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

21.2.3. Охрупчивание при эксплуатации

21.2.3.1. Высокотемпературное. В процессе длительной высокотемпературной эксплуатации происходит снижение предела длительной прочности и пластичности основного металла и сварных соединений. Однако интенсивность их снижения выше для металла шва и ЗТВ, особенно в условиях циклического высокотемпературного нагружения по следующим причинам:

изменение морфологии у-фазы в результате высокотемпературной деформации при сварке, приводящее к пластинчатой форме выделений т1-фазы с ромбической решеткой, некогерентной матрице;

преобразование первичных карбидов МеС во вторичные МееС и МегзСб, имеющие пластинчатую форму и выпадающие на границах;

образование оксидов МегО, способствующих диффузионному окислению сплавов по межзеренным границам [6]; разнозернистость металла в ЗТВ;

межзеренное проскальзывание в ЗТВ в процессе сварки, приводящее к зарождению трещин у включений и ступенек, образовавшихся при выходе дислокаций на границах.

Чем короче длительность высокотемпературного нагрева при сварке и меньше разница в сопротивлении деформированию металла шва, ЗТВ и основного металла, тем слабее развиваются указанные необратимые изменения, выше эксплуатационные свойства и свариваемость сплавов.

21.2.3.2. Под воздействием агрессивных сред охрупчивание металла вызывается преимущественно сульфидной и межкристаллитной коррозией. Сульфидная коррозия связана с образованием легкоплавких сульфидов никеля NiS (7пл = 810 °С) при наличии в газовом потоке сернистых соединений. Сульфиды имеют больший объем, что вызывает разрыхление металла и проникновение сульфидов по границам зерен, особенно сильное в восстановительных средах, где нет плотных окисных защитных пленок. Чем крупнее зерно в ЗТВ, чем больше напряжения и длительность высокотемпературного нагрева при сварке, тем ниже стойкость сварных соединений против газовой коррозии по отношению к основному металлу.

Межкристаллитная коррозия вызывается распадом твердого раствора при сварочном нагреве в интервале 550-750 °С и выпадением карбидов в результате диффузии С и Сг на границах зерен. В условиях контакта с электропроводной средой образуется многофазная система анод-катод, что приводит к растворению наиболее электроотрицательной фазы, располагающейся вдоль границ зерен. Подавлению склонности швов к межкристаллитной коррозии способствует легирование ниобием, исходя из соотношения Nb/C20 при работе соединений

ниже 550 °С и Nb/C40 при более высоких температурах длительной эксплуатации, ограничение содержания С не более 0,03-0,06 % и аустенитизация сварных соединений.

21.2.3.3. Радиационное. Под воздействием нейтронов, а-частиц в кристаллической решетке металлов образуются гелиево-водородная фаза, а также вакансии, .так как атомы твердого тела выбиваются из своих регулярных положений и переходят в междоузлия, что снижает пластичность. Высокотемпературные свойства под действием облучения изменяются по различным законам в зависимости от химического состава сплавов и его структуры. Наиболее сильно снижаются длительная прочность у дисперсионно-твердеющих сплавов (особенно для сварных швов), содержащих Со, N, В и др. Значительно меньшее влияние оказывает нейтронный поток на гомогенные сплавы, не склонные к дисперсионному твердению. Их свойства восстанавливаются после отжига при О.бГпл К.

Свариваемость облученного материала (что важно при разработке ремонтной технологии ядерного оборудования) также понижена в связи с повышенной склонностью к порообразованию, а также к образованию горячих трещин в ЗТВ по механизму гелиевой хрупкости. Выбор сварочных материалов и технологии должен быть направлен на снижение гетерогенности швов и концентрации высокотемпературных деформаций, влияющих не только на появление горячих трещин, но и на длительную прочность сварных соединений.

21.3. Технология сварки и свойства соединений

21.3.1. Выбор сварочных материалов

При выборе сварочных материалов необходимо предотвратить горячие трещины в шве и ЗТВ, трещины при термообработке, а также обеспечить равную жаропрочность сварных соединений и основного металла. При сварке гомогенных сплавов применяют присадочные проволоки, близкие по химическому составу к основному. Отличия состоят в увеличении доли элементов, повышающих энергию активации процессов диффузии (Мо, W, Мп), и в уменьшении упрочняющих добавок (Ti, Ai) [7].

Типовые составы присадочных материалов приведены в табл. 21.5.

При сварке гетерогенных сплавов с большим содержанием Ti и А1 применяют присадочные проволоки, в которых часть титана заменена ниобием.

ТИПОВЫЕ СОСТАВЫ

Содержание

21.3.2. Выбор режимов сварки

При сварке плавлением гомогенных сплавов главная проблема выбора режимов - сохранение жаропрочных свойств сплавов в зоне сварки, а при сварке гетерогенных сплавов - предотвращение трещин при послесварочной термообработке.

Наиболее общий принцип выбора режимов - максимально возможное сокращение времени высокотемпературного нагрева, увеличение скорости охлаждения и уменьшение размеров сварочной ванны [8], снижение сварочных напряжений. Указанные требования выполняются при сварке наиболее концентрированным источником энергии - лазерным или электронным лучом на скорости 50 м/ч.

Выбор режимов сварки давлением обусловлен более высокой жаропрочностью сплавов и электросопротивлением. Поэтому с увеличением доли легирующих элементов давление на электродах увеличивают, а силу тока снижают. Чтобы уменьшить перегрев, электроды и изделие помещают в воду или омывают струями воды. Перед сваркой поверхности деталей тщательно зачищают или обезжиривают травлением.

Сплавы с большим содержанием 2 (Ti-f А1) >4 % являются плохосвариваемыми. Такие сплавы рекомендуют соединять диффузионной сваркой и пайкой [4].

Выбор режимов послесварочной термообработки. Для гомогенных сплавов рекомендуется аустеиитизация сварных узлов при температуре 1050-1200 °С, которая приводит к растворению избыточных фаз, а также к снятию сварочных напряжений, что повышает работоспособность сварных соединений в коррозионных средах (табл. 21.6.).

При сварке гетерогенных дисперсионно-упрочняемых сплавов послесварочная термообработка включает аустенизацию и стабилизирующий отжиг. Более эффективна двукратная обработка, которая формирует глобулярную структуру карбидов и у-фазы по границам. Последующее двухступенчатое старение при 900 °С, 8 ч и при 850 °С, 15 ч приводит к выделению