Бесплатный фрагмент - Методика модернизации сварочных технологий: от теории к практике

О монографии

Монография представляет собой исследование современных методов оптимизации сварочных процессов, акцентируя внимание на теплоустойчивых сталях. Автор, подчёркивает важность разработки эффективных технологий, что делает его работу особенно ценной для специалистов в этой области.

Эта монография станет надёжным источником для профессионалов, работающих в области машиностроения и технологий сварки.

Введение

Экономическое развитие страны напрямую зависит от рационального использования материальных, энергетических и трудовых ресурсов. Одним из перспективных направлений в этой области является повышение эффективности сборки заготовок и конструктивных элементов машин и агрегатов, а также создание менее энергоёмких технологических процессов, основанных на широком применении различных методов обработки металлов.

В нефтеперерабатывающей промышленности существует значительная потребность в оборудовании, изготавливаемом из теплоустойчивых сталей, таких как 12МХ. Эти стали предназначены для длительной эксплуатации при температурах до 550—570ºС и находят широкое применение в машиностроении для производства труб паронагревателей, трубопроводов и коллекторных установок высокого давления, а также для поковок паровых котлов и паронагревателей.

Также имеется необходимость в использовании теплоустойчивых сталей типа 12МХ для изготовления крупногабаритных сварных сосудов и аппаратов в нефтегазохимическом аппаратостроении. Эти стали обладают высокими прочностными и антикоррозионными свойствами при высоких температурах, особенно при наличии бейнитной или сорбитной структуры с равномерно распределенными мелкодисперсными карбидами.

Однако в легированных сталях типа 12МХ (включая 15ХМ и 12Х1МФ), содержащих стойкие карбидосодержащие элементы, такие как молибден, хром и ванадий, при огневой резке и сварке могут возникать участки с закалочными структурами. Это происходит на околошовных участках зоны термического влияния (ЗТВ), где температура превышает Ас3, а также на участках, подвергнутых нагреву до температуры Ас1, что приводит к снижению прочностных свойств.

Процесс изготовления оборудования из теплоустойчивых сталей типа 12МХ с применением сварки требует предварительного подогрева до температуры 150—200ºС и незамедлительной термической обработки при температуре 670—690ºС для снятия остаточных сварочных напряжений и предотвращения образования холодных трещин. Однако такая термическая обработка является сложным и энергоёмким процессом, который трудно осуществить в полевых условиях.

Исследование возможности снятия остаточных напряжений в конструкциях аппаратов с помощью циклического нагружения (вибрационной обработки) представляет собой актуальную задачу. Важно найти способы управления характером и уровнем остаточных напряжений, что позволит повысить технологическую прочность и качество аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. На основе работ таких учёных, как В. М. Сагалевич, А. М. Ким-Хенкин, К. М. Рагульскис, О. Г. Чикалиди, А. М. Велбель и других, выдвинуто предположение о возможности изменения характера и снижения уровня остаточных сварочных напряжений в различных конструкциях с помощью пластического деформирования или вибрационной обработки. Проведённые исследования подтвердили возможность управления остаточными напряжениями в металлических конструкциях и в ряде случаев замены дорогостоящей термической обработки на вибрационную.

Предварительный подогрев свариваемых конструкций снижает производительность и является сложным энергоёмким процессом. Небольшие отклонения от нормируемой технологии подогрева и режимов сварки могут привести к снижению прочности сварного соединения. В то же время, вибрационная обработка свариваемых элементов, проводимая в процессе сварки, является альтернативным методом снижения остаточных напряжений и повышения прочности сварных соединений.

В данной задачей совершенствования технологического процесса изготовления нефтегазохимического оборудования с использованием менее энергоёмких методов, в частности, применения вибрационной обработки в процессе сварки. Для достижения этой цели необходимо провести комплекс теоретических и экспериментальных исследований, которые включают следующие задачи:

• Установить характер распределения остаточных напряжений и деформаций, возникающих в процессе вибрационной обработки сварного соединения из стали 12МХ, для оценки её влияния на эффективность процесса.

• Оценить влияние вибрационного воздействия в процессе сварки на технологическую прочность и механические свойства сварного соединения из стали 12МХ.

• Разработать практические рекомендации для совершенствования технологии изготовления сварного нефтеперерабатывающего оборудования оболочкового типа из теплоустойчивых сталей типа 12МХ с использованием вибрационной обработки свариваемых деталей в процессе сварки.

Автор выражает благодарность заведующему кафедрой, профессору и научному руководителю И. Г. Ибрагимову за поддержку в проведении исследований, а также к. т. н. А.М. Файрушину за постоянную помощь в работе.

Глава 1. Анализ технологии изготовления сварного оборудования из стали 12МХ

1.1. Применение стали 12МХ в нефтегазовом оборудовании

Теплоустойчивыми называют стали, предназначенные для длительной эксплуатации при температурах до 600° C. Эти стали находят широкое применение в энергетических и нефтехимических установках. В условиях длительной работы под напряжением при высоких температурах теплоустойчивые стали должны обладать высокой стойкостью к ползучести, длительной прочностью, стабильностью свойств во времени и жаростойкостью. Достижение перечисленных свойств при экономичном легировании возможно благодаря использованию хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей перлитного класса.

Хромомолибденовые стали, такие как 12МХ, 15ХМ, 20ХМЛ и 15Х5М, с ферритно-перлитной структурой, применяются для работы при температурах 500—550° C. Хромомолибденованадиевые стали, например, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20ХМФЛ, 15Х1М1ФЛ и 12Х2МФСР, предназначены для эксплуатации при температурах 550—580° C. Более высокие жаропрочные свойства хромомолибденованадиевых сталей обусловлены не только стабилизацией карбидной фазы ванадием, но и применением упрочняющей термической обработки, обеспечивающей образование бейнитной структуры.

Сварка теплоустойчивых сталей сопровождается изменением свойств свариваемого металла, связанным с расплавлением и кристаллизацией при образовании шва, а также структурными изменениями и упругопластическими деформациями в околошовной зоне. Это приводит к физико-химической неоднородности сварных соединений и образованию местного сложнонапряженного состояния, что может ухудшить работоспособность и снизить эксплуатационную надёжность конструкций.

Металлургическая свариваемость теплоустойчивых сталей, определяемая их поведением при плавлении, металлургической обработке и последующей кристаллизации шва, не вызывает значительных осложнений. Современные технологии сварки и сварочные материалы обеспечивают необходимую стойкость швов к образованию горячих трещин и высокие характеристики их работоспособности, соответствующие требованиям, предъявляемым к основному металлу. Однако тепловая свариваемость может осложняться охрупчиванием металла из-за образования метастабильных структур в околошовной зоне, нагретой выше температуры Ас3, и разупрочнением в участках, нагретых в интервале температур Ас3 — температура отпуска стали. Образование хрупких структур (троостита, мартенсита) и суммирование напряжений, вызванных неравномерным нагревом и структурными превращениями, могут привести к потере пластичности металла и вызвать разрушение конструкций в процессе их изготовления. Для предотвращения образования холодных трещин необходимо использовать сопутствующий нагрев во время сварки, а в некоторых случаях — выдержку сварных соединений при определённой температуре после окончания сварки.

Эксплуатационная надёжность конструкций из металла повышенной толщины может быть обеспечена после стабилизации структуры и снятия напряжений путём отпуска сварных соединений. При этом температура отпуска сварных соединений хромомолибденованадиевых сталей должна быть не ниже 700° C, поскольку выпадение дисперсных карбидов ванадия из твёрдого раствора при низких температурах отпуска может привести к охрупчиванию металла околошовной зоны и возникновению локальных разрушений сварных соединений как в процессе отпуска, так и в ходе эксплуатации конструкций.

Учитывая все положительные технологические и эксплуатационные свойства стали 12МХ, очевидна необходимость ее применения. Эта сталь может использоваться для изготовления труб пароперегревателей, трубопроводов и коллекторных установок высокого давления, поковок для паровых котлов и паропроводов, деталей цилиндров газовых турбин, а также в качестве основного слоя при производстве горячекатаных двухсловных коррозионностойких листов. Рекомендуемая температура применения стали 12МХ составляет до 510° C, температура интенсивного окалинообразования — 570° C, а срок службы — более 10 000 часов.

1.2. Химический состав и физические свойства стали 12МХ

Сталь 12МХ относится к группе теплоустойчивых низколегированных сталей перлитного класса, предназначенных для эксплуатации в условиях повышенных температур и давления. Данная сталь обладает оптимальным сочетанием механических свойств и термостойкости, что делает её подходящей для изготовления оборудования, используемого в нефтегазовой отрасли.

Химический состав стали 12МХ представлен в таблице 1.1.:

---

Таблица 1.1. Химический состав в % стали 12МХ

Механические свойства стали 12МХ при температуре 20° C приведены в таблице 1.2.:

Таблица 1.2. Механические свойства стали 12МХ

при t=20° C

Твёрдость материала после отжига не должна превышать 217 HB, что подтверждает его способность сохранять необходимые механические свойства после термической обработки.

Таким образом, сталь 12МХ, обладая сбалансированным химическим составом и соответствующими механическими свойствами, является оптимальным выбором для применения в нефтегазовом оборудовании, где требуется высокая прочность, термостойкость и надёжность в эксплуатации.

---

1.2.1. Технология сварки конструкций из стали 12МХ

Теплоустойчивость сварных соединений оценивают отношением длительной прочности металла соединения и основного металла — коэффициентом теплоустойчивости.

Теплоустойчивые стали должны обладать жаростойкостью, длительной прочностью, стабильностью свойств во времени и сопротивлением ползучести: их пластическая деформация при постоянной нагрузке с течением времени должна возрастать незначительно, чтобы работать при высоких температурах,. Все это достигается введением в состав сталей 0,5…2,0% хрома, 0,2…1,0% молибдена, 0,1 …0,3% ванадия и иногда небольших добавок редкоземельных элементов. Сочетание механических свойств изделий из теплоустойчивых сталей достигается термообработкой: нормализацией или закалкой с последующим высокотемпературным отпуском. Это обеспечивает мелкозернистую структуру, состоящую из дисперсной ферритокарбидной смеси.

Физическая свариваемость теплоустойчивых сталей, определяемая отношением металла к плавлению, металлургической обработке и к последующей кристаллизации шва не вызывает затруднений. Современные сварочные материалы и технология сварки обеспечивают требуемые свойства и стойкость металла шва против горячих трещин, но в тоже время сварные соединения обладают склонностью к холодным трещинам и к разупрочнению металла в зоне термического влияния (ЗТВ). Поэтому требуется использовать сопутствующий сварке местный или предварительный общий подогрев изделия. Это уменьшит разницу температур в зоне сварки и на периферийных участках, что снижает возникающие напряжения в металле. Уменьшается скорость охлаждения металла после сварки больше аустенита превращается в мартенсит при высокой температуре, когда металл пластичен. Напряжения, возникающие из-за разницы объемов этих фаз, будут меньше, при этом вероятность образования холодных трещин снизится. В свою очередь применяя подогрев, нужно учитывать, что излишне высокая температура приводит к образованию грубой ферритно-перлитной структуры, не обеспечивающей необходимую длительную прочность и ударную вязкость сварных соединений. С целью снизить опасность возникновения холодных трещин можно, произвести отпуск деталей, выдерживая их при температуре 150…200 °С сразу после сварки в течение нескольких часов. За это время завершится превращение остаточного аустенита в мартенсит и удалится из металла большая часть растворённого в нем водорода. Разупрочнение теплоустойчивых сталей в ЗТВ зависит также от параметров режима сварки. Повышение погонной энергии сварки увеличивает мягкую разупрочняющую прослойку в ЗТВ, которая может быть причиной разрушения жёстких сварных соединений при эксплуатации, особенно при изгибающих нагрузках. Основные способы сварки конструкций из теплоустойчивых сталей — это дуговая и контактная стыковая. Последнюю используют для сварки стыковых соединений труб нагревательных котлов в условиях завода изготовителя.

Дуговую сварку производят электродами с покрытием, в защитных газах и под флюсом. Подготовку кромок деталей при всех способах дуговой сварки производят механической обработкой. Допускается применение кислородной или плазменной резки с последующим удалением слоя повреждённого металла толщиной не менее 2 мм.

Дуговую сварку производят при температуре окружающего воздуха не ниже 0 °С с предварительным и сопутствующим сварке местным или общим подогревом. Температура подогрева зависит от марки стали и толщины свариваемых кромок. Хромомолибденовые стали при толщине кромок до 10 мм, а хромомолибденованадиевые — до 6 мм можно сваривать без подогрева. Сталь 12МХ, например, толщиной 10…30 мм надо подогревать до температуры 150…200 °С, а больше 30 мм — до температуры 200…250 °С. При многопроходной автоматической сварке под флюсом минимальную температуру подогрева можно снижать на 50 °С. Аргонодуговую сварку корневого шва стыков труб выполняют без подогрева.

После сварки производят местный отпуск сварных соединений или общий отпуск всей сварной конструкции. Хромомолибденовые стали нагревают при отпуске до температуры 670…700 °С с выдержкой при этой температуре от одного до трех часов в зависимости от толщины сваренных кромок, хромомолибденованадиевые — до температуры 740…760 °С с выдержкой от двух до десяти часов. Чем больше в стали хрома, молибдена, ванадия, тем больше должны быть температура и время отпуска. Отпуск стабилизирует структуру и механические свойства соединений, снижает остаточные напряжения, однако он не позволяет полностью выровнять структуру и устранить разупрочненную прослойку в зоне термического влияния. [124, 126. 127, 129].

Ручную дуговую сварку теплоустойчивых сталей ведут электродами из малоуглеродистой сварочной проволоки с основным (фтористо-кальциевым) покрытием, через которое вводят в шов легирующие элементы. Этот тип покрытия хорошо расчисляет металл шва, обеспечивает малое содержание в нем водорода и неметаллических включений, надёжно защищает от азота воздуха. Это позволяет получать высокую прочность и пластичность шва. Однако для электродов с таким покрытием характерна повышенная склонность к образованию пор при удлинении дуги, наличии ржавчины на поверхности свариваемых кромок и при небольшом увлажнении покрытия. Поэтому нужно сваривать предельно короткой дугой, тщательно очищать кромки и сушить электроды перед их применением при температуре 80… 100 °С. Хромомолибденовые стали сваривают электродами типа Э-09МХ (ГОСТ 9467—75) марки ЦУ-2ХМ диаметром 3 мм и более, а также ЦЛ-38 диаметром 2,5 мм, хромомолибденованадиевые — электродами типа Э-09Х1МФ марок ЦЛ-39 диаметром 2,5 мм, ЦЛ-20, ЦЛ-45 диаметром 3 мм и более. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности узкими валиками без поперечных колебаний электрода с тщательной заваркой кратера перед обрывом дуги. Когда подогрев свариваемых изделий и их термообработка после сварки невозможны или если необходимо сваривать перлитные теплоустойчивые стали с аустенитными, допускается использование электродов на никелевой основе марки ЦТ 36 или проволоки Св 08Н60Г8М7Т при аргонодуговой сварке.

Теплоустойчивые стали сваривают дуговой сваркой плавящимся электродом в углекислом газе и вольфрамовым электродом в аргоне. Сварку в С02 из-за опасности шлаковых включений между слоями используют обычно для однопроходных швов и для заварки дефектов литья. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности с присадочной проволокой (ГОСТ 2246—70) Св 08ХГСМА для хромомолибденовых сталей или Св 08ХГСМФА для хромомолибденованадиевых сталей. Для проволоки диаметром 1,6 мм сила сварочного тока 140…200 А при напряжении дуги 20…22 В, а диаметром 2 мм 280… 340 А при 26…28 В.

Ручная аргонодуговая сварка используется для выполнения корневого шва при многопроходной сварке стыков труб. Автоматической сваркой в аргоне сваривают неповоротные стыки паропроводов в условиях монтажа. При аргонодуговой сварке хромомолибденовых сталей.

Автоматическую дуговую сварку под флюсом используют на поворотных стыках трубопроводов, коллекторов котлов, корпусов аппаратов химической промышленности и других изделиях с толщиной стенки 20 мм и более. Применяют низкоактивные по кремнию и марганцу флюсы ФЦ-11, АН-22. Этим достигается стабильность содержания Si и Мп в многослойных швах и низкое содержание в них оксидных включений — продуктов процесса восстановления марганца. Сварку под флюсом ведут со скоростью 40…50 м/ч на постоянном токе обратной полярности силой 350…400 А при напряжении дуги 30…32 В. Высокая скорость сварки уменьшает погонную энергию, что снижает разупрочнение хромомолибденованадиевых сталей в околошовной зоне. Применяют проволоку диаметром 3 мм Св 08МХ и Св 08ХМ для хромомолибденовых сталей и Св 08ХМФА для хромомолибденованадиевых сталей. Можно применять проволоку диаметром 4 и 5 мм, увеличив соответственно силу тока до 520…600 А и 620…650 А при напряжении дуги 30…34 В. [135]

1.3. Причины образования холодных трещин

Холодные трещины объединяют категорию трещин в сварном соединении, формальными признаками которых являются: возможность их визуального наблюдения практически сразу после охлаждения соединения; их блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления.

Холодные трещины — локальные хрупкие разрушения материала сварного соединения, возникающие под действием собственных сварочных напряжений. Размеры холодных трещин соизмеримы с размерами зон сварного соединения. Локальность разрушения объясняется частичным снятием напряжений при образовании трещин, а также ограниченностью зон сварного соединения, в которых возможно развитие трещин без дополнительного притока энергии от внешних нагрузок. [136]

Характерными особенностями большинства случаев образования холодных трещин являются следующие:

1) наличие инкубационного периода до момента образования очага трещин;

2) образование трещин происходит при значениях напряжений, составляющих менее 0,9 кратковременной прочности материалов в состоянии после сварки. Эти особенности позволяют отнести холодные трещины к замедленному разрушению свежезакаленной стали.

При сварке легированных сталей холодные трещины могут образовываться, если стали претерпевают частичную или полную закалку. Холодные трещины возникают в процессе охлаждения после сварки ниже температуры 150°С или в течение последующих нескольких суток. Они могут образовываться во всех зонах сварного соединения и располагаться параллельно или перпендикулярно по отношению к оси шва. Место образования и направление трещин зависят от состава основного металла и металла шва, соотношения компонент сварочных напряжений и некоторых других обстоятельств. В соответствии с геометрическими признаками и характером излома холодные трещины получили определённые названия:

• «откол» — продольные трещины в зоне термического влияния;

• «отрыв» — продольные трещины в зоне сплавления со стороны шва (аустенитного);

• «частокол» — поперечные трещины в зоне термического влияния.

Наиболее часто возникают холодные трещины вида «откол». Образование холодных трещин начинается с появления очага разрушения, как правило, на границах бывших аустенитных зёрен на околошовном участке зоны термического влияния, примыкающих к линии сплавления. Протяжённость очагов трещин составляет несколько диаметров бывших аустенитных зёрен. При этом разрушение не сопровождается заметной пластической деформацией и наблюдается как хрупкое. Это позволяет отнести холодные трещины к межкристаллитному (межзеренному) хрупкому разрушению. Дальнейшее развитие очага в микро- и макротрещину может носить смешанный и внутризерненый характер. [135]

Основными факторами, обуславливающими образование холодных трещин в сварном соединении из легированных сталей, являются:

• структурное состояние металла сварного соединения, характеризуемое наличием составляющих мартенситного и бейнитного типа (Sд, %) и размером бывшего аустенитного зерна (d3, мкм). Свойства указанных структурных составляющих зависят от химического состава и в первую очередь от содержания углерода (C, %);

• концентрация диффузионного водорода в зоне зарождения очага трещины (Hд, см3/100г металла);

• растягивающие сварочные напряжения I рода (σсв, МПа).

Критическое сочетание этих факторов приводит к образованию холодных трещин.

Роль структуры в зарождении очага замедленного разрушения свежезакаленной стали связывают с микропластической деформацией (МПД), в приграничных зонах зёрен. Наличие в структуре такой стали незакрепленных, способных к скольжению дислокаций при действии сравнительно невысоких напряжений обуславливает МПД. Особенно высока плотность дислокаций в свежезакаленном мартенсите. Значения МПД лежат в диапазоне от 10—5 до10—4. Проявляется МПД при напряжениях выше предела неупругости или микроскопического предела текучести σА. Процесс МПД — термически активируемый, т. е. его скорость зависит от температуры и приложенных напряжений. Сопротивляемость замедленному разрушению зависит от времени действия нагрузки и стремится к некоторому минимальному значению σp. min., которое принимают за номинальное значение «замедленной прочности». После отдыха способность закалённой стали к МПД исчезает. Конечные высокие значения твёрдости и предела текучести закалённой стали — результат старения, при котором происходит закрепление дислокаций атомами углерода. Особенности развития МПД достаточно хорошо объясняют приведённые выше закономерности замедленного разрушения.

Механизм межкристаллического разрушения при образовании очагов замедленного разрушения может быть объяснён тем, что максимальные плотность дислокаций и интенсивность МПД приходятся на приграничные зоны зёрен. Это является результатом того, что мартенситное превращение начинается в центральных частях зёрен при температурах, соответствующих верхней части температурного интервала превращения, а заканчивается в приграничных зонах зёрен при температурах, соответствующих нижней части этого интервала. Кроме того, при образовании пластинчатого мартенсита его иглы при выходе на границы зёрен вызывают в зонах, примыкающих к ним, появление высоких плотности дислокаций и уровня микронапряжений. При длительном нагружении по границам зёрен развивается локальная МПД, в результате которой реализуется межзёренное разрушение по схеме Зинера-Стро, предполагающей относительное проскальзывание и поворот зёрен по границам.

Основным источником водорода в сварном соединении является водород в атмосфере дуги, который растворяется в расплавленном металле сварочной ванны. Различают следующие формы существования водорода в металле, в зависимости от его состояния, положения в металле:

• атомарный (или ионизированный) водород — растворённый в кристаллической решётке до предела растворимости (равновесный), растворённый сверх предела растворимости (неравновесный), связанный с дефектами решётки (скопившийся в так называемых субмикроскопических ловушках);

• молекулярный водород — скопившийся в микро- и макропорах, называемых коллекторами.

---

В зависимости от подвижности в металле различают:

• диффузионный (диффузионно-подвижный) водород Hд — способный к диффузионному перемещению в решётке при появлении градиентов концентраций, температур, напряжений, растворимости (в случае разнородных металлов). К этой форме относится атомарный водород, растворённый в решётке;

• закрепленный водород — не способный к диффузии в металле при данных условиях. К этой форме может быть отнесён атомарный водород в ловушках и молекулярный в коллекторах (его также называют связанным, остаточным, металлургическим).

Все формы водорода находятся в термодинамическом равновесии, зависящем от температуры. При повышении температуры свыше определённого уровня начинается заметный переход одних форм водорода в другие: молекулярного — в атомарный, неравновесного — в равновесный, связанного в ловушках — в растворимый.

Поскольку всегда на поверхности ограниченного тела существует градиент концентрации водорода, происходит непрерывный выход (десорбция) HД в атмосферу. [136]

Через определяенный промежуток времени практически весь водород должен десорбироваться из металла, поскольку происходит переход из одной формы существования водорода к другой. При нормальной температуре относительно быстро десорбируется из металла основная часть диффузионного водорода HД, причём переход закреплённого водорода в диффузионный HД развивается чрезвычайно медленно, т. е. закрепленный водород остаётся в металле практически неограниченное время. Сумма концентраций закреплённого водорода и не успевшего выделиться к данному моменту диффузионного водорода HД составляет концентрацию остаточного водорода H0.

---

Распределение HД по объёму сварного соединения и его концентрацию в любой заданной точке определяют расчетно-экспериментальным способом. Экспериментальная часть способа состоит в определении исходной концентрации диффузионного водорода в металле шва HШ0, в установлении зависимости коэффициента диффузии водорода DH от температуры для шва, зоны термического влияния и основного металла, а также в определении параметров перехода остаточного (металлургического) водорода H0 в основном металле в Hд и обратно при сварочном нагреве и охлаждении. Расчётная часть способа заключается в решении тепловой задачи (для заданных типа сварного соединения и параметров режима сварки) и диффузионной задачи. Последняя для сварки однородных материалов представляет численное решение дифференциального уравнения второго закона Фика, описывающего неизотермическую диффузию водорода с учётом термодиффузионных потоков в двумерной системе координат.

Основные закономерности насыщения сварных соединений водородом следующие:

1) насыщение различных зон сварного соединения водородом можно охарактеризовать двумя параметрами — значением максимальной концентрации HДmax и временем достижения этой или заданной концентрации tmax;

2) для заданных составов шва и основного металла, толщины металла и типа разделки параметры вида HДmax в основном определяются значениями Hш0, а параметры вида tmax — тепловым режимом сварки.

Действие диффузионного водорода при образовании холодных трещин более всего соответствует одному из механизмов обратимой водородной хрупкости. Его особенность заключается в том, что в условиях медленного нагружения источники водородной хрупкости образуются вследствие диффузионного перераспределения водорода и исчезают через некоторое время после снятия нагрузки. При этом важная роль отводится взаимодействию водорода с дислокациями и облегчённому перемещению их комплексов. В металле сварных соединений Hд концентрируется на границах крупных бывших аустенитных зёрен, которые характеризуются повышенной плотностью дефектов кристаллической решётки.

Влияния водородного охрупчивания на процесс разрушения описывают различными механизмами: адсорбционным (действие водорода как поверхностно-активного элемента), молекулярного давления (в результате перехода атомарного водорода в микропоры и его молизация) и др.

На практике структурное состояние оценивают значением твёрдости. Как правило, в технических условиях на сварку изделий указывают допустимое значение твёрдости в диапазоне 200…350 HV. [134]

1.3.1. Методы снижения образования

холодных трещин в сварных соединениях

низколегированных сталей

Предотвращение холодных трещин в сварных соединениях направлено на уменьшение или устранение негативного воздействия основных факторов, способствующих их образованию. Это достигается за счёт:

• регулирования структуры металла сварных соединений;

• снижения концентрации диффузионного водорода в сварочном шве;

• уменьшения уровня сварочных напряжений.

В зависимости от подхода, методы предотвращения холодных трещин можно разделить на три категории:

• Металлургические методы: Эти методы направлены на регулирование структуры металла сварных соединений путём рационального выбора химического состава основного металла и сварочных материалов. Рекомендуется минимизировать содержание углерода и легирующих элементов, способствующих повышенной прокаливаемости сталей, при этом обеспечивая необходимые механические свойства шва и зоны термического влияния. [132,135,136]

• Технологические методы: Эти методы включают регулирование структуры металла сварных соединений путём выбора оптимального теплового режима сварки. Для этого применяются следующие подходы:

1. Увеличение удельной погонной энергии q/υδ до максимально допустимого значения (при условии качественного формирования шва, соответствующего стандартам);

2. Применение предварительного и сопутствующего подогрева, послесварочного нагрева, а также термической обработки, такой как высокий отпуск или отжиг.

Часто наиболее эффективным является сочетание этих методов. Важно учитывать различное влияние q/υδ и подогрева на параметры сварочного термического цикла в разных диапазонах температур. Увеличение q/υδ приводит к увеличению времени пребывания при температурах около 1000°С, что способствует росту аустенитного зерна. Подогрев, в свою очередь, более эффективно снижает скорость охлаждения и время пребывания при температурах выше 200°С, что уменьшает содержание мартенсита в структуре и ускоряет десорбцию водорода из сварного соединения.

Следует отметить, что предварительный подогрев до температуры Tпп при сварке тонких листов, особенно при протяжённых швах, менее эффективен, чем сопутствующий подогрев (до Тсп), так как температура подогрева быстро снижается из-за интенсивной теплоотдачи. Для толстых листов и массивных заготовок оба вида подогрева практически равноценны, однако на практике Тпп назначают на 20…30°С выше, чем Тсп.

К технологическим методам также относятся предварительная осушка газа с помощью силикагеля и прокалка электродов. [132]

Несмотря на рекомендации по применению технологических методов, использование всех видов подогрева, кроме последующей термообработки, для данного изделия часто невозможно из-за ограниченного доступа к сварным швам, обусловленного сложностью конструкции. Кроме того, некоторые сварные швы выполняются ручной аргонодуговой сваркой, что приводит к значительным колебаниям удельной погонной энергии в процессе сварки. Это может вызвать образование участков отпускной хрупкости в околошовной зоне стали 12МХ даже при отсутствии подогрева.

• Конструкционные методы: Эти методы направлены на снижение уровня сварочных напряжений. [132,135] Снижение уровня сварочных напряжений достигается различными способами, такими как:

1) рациональное конструирование;

2) оптимизация технологии сборки и сварки;

3) пластическое деформирование после сварки;

4) создание неравномерных нагревов или охлаждений;

5) термическая обработка непосредственно после сварки. [126]

Сравнительно новыми являются методы вибрационной и ультразвуковой обработки во время сварки. Исследования, проводимые на кафедре ТНА УГНТУ и в других научных учреждениях как в России, так и за рубежом [126, 133, 106, 123], показывают, что виброобработка во время сварки позволяет снижать уровень остаточных сварочных напряжений и деформаций, а также изменять некоторые свойства металла шва и околошовной зоны.

1.4. Особенности поведения теплоустойчивых низкоуглеродистых сталей
типа 12МХ в процессе сварки

Основными способами сварки теплоустойчивых перлитных сталей являются дуговая покрытыми электродами, в защитных газах и под флюсом. Подготовку кромок деталей под сварку производят механической обработкой. Допускается применение кислородной или плазменно-дуговой резки с последующим удалением слоя повреждённого металла толщиной не менее 2 мм.

Дуговую сварку производят с предварительным и сопутствующим местным или общим подогревом при температуре окружающего воздуха не ниже 0°С.

Большинство сварных конструкций из теплоустойчивых перлитных сталей для устранения структурной неоднородности, остаточных сварочных напряжений и обеспечения эксплуатационной надёжности подвергают термической обработке.

При термообработке конструкций из теплоустойчивых перлитных сталей используют обычно отпуск, он может применяться также как местная термическая обработка. Отпуск снижает остаточные напряжения и стабилизирует структуру (твёрдость) сварного соединения и. Температура отпуска и время выдержки увеличиваются с увеличением содержания хрома, молибдена, ванадия и других элементов, повышающих релаксационную стойкость сталей. [105]

---

1.5. Методы снижения остаточных напряжений при сварке

Термические воздействия, которым подвергаются свариваемые соединения, приводят к образованию напряжений в узлах кристаллической решётки и даже к определенным деформациям.

Снижение сварочных напряжений и деформаций выполняют несколькими методами. Различают механические, термические и термомеханические методы снижения сварочных деформаций.

Под механическими методами понимают: проковку, прокатку, динамическое деформирование, вибрационную обработку, магнитоимпульсную обработку, ультразвуковое воздействие, метод глубокого местного охлаждения деталей. Все эти методы позволяют снизить остаточные напряжения в кристаллической решётке.

Термомеханические методы предусматривают одновременно термическую и механическую обработку свариваемых конструкций и позволяют добиться максимального эффекта.

К термическим методам относят отпуск после сварки и предварительный нагрев в процессе сварки.

Особый интерес представляет способ динамического деформирования сварных сосудов и ёмкостей, запатентованный одной из японских фирм [75]. Сущность способа заключается в использовании для понижения напряжений энергии взрыва, осуществляемого внутри корпуса, в результате чего достигается не только устранение исходного напряжённого состояния, но и формирование конечных сжимающих напряжений регулируемого уровня. Указанный способ характеризуется весьма высокими технико-экономическими показателями и работы, связанные с его освоением, проводятся также и в нашей стране [76, 77]. Деформирование сварных металлоконструкций статически действующими растягивающими силами приводит почти к стопроцентному снятию статочных напряжений в металле [11]. Однако, для обработки конструкций по такому методу требуется громоздкое оборудование и технологичные для этого сварные конструкции. Метод требует больших материальных затрат, вследствие которых его сравнительная экономическая эффективность оказывается невысокой — ниже печной термической обработки.

Аналогичные недостатки присущи также способам, основанным на обработке тонколистовых сварных соединений прокаткой роликами [53]. Кроме того, обычно после обкатки (усилия сжатия достигают 10 — 15 кН на 1 мм толщины) возможно образование значительного наклёпа.

Примерно такими же технико-эконoмическими данными обладает магнитоимпульсная обработка и импульсная обработка взрывом тонколистовых соединений различной конфигурации. При импульсной обработке взрывом используют заряды ленточного типа, которые укладывают на обрабатываемые поверхности. Взрыв, который проводят в специальной камере, создаёт напряжения в поверхностном слое. Применяется этот метод как средство повышения выносливости сварных соединений при переменных нагрузках. При такой обработке происходит перераспределение остаточных напряжений [32, 71].

Эффективным методом является прокатка металла, но для этого требуется специальное оборудование. Поэтому прoкатку выполняют только в условиях крупных производственных подразделений. Наиболее доступным и простым методом является проковка. Прoковка применяется как в процессе сварки по остывающему металлу, так и после полного остывания. Проковкой осаживают металл по толщине, создавая пластические деформации удлинения в плоскости, перпендикулярной направлению удара. Этим достигают уменьшения растягивающих или даже появления сжимающих остаточных напряжений. Эффект от прoковки зависит от температуры, количества теплоты, которое выделяется при прoковке, и значения пластической деформации. Проковка ведётся механизированным инструментом с малыми (до 6—7 м/с), средними (до 100 м/с) и высокими (более 100 м/с) скоростями движения бойка. Проковка манёвренна, в этом её преимущество перед другими методами. Следует опасаться снижения пластичности металла вследствие её исчерпания при прoковке [101].

Большие технические возможности отмечаются также и у ультразвуковой обработки сварных соединений [88], так как предварительными исследованиями установлено практически полное (до 80 — 100%) снятие остаточных напряжений при её использовании. Однако экономически выгодному применению такого метода препятствуют сложности выбора надёжных средств ввода ультразвука в металл и малая мощность источников, вследствие чего он в нашей стране не вышел из рамок лабораторного опробования, а в США используется лишь в ракетостроении.

Однако на сегодняшний день наиболее распространенным методом снятия статочных напряжений остаётся термическая обработка. Термическая обработка рядом нормативных документов предусматривается как обязательная операция. Термообработку (отпуск) сварных конструкций применяют для изменения структуры и свойств металла и снижения остаточных напряжений. Общий отпуск сварной конструкции состоит в равномерном нагреве сварного изделия по всей поверхности и толщине в течение некоторого промежутка времени, выдержке при выбранной температуре, нагрева и достаточно медленном равномерном охлаждении с тем, чтобы в процессе охлаждения не возникло больших дополнительных градиентов температур в сечении отпускаемой детали, приводящих к дополнительным пластическим деформациям и остаточным напряжениям [15].

Местный отпуск отличается от общего обычно средствами, с помощью которых осуществляется нагрев, а также тем, что нагреву подвергается обычно часть сварной конструкции — как правило, шов и околошовная зона. Ввиду нагрева части сварной конструкции происходит лишь перераспределение остаточных напряжений и не достигается полного их снятия. Применение отпуска для снижения остаточных напряжений целесообразно, если предъявляются повышенные требования к прочности сварной конструкции и точности ее размеров при последующей эксплуатации. Кроме того, иногда целесообразно восстановить пластические свойства в зонах, где концентрировались пластические деформации при сварке, а также повысить сопротивляемость хрупким разрушениям. В остальных случаях применение отпуска не рекомендуется из-за удорожания стоимости производства конструкций.

Метод глубокого местного охлаждения деталей для устранения остаточных деформаций и напряжений при изготовлении сварных конструкций исключает необходимость проведения механических правочных операций, не требует использования сложного и тяжёлого оборудования для пластического деформирования материала. Сущность метода заключается в том, что перед сваркой охлаждают определённую часть конструкции, в результате образовавшееся укорочение компенсирует изменение размеров конструкции, возникающее при сварке.

Снятие остаточных напряжений в корпусах аппаратов термической обработкой — это дорогостоящий, энергоёмкий и трудоёмкий процесс. Кроме того, при термообработке детали и узлы могут получать дополнительное искажение формы, изменение размеров, появляется окалина. Печная (объёмная) термообработка снижает остаточные напряжения на 80 — 90%, но по известным причинам отличается самыми низкими экономическими показателями.

Так, результаты, полученные благодаря термическому отпуску, показывают существенное уменьшение напряжений. Такая обработка достаточно эффективна для снижения остаточных напряжений в сталях, тем не менее, ее применение ограничивается возможностью предприятий.

Местная обработка при низкой температуре позволяет снизить остаточные напряжения до 50%. Однако преимущество этого способа состоит в возможности снятия напряжений в крупногабаритных сварных конструкциях, для которых невозможна общая обработка в термических печах. Необходимость изготовления специальных индукторов для обработки каждого типа соединения свидетельствует об индивидуальных особенностях динамического нагрева при низкой температуре.

Более эффективным для многих конструкций является статическое нагружение, при котором не только снижаются растягивающие остаточные напряжения, но и создаются благоприятные сжимающие напряжения в местах концентраторов. Однако трудность статического нагружения, требующего громоздкого специального оборудования и значительных материальных затрат, сужает область его применения.

Данные о методах снятия напряжений в изделиях прокаткой, высокоскоростной проковкой либо сверхпластической деформацией свидетельствуют о положительных результатах применения к листовым конструкциям прямолинейной формы (δ≤12 мм) и из пластичных материалов. Тем не менее, эти средства обработки крупногабаритных конструкций и соединений из высокопрочных материалов не всегда дают положительные результаты.

Ограниченное применение новых разрабатываемых методов, таких как облучение лазером, магнитоимпульсная обработка, использование энергии взрыва, обработка ультразвуком, объясняется в основном отсутствием широких исследований их действительных возможностей, методик и соответствующего оборудования.

Одним из перспективных методов для крупногабаритных конструкций является вибрационное нагружение, основанное на обработке изделий в резонансном режиме переменными напряжениями, достаточными для протекания упруго–пластических деформаций металла. В отличие от других, высокая эффективность и экономичность вибрационной обработки обеспечивается независимо от марки материала. По производительности и простоте процесса вибрационное нагружение в большинстве случаев имеет преимущества перед другими методами и соответствует основным требованиям, предъявляемым к применяющимся в практике средствам снижения остаточных напряжений.

Виброобработка предусматривает:

• стабилизацию структуры металла, её улучшение;

• уменьшение сварочных деформаций, а также деформаций, возникающих в процессе эксплуатации;

• снятие напряжений нагрузки, собственных напряжений в соединении;

• приведение циклической долговечности в соответствие с уровнем основного металла;

• перераспределение остаточных напряжений — как в самом шве, так и в околошовной области.

Это позволяет рекомендовать вибрационную обработку для практического использования при промышленном изготовлении сварных конструкций. Сущность способа заключается в создании в сварных конструкциях (после сварки) переменных напряжений определённой величины с помощью механических вибраторов. Вибрирование, как правило, осуществляется на резонансных и близких к резонансным частотах в течение определённого промежутка времени [23, 28—29, 94—100].

В отдельных случаях вибрирование применяется взамен термообработки, что экономичнее примерно в 10 раз, так как имеет ряд следующих преимуществ:

• стоимость оборудования, обслуживание и уход за ним невелики;

• процесс снятия сварочных напряжений протекает быстро (так, например, максимальная продолжительность обработки наиболее крупной детали массой 50 т составляет 30 мин);

• необходимое оборудование является универсальным для различных конструкций, компактным и переносным;

• поверхность деталей после обработки остаётся без изменений — нет окалины, шлака, не изменяется цвет поверхности.

Ряд исследователей выдвигают гипотезу, что понижение остаточных напряжений в процессе вибрации достигается за счёт сочетания напряжений (остаточных и вибрационных), при определённых величинах которых материал становится пластичным.

К недостаткам способа относят:

• зависимость эффективности обработки от материала, формы и детали.

• способ не применим для деталей, у которых резонансная частота выше, чем частота вибратора (короткие детали с большим моментом сопротивления).

• вибрация не оказывает влияния на величину статочных напряжений некоторых материалов, например некоторых алюминиевых сплавов, также не влияет на структуру металла шва, полученную в результате остывания.

В остальных случаях, в соответствии с проведёнными исследованиями, виброобработка позволяет в 4…8 раз снизить остаточные напряжения в сварных соединениях. С увеличением амплитуды вибрационной обработки эффективность снижения остаточных напряжений возрастает. Длительность вибрационной обработки также влияет на её эффективность, особенно в начальный момент обработки. Затем процент снижения остаточных напряжений затухает. Поэтому производить обработку более 10…20 минут малоэффективно и нецелесообразно.

Конечный результат вибрации является функцией величин переменных напряжений и характеристик упруго–пластических свойств материала при циклических нагружения (циклически упрочняемый или разупрочняемый материал).

Необходимым условием, при котором наблюдается снижение остаточных деформаций, является достижение предела текучести при вибрации сочетанием остаточных напряжений и напряжений, вызванных приложением переменных нагрузок. Величина предела текучести при циклическом нагружении для некоторых материалов может быть снижена в 2 раза по сравнению с пределом текучести при статическом нагружении, в связи с чем при сравнительно небольших величинах пульсирующих напряжений наблюдается снижение остаточных напряжений.

В последние годы появились работы, посвящённые снятию остаточных напряжений вибрационным нагружением непосредственно в процессе сварки изделия, что позволяет решить ряд вопросов, связанных с повышением однородности структуры металла шва, снижением остаточных напряжений, использованием методов вибрационной обработки для крупногабаритных металлоконструкций [107, 108, 114].

1.6. Технология сварки при изготовлении оборудования из теплоустойчивой низколегированной стали 12МХ

Анализ различных повреждений элементов оборудования из сталей типа 12МХ позволяет заключить, что основными причинами разрушений являются:

1) механохимическая неоднородность;

2) высокие уровни остаточных напряжений в сварных соединениях;

3) наличие различных дефектов и другие факторы.

Указанные причины заметно активизируют процессы накопления повреждений в металле и снижают ресурс оборудования при длительной эксплуатации. Наличие участков металла с высокой твёрдостью и остаточными напряжениями в локальных микрообъемах закалённой структуры требует проведения термической обработки или применения иных способов снятия остаточных напряжений.

Растягивающие остаточные напряжения снижают циклическую прочность сварных конструкций. Если они действуют в зонах с концентрацией напряжений и неоднородностью механических свойств, то именно там в первую очередь возникают разрушения от усталости. Степень отрицательного влияния растягивающих напряжений зависит от уровня эксплуатационных напряжений и коэффициента концентрации напряжений. Они могут также понижать статическую прочность сварных соединений, что зависит от свойств металла, его деформационной способности, уровня концентрации напряжений и предварительной пластической деформации.

Сжимающие остаточные напряжения, напротив, могут понижать местную устойчивость тонкостенных элементов сварных конструкций. При суммировании рабочих и остаточных напряжений потеря устойчивости может произойти при нагрузках, меньших расчётных, а в некоторых случаях — даже от остаточных напряжений.

Под влиянием остаточных растягивающих напряжений коррозионное растрескивание и процессы коррозии могут усиливаться. Такие выводы были сделаны на основании анализа результатов исследований образцов из углеродистых и коррозионно-стойких сталей. В вершине трещины, даже в тех зонах, где в исходном состоянии действовали напряжения сжатия, начинают действовать напряжения растяжения, что обуславливает развитие коррозионных трещин даже в зонах действия начальных напряжений сжатия. Остаточные напряжения могут изменять предел выносливости в несколько раз, как понижая его (остаточные напряжения растяжения), так и повышая (остаточные напряжения сжатия). Степень влияния остаточных напряжений зависит от асимметрии цикла, концентрации напряжений в сварном соединении и уровня рабочих напряжений. Остаточные напряжения растяжения оказывают наибольшее влияние при симметричном цикле, что может привести к снижению предела выносливости на 30–35%. Роль остаточных напряжений резко возрастает с повышением концентрации напряжений.

Остаточные напряжения являются носителями энергии упругой деформации. Поскольку напряжения максимальны в зоне сварных соединений, значительная часть энергии сосредоточена именно там. Начавшееся разрушение может поддерживаться энергией остаточных напряжений, что способствует распространению трещин на значительную длину и делает невозможным последующий ремонт разрушившейся детали. Энергия остаточных напряжений усиливает динамику процесса разрушения, увеличивает скорость движения трещин и способствует переходу от вязкого разрушения к хрупкому.

При изготовлении сварочных материалов возникают соединения из разнородных сталей, что обуславливает неоднородность физико-механических свойств и химического состава характерных зон сварного соединения. Механическая неоднородность в первую очередь проявляется наличием твёрдых участков подкалки в околошовных зонах. Зона сплавления материалов разного структурного класса с искажённой структурой становится наиболее вероятным местом хрупкого разрушения. При чрезмерном смешивании аустенитного электродного материала с основным металлом в зоне сплавления и в шве может образоваться структурная мартенситная составляющая с повышенной твёрдостью и пониженными пластическими свойствами. В зависимости от состава аустенитных электродов, типа разделки, режима сварки (диаметра электродов, плотности тока и скорости сварки) структура и свойства зон сплавления металла шва могут варьироваться. Правильный выбор этих параметров может повысить трещиностойкость соединения. Различие коэффициентов линейного расширения металла сварного шва и основного металла может привести к возникновению дополнительных термических напряжений при эксплуатации сварных конструкций при высоких температурах. Наличие остаточных напряжений может усугубить диффузионное перераспределение углерода в зоне сплавления разнородных металлов и, соответственно, снизить несущую способность конструкции.

Использование термической обработки для снятия напряжений в сварных конструкциях при рассматриваемой технологии сварки нерационально. Различные коэффициенты линейного расширения основного металла и перлитного наплавленного металла исключают возможность снятия остаточных напряжений путём термической обработки. После высоких температур отпуска происходит лишь снижение отрицательного влияния закалённых участков околошовной зоны, что может привести к образованию переходных прослоек, усугубляющих структурную неоднородность в зоне сплавления. Эти диффузионные прослойки науглероживания в шве и обезуглероживания в основном металле являются причиной снижения работоспособности сварных конструкций.

Стали типа 12МХ относятся к числу термически стабильных. Опыт длительной эксплуатации сварных соединений с аустенитными швами показал, что если в них при повышенных температурах исключается перемещение углерода на участке сплавления, то узкая зона смешения металлов разнородных структурных классов с повышенной твёрдостью не является опасной.

Анализ технологических вариантов показывает, что наиболее общепринятым средством смягчения закалочных явлений при сварке является снижение скорости охлаждения за счёт предварительного и сопутствующего подогрева. В настоящее время существует противоречивое мнение о необходимости подогрева при сварке закаливающихся сталей.

Предварительный подогрев сталей с высоким содержанием углерода, не содержащих карбидообразующие элементы, является эффективным способом устранения холодных трещин при сварке. Для сталей, содержащих карбидообразующие элементы, уменьшение скорости охлаждения имеет незначительное влияние на сопротивляемость трещинообразованию. Более эффективно, чем подогрев, действует последующая задержка скорости охлаждения сварного соединения при температурах ниже начала мартенситного превращения или последующий нагрев непосредственно после сварки. При температуре выдержки происходит релаксация мартенситных напряжений, что приводит к более равномерному и однородному распределению напряжений.

При сварке с подогревом снижается скорость охлаждения металла шва и зоны термического влияния, создавая благоприятные условия для удаления диффузионного водорода. Однако это не предотвращает возможность образования мартенситной структуры в зоне термического влияния. В работе Земзина В. Н. на основе производственных данных указывается, что при использовании электродных материалов аустенитного класса режим подогрева может быть смягчён, снижая его температуру на 150–200 °С по сравнению с применяемыми для однородных соединений. Имеются рекомендации, предусматривающие перед прихваткой и при сварке среднелегированных хромистых сталей аустенитными электродами применять температуру подогрева 200–300 °С. Кириличевым Н. В. предложено ограничить верхнюю границу температуры предварительного подогрева при сварке, исходя из условий ограничения неблагоприятного увеличения ширины твёрдой прослойки в околошовной зоне.

Следует отметить, что предварительная облицовка кромок стали 12МХ увеличивает стойкость зоны сплавления к трещинам больше, чем предварительный подогрев до оптимальных температур. Тем не менее, до настоящего времени в нормативно-технических инструкциях, применяемых в нефтехимическом машиностроении и аппаратостроении, при сварке стали 12МХ регламентируется обязательный подогрев.

1.7. Заключение

1. Вследствие склонности стали 12МХ к закалке, в процессе и после сварки возникают холодные трещины, вызванные остаточными напряжениями. В связи с этим для уменьшения остаточных напряжений необходима предварительная, сопутствующая и последующая термическая обработка аппаратов, которая вызывает опасность чрезмерных деформаций аппаратов, трудо- и энергоемка и не всегда возможна из-за отсутствия печей необходимых размеров.

2. Необходим поиск более производительных, чем термическая обработка и менее энергоемких технологий снятия остаточных напряжений при изготовлении аппаратов. Поэтому вибрационное снятие остаточных напряжений в процессе сварки следует считать перспективным направлением. Вибрационная обработка в процессе сварки позволяет в определенной мере управлять полем остаточных напряжений, увеличив при этом прочность и работоспособность элементов конструкции.

3. Внедрение вибрационной обработки в отрасль нефтяного машиностроения сдерживается целым комплексом неисследованных и нерешенных проблем и вопросов: влияние параметров вибрационной обработки в процессе сварки технологическую прочность и механические свойства; отсутствие необходимого оборудования и методики выбора параметров процесса вибрационной обработки.

Глава 2. Анализ влияния параметров вибрационной обработки на свойства металла сварных соединений типа 12МХ

Одной из основных причин преждевременных хрупких разрушений конструкций из сталей типа 12МХ в условиях изготовления, является наличие развитых закалённых участков (твёрдых прослоек) сварных соединений и высокий уровень остаточных напряжений в металле сварного соединения.

Применительно к рассматриваемым теплоустойчимвым перлитным сталям эта тенденция усугубляется:

• неблагоприятной реакцией металла на термодеформационный цикл сварки, который выражается в особенностях структурных и фазовых превращений при сварочном нагреве, приводящих к образованию зон с энергетически неравновесным состоянием;