SU1738537A1

SU1738537A1 - Способ сварки стальных конструкций

Info

Publication number: SU1738537A1
Application number: SU4844791A
Authority: SU
Inventors: Игорь Васильевич Горынин; Юрий Леонидович Легостаев; Леонид Владимирович Грищенко; Олег Георгиевич Соколов; Вячеслав Васильевич Бусыгин; Виктор Андреевич Малышевский
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"
Priority date: 1990-05-16
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1992-06-07

Abstract

Использование: в конструкци х из фер- ритных сталей, работающих в услови х повышенного коррозионно-эрозионного износа, динамических и циклических нагрузок при низких температурах. Сущность изобретени : сварку выполн ют низколегированным ферритным материалом. Облицовочный шов аустенитным материалом. Аустенитна сталь облицовки имеет критическую температуру хрупкости Ткзо на 100- 120&deg;С ниже ферритной основы шва. Электрохимический потенциал облицовки по водороду на 400...500 мВ более электроположительный , чем свариваемой стали. Облицовка имеет следующий химический состав, мас.%: углерод 0,01...0,12; кремний 0,2..,2,2; марганец 1.0...2.3: хром 15.0...23,0; никель 9,0...26,0; молибден 0,1...7,0; ванадий 0,05...1,6; титан 0,10...0,35; азот 0,02..,0,20; железо - остальное. 2 табл. (Л С

Description

Изобретение относитс к сварке, а именно к сварке стальных конструкций, например корпусов судов ледового плавани и ледоколов, которые эксплуатируютс в услови х повышенного коррозионно-эрозионного износа от воздействи морской воды и содержащего песок льда, одновременно корпуса подвергаютс значительным динамическим и циклическим нагрузкам в сочетании с низкими (до -40-50°С) температурами , в результате чего возникает опасность хрупкого разрушени , особенно в зоне сварного шва.

Дл защиты от коррозии широко используют различные лакокрасочные и металлизационные покрыти . Однако опыт эксплуатации атомных ледоколов типа Сибирь и Таймыр показывает, что все покрыти , даже наилучшее известное финское Инерта-160, не выдерживают одной навигации при плавании в т желых зимних льдах Северного морского пути. В результате часть корпуса, лишенна защитных покрытий , подвергаетс усиленному коррозион- но-эрозионному износу.

Системы электрохимической защиты также недостаточно устойчивы в услови х ледового плавани и не гарантируют надежной защиты сварных швов.

XI

со

00

ел

СА VI

Известен и широко примен етс способ сварки корпусных конструкций низколегированными (ферритными) сварочными материалами . Сварочный материал, облада равной прочностью с основным металлом, имеет более низкий электрохимический потенциал по водороду. В результате при отсутствии надежной антикоррозионной защиты в услови х ледового плавани происходит повышенное , по сравнению с основным метал- лом, коррозионно-эрозионное разъедание металла шва. Это ведет к снижению конструктивной прочности корпуса, по влению концентраторов, повышающих опасность хрупкого разрушени при пониженных тем- пературах и большому объему дорогосто щих восстановительных работ, вывод щих суда из эксплуатации. Подбор ферритных сварочных материалов с близким к основному металлу электрохимическим потенциа- лом не дает должного эффекта. Это объ сн етс тем, что на практике при строительстве корпусов крупнотоннажных судов и ледоколов, имеющих большую прот женность сварных швов, невозможно подобрать партию сварочных материалов одного состава. Кроме того, ликваци легирующих элементов при кристаллизации шва приводит к разнице потенциалов между швом и основным металлом, когда шов ста- новитс протектором в электрохимической паре шов - основной металл. Применение более легированных ферритных сварочных материалов ограничено их меньшей сопротивл емостью хрупким разрушени м при пониженных температурах и худшей технологичностью при выполнении операций сварки.

Использование аустенитных сварочных материалов не обеспечивает равнопрочно- сти сварного шва основному металлу дл высокопрочных сталей, а также существенно удорожает конструкцию.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс способ дуговой сварки сталей, при котором сварка глубокоаустенитных сталей выполн етс в два сло , причем внешний слой наплавл етс коррозионно-стойкой сталью, а внутренний - ферритными (низколегированными ) сварочными материалами, что позвол ет избегать гор чих трещин при сварке глубокоаустенитных сталей.

Недостатком известного способа вл етс то, что он разработан применительно к сварке глубокоаустенитных сталей и непри- меним дл сварки конструкций из феррит- ной стали, работающих в услови х коррозионно-эрозионного износа, по причине отсутстви ограничений в величине разности электрохимического потенциала

между облицовкой и основным металлом, что определ етс химическим составом аус- тенитного сло . Кроме того, в известном способе не оговорена критическа температура хрупкости облицовочного сло , почему не гарантируетс в сварном соединении сопротивл емость хрупким разрушени м при пониженных температурах на уровне основного металла.

Целью изобретени вл етс повышение стойкости сварного шва против коррозионно-эрозионного износа и сопротивл емости сварной конструкции хрупким разрушени м при пониженных температурах.

Цель достигаетс тем, что ферритные швы дополнительно облицовываютс без нарушени сплошности сталью аустенитно- го класса с плавным перекрытием зоны термического вли ни . При этом аустенитна сталь имеет химический состав, мас.%: Углерод0,01-0,12

Кремний02-2,2

Марганец1,0-2,3

Хром15,0-21,0

Никель9,0-26,0

Молибден0,1-7,0

Ванадий0,05-1,6

Титан0,1-0,35

Азот0,02-0,20

ЖелезоОстальное

и электрохимический потенциал по водороду на 400-500 м В более электроположительный , чем свариваема ферритна сталь, причем критическа температура хрупкости Ткзо аустенитной наплавки на 100-120°С ниже, чем у ферритной основы шва.

Соотношение характеристик (электрохимического потенциала и Ткзо) определ етс в первую очередь химическим составом аустенитной наплавки. Превышение разницы электрохимических потенциалов наплавки и основного металла на большую величину приводит к по влению ножевой коррозии. Нижний уровень потенциала аустенитной наплавки определ етс химическим составом, гарантирующим отсутствие межкристаллитной коррозии, а также пассивностью аустенитной стали за счет создани защитной пленки.

Величина разности критических температур хрупкости Ткзо определена исход из необходимости обеспечени хладостойко- сти сварного шва на уровне основного металла .

Дл определени оптимального состава аустенитной проволоки облицовки и величины разницы в электрохимических потенциалах и критических температурах изготовлены стыковые пробы из судостроительной стали типа 10ХСНД. Шов выполн ли автоматической сваркой проволокой Св- 10ГН под флюсом 48АНК-54 с облицовкой аустенитной проволокой, химический состав которой приведен в табл. 1.

Из полученных сварных проб изготавливали образцы дл определени общей коррозии, причем соотношение площади аустенитной наплавки и основного металла выдерживали 1:100, что соответствует соотношению площадей швов и основного металла в составе корпуса. Образцы испытывали в среде синтетической морской воды , содержащей лед, при скорости вращени 450 об/мин. После испытаний в течение 1000 ч скорость коррозии, определенна по величине коррозионного износа образца, дл всех соединений находилась в пределах 0,54-0,59 мм/г, что близко к результатам , полученным на корпусе атомного ледокола Сибирь. На этих же образцах определ ли подверженность околошовной зоны ножевой коррозии и величину электрохимических потенциалов по водороду различных участков сварного соединени .

Из аустенитной облицовки швов изготовлены образцы дл определени склонности к межкристаллитной коррозии по методу АМУ.

Дл определени стойкости против хрупких разрушений при пониженных температурах из ферритной основы шва и аустенитной облицовки изготовили образцы на ударный изгиб (тип I), которые испытывали при понижающихс температурах дл определени критической температуры хрупкости Ткзо, Ткзо считаетс минимальна температура, ниже которой величина работы удара ниже 30 Дж. Разность критических температур, полученных дл ферритной основы и аустенитной облицовки, приведена в табл.2.

Дл оценки хл а достой кости сварных соединений изготовлены и испытаны образцы на двойное раст жение. Дл сравнени изготовлены и испытаны образцы из сварного соединени без облицовки и из основного металла.

Увеличение разности критических температур свыше 120°С не имеет практического смысла, так как в этом случае хладостойкость основного металла ниже.

При сохранении равнопрочности сварного соединени предлагаемый способ сварки обеспечивает повышенную сопротивл емость коррозионно-эрозионному износу и стойкость

против хрупкого разрушени при пониженных температурах.

Внедрение изобретени позволит получить значительный народно-хоз йственный эффект за счет снижени коррозионного износа сварных швов и продлени сроков межремонтной эксплуатации корпусов судов ледового плавани и ледоколов; повышени работоспособности и надежности при пониженных температуpax; за счет снижени трудоемкости ремонтных работ.

Предлагаемый способ сварки найдет широкое применение не только в судостроении , но и в различных отрасл х народного

хоз йства.

Claims

Формула изобретени

Способ сварки стальных конструкций, при котором используют низколегированные ферритные сварочные материалы, а с внешней подверженной воздействию коррозионной среды стороны шов наплавл ют аустенитными сварочными материалами, отличающийс тем, что, с целью повышени стойкости сварного шва против коррозионно-эрозионного износа и сопротивл емости хрупким разрушени м при низких температурах при сварке конструк- ций из ферритных сталей, дл облицовки примен ют аустенитную сталь следующего состава, мас.%:

Углерод0,01-0,12

Кремний0,2-2,2

Марганец1,0-2,3;

Хром15-23

Никель9-26

Молибден0,1-7,0

Ванадий0,05-1,6

Титан0,10-0,35

Азот0,02-0,20

ЖелезоОстальное

имеющую критическую температуру хрупкости Ткзо на 100-120°С ниже ферритной ос- новы шва и электрохимический потенциал по водороду на 400-500 мВ, более электроположительный , чем свариваема сталь .

Таблица 2