gototopgototop

Оптимизация термических циклов сварки термоупрочненной стали 16ГФР по регламентируемым показателям механических свойств

Харитонова Анастасия Викторовна – студентка Самарского государственного технического университета. (г.Самара)

Нуяндин Владимир Дмитриевич – кандидат технических наук, доцент Самарского государственного технического университета. (г.Самара)

Аннотация: В предлагаемой статье рассматривается разработка рациональной технологии сварки кольцевых поворотных стыков труб. Для решения задачи использованы принципы системного подхода.

Ключевые слова: Сварка кольцевых стыков, технология сварки.

В условиях определившейся тенденции к увеличению пропускной способности магистральных газопроводов большого диаметра за счет повышения рабочего давления предъявляются повышенные требования к свойствам металла труб. В практике строительства трубопроводов  расширяется  применение термически упрочненных труб. Разработанная ЦНИИЧермет для этих целей термически упрочненная сталь 16ГФР (ТУ 14-3-668—78) характеризуется следующими показателями механических свойств: δВ>689МПа; δТ>540МПа; δ>16%; КСU-60 = 0,6 МДж/м2; KCV~l5 = 0,785 МДж/м2.

Указанный комплекс свойств обеспечивается после термического упрочнения готовой трубы по режиму: закалка с температуры 920—940° С и отпуск при температуре 650— 670° С. Сварные соединения, выполненные по заводской технологии, с учетом их термического упрочнения, не должны уступать по основным показателям механических свойств металлу.

Проблема сварки кольцевых стыков термоупрочненных трубопроводов в полевых условиях все еще не имеет окончательного решения. Рациональная технология сварки должна обеспечивать надлежащую структурно-механическую однородность сварных соединений с основным металлом при повышенной производительности. Реализация этих требований должна выполняться с учетом ограничений по технологическим средствам воздействия на зональные свойства сварных соединений, характерным для полевых условий производства.

Исследование проведено на термически упрочненной стали 16ГФР толщиной 14 мм следующего химического состава (%): С — 0,16; Мп — 1,40; Si — 0,36; S — 0,02; Р — 0,024; V — 0,08; В — 0,0025; Аl — 0,05; Nb — 0,008. Механические свойства после термического упрочнения: σВ = 689 МПа; аТ = 559 МПа; σ5=17%; KCU~20 = 0,935 МДж/м2; KCV~20 = = 0,589 МДж/м2.

В комплекс исследований входило определение для условий автоматической сварки под флюсом на погонной энергии 2,1—6,3 МДж/м следующих показателей:
1) интервала скоростей охлаждения W6-5 на участке неполной перекристаллизации (Tmax=900 °С),обеспечивающего требуемый уровень прочности;  
2) изменения твердости и сопротивления  хрупкому разрушению околошовного участка (Tmax=1350 °С) от параметров термических циклов сварки.

Вторая задача решалась с использованием метода математического планирования эксперимента — полного факторнoro эксперимента (ПФЭ). Параметрами оптимизации являлись: твердость околошовного участка в ед. HV; ударная вязкость KCU и KCV при температуре испытания минус 15°С; удельная работа распространения трещины KCV, определенная по методу А. П. Гуляева [1]; характеристики пластической деформации — поперечное расширение образца Д в мм, определенное на образцах Менаже и Шарпи.

Эксперимент проводили методом имитации параметров сварочного нагрева по методике, изложенной в работе [2]. Замер твердости производили на приборе Виккерса, а работу разрушения определяли на копре марки PSWO-30 с запасом энергии 294,5 Дж.

В результате реализации матрицы планирования ПФЭ и обработки результатов сварных соединений стали 16ГФР с параметрами термического цикла сварки:

Полученные уравнения позволяют выделить оптимальную область факторного пространства, в которой будут удовлетворяться определенные требования к свойствам сварных соединений стали 16ГФР.

Для условий автоматической сварки под флюсом поворотных стыков трубопроводов в диапазоне погонных энергий 2,1—6,3 МДж/м с помощью методов математического планирования эксперимента изучение влияния параметров термического цикла сварки на механические свойства сварных соединений термически упрочненной стали 16ГФР показало, что можно обеспечить равнопрочность сварного соединения и необходимый уровень сопротивления хрупкому разрушению при термическом цикле с параметрами t' = \ с и /"=19 с и скоростью охлаждения в интервале 20—27,5°С/с.

Один из возможных вариантов сварки (/' = 4—5 с; t" = = 17—19с; W6_5 = 22—25°С/с) был реализован при выполнении кольцевого стыка труб 0 1420Х 14 мм. Заданная скорость охлаждения сварного соединения обеспечивалась за счет применения технологии сварки с РТЦ.

Исследование твердости ЗТВ показало, что на участке неполной перекристаллизации обеспечивается равнопрочность с основным металлом, а на околошовном участке значение твердости не превышает допустимого уровня.

Список литературы:

1.Гуляев А. П. Разложение ударной вязкости на ее составляющие по данным испытания образцов с различным надрезом. «Заводская лабо-ратория», 1987, № 4, с. 473—475.
2. Прыгаев А. К., Кошелев Н. Н., Xакимов А. Н., Яшунская Т. В. Влияние термического цикла сварки и режима отпуска на ударную вязкость соединений стали 14Х2ГМР. — «Автоматическая сварка», 1978, № 6, с. 16—17.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail

Отправить статью

...

Форма оплаты

Номер статьи, присвоенный редакцией
Количество страниц в статье
Количество экземпляров журнала
Доставка: РФСНГ
Скидка (%)
Заказать свидетельство о публикации
1. Стоимость публикации каждой страницы статьи составляет 200 рублей.
2. Стоимость каждого экземпляра журнала, включая его изготовление и доставку, составляет 300 рублей для России и 600 рублей для стран СНГ.
3. Стоимость печатного свидетельства о публикации составляет 100 рублей

Реквизиты для оплаты через банк