Техника в наше время пользуется большим выбором материалов с различными механическими и химическими свойствами.
Зачастую возникает потребность в материалах, обладающих одновременно несовместимыми свойствами. Например, высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Ни один металлический сплав не позволяет обеспечить требуемый комплекс свойств.
Однако, объединение нескольких материалов в один, дает возможность получить абсолютно уникальный материал, который сочетает в себе свойства нескольких материалов. Этим материалом является многослойная сталь.
Анализ применяемых сталей и сплавов в нефтяном и газовом аппаратостроения показывает, что двухслойные стали получили наибольшее применение для изготовления оборудования.
Плакирующий слой биметалла, работающий с коррозионной средой, имеет один из наиболее существенных недостатков — подверженность сварных соединений межкристаллитной коррозии (МКК).
МКК — одна из разновидностей местной коррозии стали, вызывающая разрушение металла по границам зерен, в результате чего теряется технологическая прочность материала.
Для повышения стойкости двухслойной стали к МКК кафедрой ТНА УГНТУ были проведены эксперименты по воздействию на сварочную ванну вибрационными колебаниями в процессе сварочного цикла.
Результаты исследований показали, что образцы, сваренные без вибрационной обработки, оказались подвержены МКК. А образцы, полученные с применением вибрационной обработки, показали стойкость к МКК без образования трещин при загибе [1,2].
Также в статье «Влияние параметров вибрационной обработки в процессе сварки на свойства сварных соединений» отмечается тот, факт, что вибрационные воздействия вызывают перемешивание жидкой фазы за счет создания разности давлений упругими волнами [3].
Однако, по существующей технологии сварки, следует ограничивать перемешивание переходного слоя шва сварного соединения, выполненного из двухслойных сталей, так как нежелательное перемешивание может привести к повышению твердости и снижению трещиностойкости данного слоя [4].
Для оценки влияния сопутствующей вибрационной обработки на переходный слой шва были подготовлены и сварены образцы по базовой технологии и технологии сварки с сопутствующей вибрационной обработкой из стали 09Г2С+10Х17Н13М2Т.
Амплитуда вибрационной обработки составляла 40–50 мкм, а частота 50Гц.
После подготовки образцов было проведено испытание на микротвердость. Испытание проводилось на микротвердомере ПМТ-3. Замеры производились в пяти точках переходного слоя шва. Результаты показали, что средняя микротвердость переходного слоя шва без применения вибрационной обработки составила 675,71 HV, а с ней — 718,5 HV.
Также на образцах оценивали степень перемешивания переходного слоя шва двухслойной стали путем исследования его химического анализа и твердости.
При сварке переходного слоя шва необходимо оценивать содержание хрома и молибдена [4]. Результаты показали, что при сварке с вибрационной обработкой относительное содержание хрома увеличивается незначительно (на 2,37 %), а относительное содержание молибдена увеличивается на 10,76 %, что говорит о большем перемешивании в переходном слое шва основного металла и плакировки.
Таблица 1
Исследование твердости проводились на твердомере Роквелла
|
Вид обработки |
Место замера |
Твердость HRB |
Среднее значение твердости HRB |
Среднее значение твердости HB |
||||
|
Без ВО |
Основной слой |
71,5 |
76 |
82,1 |
79,6 |
75 |
76,84 |
143 |
|
Переходный слой |
103 |
102,9 |
94,3 |
85,7 |
81,5 |
93,48 |
210 |
|
|
Плакирующий слой |
85,5 |
85,8 |
77,4 |
82,90 |
162 |
|||
|
С ВО |
Основной слой |
88,1 |
83,2 |
83,7 |
85,1 |
84,8 |
84,98 |
169 |
|
Переходный слой |
87,7 |
104,7 |
111,2 |
98,3 |
83,4 |
97,06 |
233 |
|
|
Плакирующий слой |
77,1 |
81,5 |
70,5 |
76,37 |
142 |
|||
Как видим из показателей, твердость в основном и переходном слоях шва увеличилась на 15,38 % и 9,87 % соответственно. Показатель твердости в плакирующем слое шва уменьшился на 10,49 %.
Твердость в переходном слое шва достигла значения 233 HB, что превышает нормативно-допустимое значение (220 HB) [4].
Таким образом, результаты показали, что твердость и микротвердость переходного слоя шва на образцах, сваренных с вибрационной обработкой выше. Твердость переходного слоя шва достигает 233 HB, что превышает на 13 HB допустимую твердость для переходного слоя шва.
Химический анализ переходного слоя шва показал, что содержание хрома и молибдена в образцах, сваренных с вибрационной обработкой выше, чем без нее вследствие увеличения перемешивания основного и коррозионностойкого слоев стали. Повышение содержания молибдена может приводить к повышению твердости переходного слоя шва.
Следовательно, можно сделать вывод, что применение вибрационной обработки при сварке переходного слоя шва двухслойной стали 09Г2С-10Х17Н13М2Т повышает твердость выше допустимых пределов и тем самым снижает технологическую прочность.
Литература:
- Повышение прочности сварных соединений из двухслойной стали 09Г2С+12Х18Н10Т применением низкочастотной вибрационной обработки в процессе сварки [Текст] / Р. М. Ахтямов [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2013. — № 1. — С. 38–41
- Сварка с сопутствующей вибрацией. Монография / М. З. Зарипов, А. М. Файрушин // LAP Lambert Academic Publishing. — 2011. — 124 с.
- Влияние параметров вибрационной обработки в процессе сварки на свойства сварных соединений / Р. Г. Ризванов, Д. В. Каретников, А. М. Файрушин //Литье и металлургия. — 2012. — № 3. — С. 337–341.
- ОСТ 26.260.480–2003 Сосуды и аппараты из двухслойных сталей. Сварка и наплавка (с Изменением N 1) [Электронный ресурс]. — URL: http://docs.cntd.ru/document/1200062461 (Дата обращения 19.02.2019)
- ГОСТ 9450–76 (СТ СЭВ 1195–78) Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. — М.: Издательство стандартов, 1993
- ГОСТ 6996–66 (ИСО 4136–89, ИСО 5173–81, ИСО 5177–81) Сварные соединения. Методы определения механических свойств (с Изменениями N 1, 2, 3, 4). — М.: Стандартинформ, 2005
