Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 [ 70 ] 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

Тепловая же свариваемость осложняется склонностью сварных соединений к образованию холодных трещин и разупрочнением свариваемого металла в зоне термического влияния сварки.

12.2.1. Сопротивляемость XT

Холодные трещины - хрупкие разрушения сварных соединений жаропрочных перлитных сталей, могут возникать в процессе сварки или непосредственно после ее окончания в результате образования метастабильных структур (троостита, мартенсита) в участках околошовной зоны, нагретых выше температуры Лсз вследствие дополнительного охрупчивания сварных соединений под влиянием водорода и действия «силового» фактора. Последний определяется величиной и характером сварочных напряжений. Суммирование напряжений, вызванных неравномерным нагревом и структурными превращениями, может привести к исчерпанию пластичности охрупченных участков сварного соединения и вызвать его разрушение.

Образование метастабильных закалочных структур в околошовной зоне определяется во многом системой легирования сталей. Так, в одних и тех же условиях сварки хромомолибденованадиевые стали в большей степени склонны к образованию холодных трещин по сравнению с хромомолибденовыми.

В связи с тем, что растворимость диффузионно подвижного водорода при нормальной температуре в низколегированных сталях мала, а между его концентрацией и равновесным парциальным давлением в газовой фазе существует квадратичная зависимость, водород способен создавать в несплошностях металла значительные давления, что может приводить к образованию микротрещин (флокенов) в охрупченных участках сварного соединения. Так, при температуре 20 °С и концентрации водорода в металле 5 мл/100 г давление его в несплошностях жаропрочной перлитной стали может достигать 0,0981 • 10 МПа (10 ат). При 200 °С давление водорода в несплошностях снижается примерно на три порядка [3]. В связи с этим для сварки рекомендуется использовать низководородные сварочные материалы (электроды с основным покрытием, осушенные защитные газы, прокаленные флюсы).

Действие «силового» фактора во многом определяется жесткостью сварной конструкции, которая связана с толщиной свариваемых элементов. Это обстоятельство также необходимо учитывать при выборе методов предотвращения образования холодных трещин.

Одним из наиболее надежных средств предотвращения возникновения холодных трещин является сопутствующий сварке

местный или общий подогрев изделия. Подогрев уменьшает разницу температур металла в зоне сварки и на периферийных участках, что снижает напряжения первого рода, вследствие чего пики этих напряжений в околошовных участках металла сглажив.аются. Подогрев также уменьшает скорость охлаждения металла, что предотвращает превращение аустенита в мартенсит, которое сопровождается резким увеличением удельного объема металла, вызывающим появление структурных напряжений.

Повышение температуры свариваемого металла способствует эвакуации водорода из сварного соединения в связи со значительным увеличением диффузионной подвижности водорода.

Кроме того, повышение температуры металла при любом его структурном состоянии увеличивает его пластичность, а следовательно, и деформационную способность. Повышение пластичности сварного соединения имеет такое же важное значение для предотвращения образования холодных трещин, как и снижение напряжений, поскольку трещины образуются в результате исчерпавия деформационной способности металла под действием напряжений.

При сварке теплоустойчивых сталей необходимо ограничивать не только нижний, но и верхний предел температур подогрева. Излишне высокие температуры подогрева приводят к распаду аустенита в высокотемпературной области с образованием грубой феррито-перлитной структуры, не обеспечивающей необходимую длительную прочность и ударную вязкость сварных соединений.

Поскольку перераспределение напряжений и структурные превращения могут происходить и после окончания сварки, в некоторых случаях необходимы дополнительные меры, предотвращающие образование холодных трещин в сварных соединениях. К ним, например, относится выдержка сварных соединений после окончания сварки при 150-200 °С в течение несколькиих часов для завершения превращения остаточного аустенита и эвакуации водорода.

12.2.2. Разупрочнение в зоне термического влияния

Применение в качестве термической обработки сталей нормализации (или закалки) с последующим отпуском осложняет их свариваемость в связи с возникновением в зонах термического влияния сварки участков разупрочнения, где металл был нагрет в интервале температур Асз - температура отпуска стали. Кратковременные прочностные свойства сварных соединений при этом снижаются по сравнению с основным металлом на 5-10 %, а длительная прочность может быть снижена на 20 %,

если стали упрочнялись закалкой, например для паропроводной стали 12Х1МФ. Степень разупрочнения зависит не только от режимов термической обработки стали, но и от параметров процесса сварки. Повышение погонной энергии процесса сварки вызывает большее разупрочнение свариваемой стали.

Мягкая разупрочненная прослойка в зоне термического влияния сварки может явиться причиной локальных разрушений жестких сварных соединений в процессе эксплуатации, особенно при изгибающих нагрузках.

Разупрочнение металла околошовной зоны могло бы быть устранено перекристаллизацией при применении вместо отпуска сварных соединений нормализации с отпуском. Однако высокотемпературная термическая обработка сварных соединений не может быть подобно отпуску осуществлена местно, так как это приводит к разупрочнению близлежащих участков металла, а объемная термическая обработка сварных конструкций ограничивается габаритными размерами печей и рядом других трудностей.

12.2.3. Изменение свойств в зоне сплавления при эксплуатации

При температурах эксплуатации 450-600 °С следует считаться с возможностью развития диффузионных процессов между основным металлом и металлом шва. В первую очередь это относится к углероду, который является одним из наиболее диффузионно подвижных элементов, входящих в состав металла. Миграциия углерода из стали в шов или наоборот может наблюдаться даже при небольшом различии в легировании их карбидообразующими элементами (например, стал 12Х1МФ - шов 10ХЗМ1БФ). Образование в процессе эксплуатации обез-углероженной (ферритной) прослойки по одну сторону линии сплавления и карбидной гряды по другую приводит к снижению длительной прочности и пластичности сварного соединения и, как следствие, к локальному (по зоне сплавления) разрушению.

В связи с этим сварочные материалы, предназначенные для сварки жаропрочных перлитных сталей, должны обеспечивать химический состав металла шва, близкий к химическому составу основного металла.

В отдельных случаях при необходимости отказаться от подогрева и термической обработки (отпуска) сварных соединений могут быть использованы сварочные материалы, обеспечивающие получение металла шва на никелевой основе (покрытые электроды ЦЛ-36, проволока для аргонодуговой сварки Св-08Н60Г8М7Т). Возможность применения этих сварочных материалов основана на том, что диффузионная подвижность