СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ ТРУБ ИЗ СТАЛИ АУСТЕНИТНОГО КЛАССА

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ ТРУБ ИЗ СТАЛИ АУСТЕНИТНОГО КЛАССА


RU (11) 2294822 (13) C2

(51) МПК
B23K 9/167 (2006.01)
B23K 9/23 (2006.01)
B23K 31/02 (2006.01)
B23K 33/00 (2006.01)
B23K 101/06 (2006.01)
B23K 103/04 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.03.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004136114/02 
(22) Дата подачи заявки: 2004.12.09 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.12.09 
(43) Дата публикации заявки: 2006.05.20 
(45) Опубликовано: 2007.03.10 
(56) Аналоги изобретения: ШМЕЛЕВА И.А. и др. Дуговая сварка стальных трубных конструкций. - М.: Машиностроение, 1986, с.60-74. RU 2187091 С2, 10.08.2002. SU 1143554 А, 07.03.1985. US 3406444 А, 22.10.1968. Остаточные сварочные напряжения в зоне кольцевых сварных стыков трубопроводов из аустенитной стали. Автоматическая сварка. 1998, №11, с.32-39. 
(72) Имя изобретателя: Ковалев Сергей Минаевич (RU); Харахнин Сергей Николаевич (RU); Секач Ада Евгеньевна (RU); Фомин Николай Николаевич (RU); Гусев Николай Александрович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский государственный концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" Концерн "Росэнергоатом" (RU) 
(98) Адрес для переписки: 188540, Ленинградская обл., г. Сосновый Бор, Филиал концерна "Росэнергоатом" "Ленинградская атомная станция", главному инженеру О.Г. Черникову 

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ ТРУБ ИЗ СТАЛИ АУСТЕНИТНОГО КЛАССА

Изобретение относится к области сварки, а именно к способам автоматической аргонодуговой сварки труб из сталей аустенитного класса при изготовлении ответственных конструкций, например трубопроводов высокого давления, эксплуатирующихся на атомных станциях. Способ включает механическую подготовку поверхности зоны сварки, разделку кромок с выполнением уса шириной 3,0-3,5 мм и последующую многопроходную сварку неплавящимся электродом на постоянном токе прямой полярности с использованием присадочной проволоки. Разделку кромок осуществляют с выполнением уса толщиной 2,7-3,0 мм. Сварку первого прохода выполняют с погонной энергией 0,35-0,55 МДж/м на импульсном токе. Сварку второго прохода выполняют с погонной энергией 0,6-0,86 МДж/м на импульсном токе при поперечных колебаниях электрода. Сварку третьего и последующих проходов выполняют с погонной энергией 0,62-1,16 МДж/м стационарным током с поперечными колебаниями электрода. Это позволит повысить производительность сварочных работ и повысить качество сварного соединения за счет снижения склонности металла сварного соединения к межкристаллитному растрескиванию. 2 табл.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области сварки, в частности к способам сварки сталей аустенитного класса, и может найти применение при изготовлении ответственных конструкций, например трубопроводов высокого давления, эксплуатирующихся на атомных станциях.

Характерным эксплуатационным дефектом сварных стыков трубопроводов типа Ду=300 контура многократной принудительной циркуляции атомной станции являются межкристаллитные коррозионные трещины в околошовной зоне. В США проблемы межкристаллитной коррозии аустенитных сталей под напряжением привлекла пристальное внимание специалистов уже в 1974 г. и превратилась с тех пор в одну из наиболее важных проблем, связанных с эксплуатацией американских АЭС [Румянцев В.В. «Трубопроводы на АЭС: повышение их надежности и долговечности», Атомная техника за рубежом, 1993 г., №3, с.3-8]. Появление и развитие межкристаллитной коррозии под напряжением в околошовной зоне сварных стыков связывают с влиянием следующих факторов: склонность аустенитных сталей к сенсибилизации в процессе термического цикла сварки; присутствие коррозийной среды (кислородсодержащей реакторной воды); действие соответствующих напряжений; наличие условий для зарождения трещин (концентраторы, дефекты сварки и т.д.).

Один из способов снижения влияния перечисленных факторов заключается в уменьшении напряжения растяжения в зоне сварных швов, особенно остаточных сварочных напряжений, путем выбора соответствующих режимов и технологии сварки. Снижение погонной энергии сварки также способствует получению низких значений напряжений на внутренней поверхности за счет компенсирующего влияния усадки от последующих проходов [В.И.Махненко, В.М.Шекер, Г.Ф.Розынка, Н.И.Пивторан «Остаточные сварочные напряжения в зоне кольцевых сварных стыков трубопроводов из аустенитных сталей», Автоматическая сварка, 1998, №11 (548)].

Ближайшим аналогом заявленного технического решения является способ получения сварного соединения, включающий механическую подготовку зоны сварки, разделку кромок с выполнением горизонтальной площадки (уса) с углом скоса кромок 9?15°, шириной и толщиной горизонтальной площадки 3,0?3,5 мм, заполнение разделки в процессе многопроходной автоматической аргонодуговой сварки неплавящимся электродом с использованием присадочной проволоки [Шмелева И.А. и др. Дуговая сварка стальных трубных конструкций. - М.: Машиностроение, 1986 г., с.60-74].

Недостатком ближайшего аналога является невозможность получить качественное сварное соединение на трубопроводах большого диаметра из стали аустенитного класса.

Задача, решаемая изобретением, - повышение качества сварного соединения.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе автоматической аргонодуговой сварки труб из стали аустенитного класса, включающем механическую подготовку поверхности зоны сварки, разделку кромок с выполнением уса шириной 3,0?3,5 мм и последующую многопроходную сварку неплавящимся электродом на постоянном токе прямой полярности с использованием присадочной проволоки, предложено разделку кромок осуществлять с выполнением уса толщиной 2,7?3,0 мм, сварку первого прохода выполнять с погонной энергией 0,35?0,55 МДж/м на импульсном токе, сварку второго прохода выполнять с погонной энергией 0,6?0,86 МДж/м на импульсном токе при поперечных колебаниях электрода, а сварку третьего и последующих проходов выполнять с погонной энергией 0,62?1,16 МДж/м стационарным током с поперечными колебаниями электрода.

Выбор толщины уса 2,7?3,0 мм в сочетании с известной шириной уса 3,0?3,5 мм позволяет, с одной стороны, применить присадочную проволоку, не увеличивая погонную энергию сварки уже при выполнении первого прохода, с другой стороны, обеспечить полное проплавление уса. Применение присадочной проволоки и импульсного режима сварки в первом проходе при средней погонной энергии сварочной дуги 0,35?0,55 МДж/м позволяет, во-первых, повысить содержания ферритной фазы в корневом валике и улучшить его форму, во-вторых, снизить растягивающие сварочные напряжения в зоне термического влияния (ЗТВ) сварки. Улучшение формы корневого валика достигается за счет перераспределения соотношения факторов, ее определяющих, в пользу сил поверхностного натяжения. Повышение роли сил поверхностного натяжения позволяет при сварке вертикальных неповоротных стыков снизить усиление с внутренней стороны в нижнем положении, мениска в потолочном положении и исключить несплавления кромок на вертикальных участках. При сварке горизонтальных стыков удается снизить вероятность появления подрезов в корне шва. Снижение растягивающих сварочных напряжений в ЗТВ достигается за счет повышения пластических свойств металла шва. Указанные параметры сварки позволяют снизить угол скоса кромок до значений 8?10°, уменьшив тем самым массу наплавленного металла и общее время пребывания ЗТВ в области наименьшей стабильности аустенита. Снижение времени пребывания ЗТВ в области наименьшей стабильности аустенита достигается также за счет оптимального сочетания погонной энергии сварочной дуги в каждом проходе, количества проходов. Значение погонной энергии сварочной дуги определялось в соответствии с ГОСТ 13585 по формуле:

Дж/м

где I - сварочный ток, А;

U Д - напряжение дуги, В;

V - скорость сварки, м/с;

- эффективный кпд теплового действия дуги (для сварки в аргоне 0,65).

Выбор указанных значений погонной энергии сварочной дуги имеет следующий смысл. Нижнее значение погонной энергии сварочной дуги в первом проходе обусловлено необходимостью полного проплавления корня шва. Величина верхнего предела определяется необходимостью удержания сварочной ванны от вытекания. Во втором проходе увеличение погонной энергии сварочной дуги связано с поперечными колебаниями электрода и увеличением пути, совершаемого дугой в единицу времени. При этом нижняя граница погонной энергии сварочной дуги обусловлена условием перекрытия последовательно накладываемых соседних поперечных валиков. Верхняя граница определяется необходимостью удержания требуемой формы сварочной ванны и исключения прожога металла. Увеличение погонной энергии в третьем и последующих проходах связано с увеличением амплитуды поперечных колебаний электрода.

Способ сварки осуществляется следующим образом. Производят разделку кромок свариваемых труб с выполнением уса толщиной 2,7?3,0 мм и шириной 3,0?3,5 мм. Угол скоса кромок выбирают равным 8?10°. Собирают сварное соединение на прихватках посредством ручной аргодуговой сварки неплавящимся электродом на токе прямой полярности с использованием присадочной проволоки с заданным содержанием ферритной фазы. Устанавливают сварочный автомат на сварное соединение. Во внутреннюю полость подают защитный газ аргон с расходом 6?8 л/мин. Выполняют первый проход на импульсном токе прямой полярности с непрерывным или шаговым способом перемещения электрода и подачей присадочной проволоки в переднюю часть сварочной ванны. Значение средней погонной энергии сварочной дуги выбирают в диапазоне 0,35?0,55 МДж/м, при этом номинальное значение погонной энергии сварочной дуги при непрерывном способе перемещения должно быть ниже, чем при шаговом способе перемещения. Данное обстоятельство связано с сжатием температурного поля поперек оси сварного шва при непрерывном перемещении сварочной дуги, при шаговом способе перемещения электрода во время импульса тока электрод неподвижен и температурное поле имеет близкие к круговым изотермы на поверхности уса. Второй проход выполняют на импульсном токе с поперечными колебаниями электрода в разделке и задержкой дуги на кромках разделки. При задержке дуги на кромке скорость непрерывного движении электрода вдоль оси шва сохраняется неизменной. Значение средней погонной энергии сварки во втором проходе выбирают в диапазоне 0,6?0,86 МДж/м. Ток и время паузы дуги приходятся на момент поперечного перемещения электрода. Ток и время импульса дуги приходятся на момент движения электрода по кромке. Время прохождения дуги по кромке выбирается в диапазоне 0,35?0,51 с в зависимости от пространственного положения сварного соединения. Третий и последующий проходы выполняют на постоянном токе прямой полярности с поперечными колебаниями электрода в разделке с временем задержки дуги на кромках 0,2?0,7 с. Значение средней погонной энергии в третьем и последующем проходах выбирают в диапазоне 0,62?1,16 МДж/м. Указанный способ сварки был проверен на контрольных сварных соединениях и использован для ремонта дефектных стыковых сварных соединений трубопроводов Ду 300 из стали аустенитно-го класса 08Х18Н10Т энергоблока 4 Ленинградской АЭС. Конкретные режимы сварки неповоротных стыковых соединений трубопроводов Ду 300 приведены в таблицах 1 и 2. В таблице 1 приведены режимы автоматической аргонодуговой сварки вертикальных неповоротных стыковых соединений трубопроводов. В таблице 2 приведены режимы автоматической аргонодуговой сварки горизонтальных неповоротных стыковых соединений трубопроводов.

В результате использования предложенного способа сварки время на проведение сварочных работ было сокращено, а сенсибилизация металла ЗТВ термическим циклом сварки была снижена до приемлемого уровня, что обеспечило удовлетворительную стойкость металла сварных соединений к межкристаллитному коррозионному растрескиванию под напряжением в условиях эксплуатации АЭС.








ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ автоматической аргонодуговой сварки труб из стали аустенитного класса, включающий механическую подготовку поверхности зоны сварки, разделку кромок с выполнением уса шириной 3,0-3,5 мм и последующую многопроходную сварку неплавящимся электродом на постоянном токе прямой полярности с использованием присадочной проволоки, отличающийся тем, что разделку кромок осуществляют с выполнением уса толщиной 2,7-3,0 мм, сварку первого прохода выполняют с погонной энергией 0,35-0,55 МДж/м на импульсном токе, сварку второго прохода выполняют с погонной энергией 0,6-0,86 МДж/м на импульсном токе при поперечных колебаниях электрода, а сварку третьего и последующих проходов выполняют с погонной энергией 0,62-1,16 МДж/м стационарным током с поперечными колебаниями электрода.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Технология сварки и сварочное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+сварка -металлов".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сварка" будут найдены слова "газасварка", "электросварка" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("сварка!").



Рейтинг@Mail.ru