Управление параметрами кристаллической решётки металла сварных соединений, выполненных под водой

С. Ю. Максимов, Е. А. Прилипко, Е. Н. Бердникова, Т. А. Алексеенко, Е. В. Половецкий, Ю. А. Шепелюк

Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, ул. Казимира Малевича, 11, 03150 Киев, Украина

Получена: 27.08.2020; окончательный вариант - 11.12.2020. Скачать: PDF

Повышение качества сварных соединений, разработка и совершенствование электродуговых процессов и устройств требуют комплексного экспериментального и теоретического исследования. Одним из наиболее перспективных методов, которые обеспечивают необходимую прочность и пластичность металла соединения, является метод сварки во внешнем электромагнитном поле. Перемешивание сварочной ванны оказывает существенное влияние на процесс кристаллизации расплавленного металла, газообменные реакции и формирование структуры металла шва. Проведённые исследования подтвердили эффективность использования внешнего электромагнитного воздействия в условиях сварки под водой для повышения механических свойств металла шва. Для дальнейшего усовершенствования технологии механизированной подводной сварки были использованы методы математического моделирования, как наиболее рациональные для оптимизации экспериментальных исследований в условиях водной среды. Математические модели позволили учесть влияние на свойства сварного соединения как первичных факторов, а именно заданного тока и напряжения в сварочной цепи и индукторе, свойств материалов и условий протекания процесса, так и вторичных — формирования структуры металла шва и зоны термического влияния. Разработанный алгоритм позволяет упростить расчёты для оптимизации технологического процесса и повышения качества сварного изделия. С помощью разработанной программы на языке Delphi 7 проведены численные эксперименты по исследованию поведения жидкого металла в сварочной ванне в зависимости от параметров внешнего электромагнитного воздействия и режимов сварки. Металлографическими исследованиями сварных соединений, выполненных по штатной технологии и на оптимальных режимах внешнего электромагнитного воздействия, показано, что в металле участка перегрева сварного соединения, полученного без внешнего электромагнитного воздействия, наблюдаются самые большие градиенты для размера реечных структур верхнего бейнита и плотности дислокаций, что будет приводить к неравномерному распределению уровня механических свойств металла, повышению локальных внутренних напряжений и, соответственно, снижению его трещиностойкости. В металле участка перегрева сварного соединения, полученного с применением внешнего электромагнитного воздействия, наблюдается диспергирование структуры при общем снижении и равномерном (безградиентном) распределении плотности дислокаций в объёме структурных составляющих верхнего и нижнего бейнита, что обеспечивает прочность и трещиностойкость металла. Проведённые исследования подтвердили эффективность использования внешнего электромагнитного воздействия в условиях сварки под водой.

Ключевые слова: низколегированная сталь, сварка под водой, внешнее электромагнитное воздействие, сварные соединения, зона термического влияния, дислокационная структура, плотность дислокаций.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v43/i05/0713.html

PACS: 61.72.Ff, 61.72.Lk, 61.72.Mm, 64.70.dg, 81.20.Vj, 81.40.Wx

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

И. М.Савич, Н. Л.Карета, А. А.Гришанов, В. Н. Сладкова, Автоматическая сварка, № 5: 8 (1982).
Dariusz Fydrych, A. Swierczynska, G. Rogalski, and J. Labanowski, Advances Mater. Sci., 16, No. 4: 5 (2016). Crossref
P. J. Keenan, Thermal Insulation of Wet Shielded Metal Arc Welds (Thesis Master’s) (MA, Cambridge: Massachusetts Institute of Technology: 1993).
HongLiang Li, Duo Liu, YaoTian Yan, Ning Guo, YiBo Liu, and Jicai Feng, J. Manufacturing Processes, 31: 833 (2018). Crossref
Л. Н. Лариков, Залечивание дефектов в металлах (Киев: Наукова думка: 1980), с. 280.
Л. Н. Лариков, В. М. Фальченко, В. Ф. Мазанко, Докл. АН СССР, 221, № 5: 1073 (1975).
А. И. Олемской, В. Е. Панин, В. А. Петрунин, Изв. вузов. Физика, № 2: 20 (1986).
Х. К. Коттон, П. Х. Харт, С. Е. Грабе, Подводная сварка морских сооружений (Ленинград: Судостроение: 1983).
Р. Н. Рыжов, С. Ю. Максимов, В. Д. Кузнецов, Е. А. Прилипко, Вестник НТУУ «КПИ», № 48: 226 (2006).
Р. Н. Рыжов, С. Ю. Максимов, В. Д. Кузнецов, Е. А. Прилипко, Автоматическая сварка, № 6: 55 (2003).
Р. Н. Рыжов, С. Ю. Максимов, В. Д. Кузнецов, Е. А. Прилипко, Автоматическая сварка, № 11: 41 (2005).
А. И. Олемской, В. Е. Панин, В. А. Петрунин, Изв. вузов. Физика, № 2: 20 (1986).
В. Ф. Евдокимов, С. Ю. Максимов, Е. И. Петрушенко Е. А. Прилипко, Е. А. Рыбалкин, Электронное моделирование, 30, № 6: 3 (2008).
С. Ю. Максимов, Е. И. Петрушенко, Е. А. Прилипко, Е. А. Рыбалкин, Збірник наукових праць ІПМЕ ім. Г. Є. Пухова НАН України, 45: 60 (2008).
В. Ф. Евдокимов, А. В. Жильцов, С. Ю. Максимов, Е. И. Петрушенко, Е. А. Прилипко, Е. А. Рыбалкин, Збірник наукових праць ІПМЕ ім. Г. Є. Пухова НАН України. Моделювання та інформаційні технології, 51: 3 (2009).