Реферат: Влияние ультразвуковой ударной обработки на  механические свойства сварных соединений труб

Влияние ультразвуковой ударной обработки на  механические свойства сварных соединений труб


Сидоров М.М., Голиков Н.И.

Россия, г. Якутск


Термодеформационный цикл сварки оказывает интенсивные воздействия на структуру и напряженно-деформированное состояние металла конструкции – возможно появление технологических и конструкционных концентраторов напряжений (поры, шлаковые включения, усиление шва и т.п.), выявить и устранить которых часто невозможно. Это обуславливает более интенсивное накопление поврежденности в зоне сварного соединения [1], и как следствие, около 80% разрушений сварных оболочных конструкций происходит в зоне сварных соединений [2].

Также известно, что в процессе длительной эксплуатации в металле имеют структурные изменения, и как следствие, уменьшение пластичности и изменение соответствующих характеристик. Одним из характеристик определяющих надежность материала, его способность сопротивляться хрупкому разрушению является ударная вязкость.

Поэтому для повышения технологических и эксплуатационных прочностей сварных конструкций может быть достигнуто путем разработки мероприятий, направленных на изменение остаточного напряженного состояния и физико-механических свойств сварных соединений.

Наименее изученным из известных методов представляется метод ультразвуковой ударной обработки (УУО) как с точки зрения механизма самого явления, так и технологии его применения. Преимущество этого метода в том, что он совмещает поверхностное упрочнение пластической деформацией при циклических ударах и изменяет общее объемное напряженное состояние в результате воздействия ультразвуковых колебаний [3].

В настоящей работе проведено исследование, изменения ударной вязкости сварного соединения стыков труб изготовленных стали марки 09Г2С после термической и ультразвуковой ударной обработки.

Для исследований было подготовлено сварное соединение стыка труб диаметром 530 мм, толщиной стенки 7 мм, полученный ручной дуговой сваркой в 3 слоя обратном ступенчатым методом с перекрытием начала и конца сварки 10-20 мм электродами класса прочности Э50А.

Кольцевой стык был разрезан на фрагменты, один из которых подвергали высокому отпуску с нагревом до температуры 6500С с последующей выдержкой 1 час и медленному остыванию в печи.

В зависимости от температуры отпуск сталей может быть высоким (500-7500С), средним (300-4500С) и низким (90-3000С). Высокий отпуск позволяет снимать остаточные напряжения, улучшить структуры и свойства шва и зоны термического влияния, снимать наклеп, вызванный пластическим деформированием при сварке и формообразования заготовок, а также устранять эффект деформационного старения [4].

Второй фрагмент подвергали ультразвуковой ударной обработке. Обработку производили с помощью ультразвукового технологического комплекса, который состоит из ультразвукового генератора (УЗГТ 0,5/27) и технологической оснастки типа «Шмель» с внутренней стороны околошовной зоны сварного шва длиной 200 мм на расстоянии от шва до 20 мм. Режим обработки: мощность 420 Вт, частотой 25КГц, продолжительность обработки до 3 минут.

После обработки с каждого фрагмента и с самого материала без обработки по ГОСТ 6996-66 были изготовлены образцы для испытания на ударную вязкость с концентратором вида U для температур +200С, -400С, -600С из зоны металла шва и зоны околошовной. Результаты механических испытаний приведены на рисунке 1 и 2. Образцы изготовлены по чертежу 5, тип VII. Надрезы расположены по металлу шва (по черт.9) и в различных участках околошовной зоны на расстоянии t от границы сплавления (черт.12, ГОСТ 6996-66). Ниже предоставлены результаты испытания в виде графиков.



Рис.1. График зависимости ударной вязкости от температуры образцов с надрезом в околошовной зоне.





Рис.2. График зависимости ударной вязкости от температуры образцов с надрезом по металлу шва.


По результатам испытаний образцов с концентратором вида U изготовленных из фрагмента без обработки среднее значение ударной вязкости (ан) с надрезом в околошовной зоне при температуре (+200C) – 342 Дж/см2, (-400С) – 230 Дж/см2 , (-600С) - 199 Дж/см2 . Для металла шва при температуре (+200C) – 186 Дж/см2, (-400С) – 122 Дж/см2, (-600С) - 198 Дж/см2.

Для образцов изготовленных из фрагмента подвергшейся термической обработке среднее значение ударной вязкости (ан) с надрезом в околошовной зоне при температуре (+200C) – 342 Дж/см2, (-400С) – 316 Дж/см2 , (-600С) - 276 Дж/см2 . Для металла шва при температуре (+200C) – 198 Дж/см2, (-400С) – 222 Дж/см2, (-600С) - 171 Дж/см2.

Для образцов изготовленных из фрагмента подвергшейся ультразвуковой ударной обработке среднее значение ударной вязкости (ан) с надрезом в околошовной зоне при температуре (+200C) – 315 Дж/см2, (-400С) – 281 Дж/см2 , (-600С) - 259 Дж/см2 . Для металла шва при температуре (+200C) – 193 Дж/см2, (-200С) – 200 Дж/см2, (-600С) - 217 Дж/см2.

Исследования показали, что после термической обработки ударная вязкость околошовной зоны (ОШЗ), при отрицательных температурах, среднем увеличилась на 82 Дж/см2, что составляет 37%, а металла шва в среднем – 36 Дж/см2, что составляет 23%. После ультразвуковой ударной обработки увеличение ударной вязкости ОШЗ – 55 Дж/см2 (24%), металла шва – 48 Дж/см2 (30%).

В целом показано, что ультразвуковая ударная обработка позволяет повысить значения ударной вязкости при отрицательных температурах металла шва и околошовной зоны сварных соединений стыков труб изготовленных из стали марки 09Г2С.


Литература

Технические средства диагностирования. Справочник/ В.В. Клюев, П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др./ под общей редакцией В.В. Клюева, М.: Машиностроение, 1989 – 672 с.

Трубы для магистральных трубопроводов/ М.П. Анучкин, В.Н. Горицкий, Б.И. Мироненко, М.: Недра, 1986 - 231 с.

Применение метода ультразвуковой ударной обработки для сварных соединений конструкционных сталей. О.Н. Нехорошков, В.П. Першин, Б.С. Семухин, Вестник ТГАСУ, 2006. - №2.

Энергосберегающие технологии снижения остаточных напряжений в сварных конструкциях/ Г.И. Лащенко, Сварщик России, 2006 - №1, с.15