Введение к работе
Актуальность темы. Современное производство сварных конструкций представляет собой отрасль с очень' широкой номенклатурой применяемых конструкционных сталей и сплавов. Его основной особенностью является сочетание применения нових материалов, обладающих повышенными эксплуатационными свойствами, с наиболее эффективными и производительными способами сварки.
На юге Вьетнама в последние'года найдеш месторождения нефти п газа и началась их добыча. Вместе с развитием молодой нефтяной и газовой промышленности будет осуществлена широкая программа добычи, транспортировки п хранения нефти и газа. Большое значение придается расчету и изготовлению ответственных конструкций, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур. К этим конструкциям относятся транспортные,емкости, технологические и магистральные нефте- и газопроводы, изотермические резервуары /для хранения сниженного газового сырья и топлива/, которые целесообразно изготавливать из хладостойких сталей с содержанием никеля от 2 до 9%. Конструкции из стали 0Н9 /содержание никеля 9%/ /ТУ-І4-І2236-77/ хорошо раоотают при низких температурах /вплоть до -І62С/ под воздействием как статических, так и циклических нагрузок.
Как показывает опыт эксплуатации, выход из строя выше перечисленных конструкций может привести к большим экономическим потерям, а их разрушения - к авариям с тяжелыми и даже с катастрофическими последствиями. Поэтому качественное изготовление и расчет с учетом не только эксплуатационного иагружения, но и особенности технологии изготовления имеет важное значение в обеспечении надежности таких конструкций. Качество сварных соедине-'ний из хладостойких никелевых сталей в конструкциях в определяющей мере влияют на.надежность и работоспособность конструкций в целом, на расход металла, стоимость изготовления и монтажа конструкций.
В настоящее время сварка этих стале;1 в условиях монтажа осуществляется с помощью ручной дуговой сварки покрытыми электродами аустенитного класса. В СССР широкое применение нашли три марки таких электродов ОЗЛ-44, 03Л-25Б и ЭЛ-395/9. Основным недостатком при изготовлении электродов аустенитного класса является по-
вышенная склонность металла шва к образованию горячих трещин. Возникающие в процессе изготовления горячие микротрещины опасны тем, что они трудно обнаруживаются обычными методами дефектоскопии и при низких температурах являются инициаторами хрупких разрушений. С другой стороны, эти электроды, как правило, из-за большого содержания дефицитного никеля /25-70$/, очень дороги. Возможность применения более дешевых электродов при сварке никелевых сталей является важной задачей.
Основными факторами, определяющими сопротивляемость металла швшобразованию горячих трещин, являются темп внутренней деформации кристаллизующегося металла шва, температурный интервал хрупкости /ТИХ/ и пластичность металла шва в этом интервале. Внутренняя деформация металла шва, ТИХ и пластичность металла шва в основном, определяются химическим составом металла шва,' теплофизическими и механическими свойствами основного металла и металла шва, а также, величина этих факторов, в существенной мере зависит и от режима сварки. Важно отметить, что технологическая трещиностойкость металла шва при ручной дуговой сварке хладостойкой стали 0Н9 вышеперечисленными электродами еще не достаточно изучена.
Изложенное выше позволяет утверждать, что для повышения тех нологической трещиностойкости металла шва при сварке стали ОНЭ необходимо иметь сведения о термодеформационном цикле сварки, о температурном интервале хрупкости, о деформационной способности металла шва при изменении некоторых технологических условиях сварки, химического состава электродного металла и др." Эти иссле дования имеют и большое практическое значение, так как они позво ляю'I^ перейти к научно обоснованному выбору технологии сварки.
Настоящая работа посвящена комплексному исследованию влияния сварки на условия возникновения сварочных горячих трещин при изменении режима сварки и сварочных материалов.
Эта работа выполнялась в соответствии с комплексной темой
"Разработка и внедрение путей совершенствований сварных конструн
ций, снижающих металлоемкость и трудоемкость при изготовлении и
повышающих экономичность, надежность и долговечность при эксплуа
тации" сводного плана научно-исследовательских, прокетно-конст-
руктор^кйх и технологических работ по сварочной науке и технике
ГКНТ СССР на 1988...IS89rr. ..
к;
Цель и задачи диссертационное ..рщЗртк:
Целью настоящей работы является повышение технологической" трещиностойкости при сварко хладостойко!! никелевой стали 0Н9 на осново комплексного теоретического к экспериментального ко-следованіїн влияния некоторых технологических условий сварки на термодеформацношшй щит и образование горячих трещин при ручной дуговой сварко покрытыми электродами.
В связи с отим в работе оили поставлены следующие" ооіювішв задачи:
разработка алгоритма расчета длл определения високотемпературних деформаций металла ша в ТИХ. при однопроходной сварке пластин встык ; '
исследование кинетики развития высокотемпературных сварочных деформаций мзталла шва в условиях изменения режима сгарки, химического состава мотатла шва, гесткосгп заготовок и др. ;
экспериментальное определенно сопротивляемости металла ища образовании горячих трещин по методике ;.ЗГ/ їм.Э.А.Баумана /ГОиТ 25/389-94/ при сварке етапи 0Н9 различными марками электродов л при изменении некоторых технологических условий сзарки с целью выявления возможности примениния ркономнолегированннк электродов с меньшим содержанием никеля ;
исследование ллляния сварочных электродов а рвяииа овар-іш на изменение температурного интервала хрупкости ;
Научная новизна работы заключается в слецушем:
-
- Разработан алгоритм решения термопластической задачи методом коночных элементов применительно к сварке пластин встык /из однородных или разноклассных материалов/, составлены и реализованы на ЭВМ программа расчета сварочных високотемпературних деформаций ;
-
- Ло разработанному алгоритму расчетным путем определена величина внутренней деформации, учет которой при определении показателя сопротивляемости горячим трещинам в условиях изменения режима сварки илл термического никла сварки являетоя обязательным.
Практическое значение работы:
Расчетным путем исследована кипе гика развития внутренних деформации металла шва в зоне высоких температур ;
Изучено влияние режима сварки, химического состава ме-
таила оша и жесткости свариваемых элементов на величину внутренних деформации металла шва в ТИХ ;
- Экспериментальным путем определены показатели сопротивляе
мости металла шва горячим трещинам при сварке стали ОНЭ различ-
ними мг.ркамн алектродов и при изменении условий формирования
корня шва ; '
. - Получено снижение технологической трещиностойкости металла шла при повышении скорости сварки и при использовании технологической формирующей подкладки из меди.
Объем работ»: Диссертация состоит из г ведения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Она содержит 150 страниц машинного тєксіа, 34 страниц рисунков, 12 таблиц, 150 наименований литературы, II страниц приложения.
11а зэлшту выносятся:
алгоритм решения термопластической задачи по определению високотемпературних внутренних деформаций металла шва в температурном интервале хрупкости ;
результаты теоретических исследований термодеформашюнного цикла при сварке стали ОНЭ при изменении некоторых технологических условий сварки ;
результаты влияния релаша сварки, химического состава металла шва, жесткости пластины на конетшеу развития временных деформаций в ТИХ при сварке пластин из стали 0119 встык ;
результаты экспериментальных исследований технологической тре-щнностойкости металла шва при сварке стали ОНЭ различными марками электродов при изменении условия формирования корня шва и скорости сварки.