сварного соединения осуществляют при импульсной подаче напряжения с периодичностью включения источника питания 0,5…1 сек. Техническим результатом является упрощение технологии получения бездефектного сварного соединения стержней с пластинами при минимальных затратах времени на подготовку соединений под сварку и без существенного увеличения производственного цикла сварки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение может быть использовано для сварки или наплавки под флюсом двумя ленточными электродами. На корпусе сварочной головки смонтирован механизм подачи электродов, неподвижные направляющие для электродов, флюсоподающая система. Регулируемые рычаги с токоподводящими губками укреплены шарнирно на дополнительных направляющих для электродов. Между неподвижными направляющими расположен рассекатель, соединенный в нижней части с контактной вставкой. Контактная вставка выполнена сменной, имеет толщину от 4 до 30 мм и снабжена каналами для охлаждения. В каждой токоподводящей губке выполнены по 2 продольных паза шириной 2,5-5 мм и глубиной 1,5-3 мм с расстоянием между ними от 4,5 до 5 мм. Сварочная головка позволяет улучшить качество наплавленного металла, надежна при выполнении больших объемов наплавочных или сварочных работ. 4 ил.
Наверх