Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И МИКРОСТРУКТУРЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ СТАЛИ 12Х18Н10Т, ВЫПОЛНЕННЫХ ПО РАЗЛИЧНЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ СХЕМАМ

Ильященко Д.П. 1
1 Юргинский технологический институт филиал ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Хромоникелевые аустенитные стали обладают исключительно ценными свойствами и, прежде всего очень высокой химической стойкостью в наиболее агрессивных средах. Они сочетают достаточную прочность и чрезвычайно высокую пластичность в широком диапазоне температур. К сварным швам аустенитных сталей, в зависимости от состава, свойств стали и специфических условий работы конструкций, предъявляются дополнительные требования помимо обычных для сварки требований прочности, пластичности, отсутствия трещин и пор. В работе рассмотрено влияние современных технологий (типа источника питания, защитного покрытия) на химический состав и микроструктуру сварных соединений из стали 12Х18Н10Т. Установлено, что использование современных технологий при ручной дуговой сварке покрытыми электродами увеличивает коэффициент перехода легирующих элементов и снижает протяженность зоны термического влияния сварного шва.
дуговая сварка
тип источника питания
защитные покрытия
микроструктура
покрытые электроды
химический состав
1. Ильященко Д.П. Влияние энергетических характеристик инверторного источника питания на химический состав и микроструктуру сварного шва из стали 12Х18Н10Т // Научно-технический вестник Поволжья. – 2013 – №. 4. – C. 178–180.
2. Кусков В.Н., Мамадалиев Р.А., Обухов A.Г. Переход легирующих элементов в наплавленный металл при сварке стали 12Х18Н10Т // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 11 (9). – С. 1794–1797.
3. Сабиров, И.Р. Применение функциональных покрытий при дуговой сварке плавящимся электродом / И.Р. Сабиров, Е.А. Зернин, Д.П. Ильященко // Новые промышленные технологии. – №1. – 2009. – С. 7–8.
4. Пат. 2297311 (РФ). В23К 35/36., Состав покрытия для защиты поверхности свариваемого изделия от налипания брызг расплавленного металла при дуговой сварке плавлением [Текст] / СБ. Сапожков, Е.А. Зернин, Д.П. Ильященко; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Томский политехнический университет». Заяв. 09.03.06; опубл. 20.04.2007. Бюл. №11.
5. Iljyashchenko D.P., Chinakhov D.A., Gotovshchik Y.M. Investigating the influence of the power supply type upon the properties of the weld joints under manual arc welding // Advanced Materials Research. – 2014 – Vol. 1040. – p. 837–844.
6. Ilyaschenko D.P. Тhermal Imaging Investigations of Temperature Fields on the Surface of parts being Welded Item during Manual Arc Welding with Coated Electrodes/ D.P. Ilyaschenko, D.A. Chinakhov // Russian journal of nondestructive testing, 2011, vol. 47, No11, pp.724–729

Хромоникелевые аустенитные стали обладают исключительно ценными свойствами и, прежде всего очень высокой химической стойкостью в наиболее агрессивных средах. Они сочетают достаточную прочность и чрезвычайно высокую пластичность в широком диапазоне температур. К сварным швам аустенитных сталей, в зависимости от состава, свойств стали и специфических условий работы конструкций, предъявляются дополнительные требования, помимо обычных для сварки требований прочности, пластичности, отсутствия трещин и пор [1].

В последнее время все более активно на рынок сварочных материалов и оборудования выходят новые технологии, которые воплощаются в виде:

  • инверторных источников питания, применение которых позволяет уменьшить тепловложение в сварное соединение [2];
  • защитных покрытий, позволяющих снизить набрызгивание на свариваемые поверхности [3].

Для проведения комплексного исследования были заварены образцы пластины (соединение C7 по ГОСТ 5264-80) толщиной 3 мм из стали 12Х18Н10Т, электродами марки ЦЛ 11 типа 08Х20Н9Г2Б (d = 3 мм), сварочный ток I = 70-80 А.

Схема 1 – источник питания ВД-306.

Схема 2 – источник питания ВД-306 + на поверхность сварного соединения наносили защитное покрытие [4].

Схема3 – источник питания Nebula 315.

Анализ экспериментальных данных химического состава сварного шва (ГОСТ 18895-97 [3]) показал (таблица), что тип источника питания оказывает влияние на химический состав сварного шва. Это связано с тем, что Nebula 315 ограничивает ток короткого замыкания [5], тем самым происходит меньшее выгорание легирующих элементов [6].

Химический состав сварного шва выполненного из образцов из стали 12Х18Н10Т электродами марки ЦЛ 11 типа 08Х20Н9Г2Б

Тип источника питания

Химический состав, %

C

Si

Mn

S

P

Сr

Ni

Nb

ВД-306 (схема 1)

0,12

0,80

1,04

0,008

0,018

18,08

9,23

0,70

ВД-306 (схема 2)

0,12

0,75

1,04

0,008

0,019

18,86

8,21

0,7

Nebula-315 (схема 3)

0,12

0,82

1,23

0,008

0,018

18,45

10,01

0,70

ВДМ-1601У

 

0,56

1,54

   

18,4

7,22

2,24

TIG 160 HF

 

0,60

1,67

   

18,46

7,55

2,36

Исследование полученных макро- и микроструктур проводили методом оптической металлографии на микроскопе Neophot-21 с записью изображений при помощи цифровой камеры Genius VileaCam. При изготовлении шлифов использовались механическая шлифовка, механическая полировка на алмазной пасте АСМ 10/7 НВЛ и химическое травление в «царской водке» (40 % HCl + 40 % HNO3 + 10 % C2H5OH).

На рис. 1 видно, что макроизображения сварных соединений (´ 40) мало отличаются друг от друга. На них хорошо выделяются: зоны наплавленного металла и широкие зоны термического влияния. Посредине валиков проплавление на всех трех схемах произошло насквозь. Основной металл между валиками выклинивается. Здесь структура его подверглась термическому преобразованию.

ilyas1.tif

Рис. 1. Общий вид сварных соединений: а – схема 1; б – схема 2; в – схема 3

Структура основного металла в местах, удаленных от сварного шва на 15…20 мм, соответствует типичной структуре горячекатаной стали 12Х18Н10Т (рис. 2). Схема сварки, естественно, не оказала на нее влияние. Структура представлена полиэдрическими сдвойникованными аустенитными зернами, характерные размеры которых не превышают 25 мкм.

ilyas2.tif

Рис. 2. Микроструктура основного металла: а – схема 1, б – схема 2, в – схема 3

Структура наплавленного металла также во всех схемах дендритная (рис. 3). Вблизи границы сплавления дендриты ориентированы нормально к ней, а в глубине наплавленного металла расположены беспорядочно. Ориентированные дендриты могут достигать в длину 200 мкм (рис. 3в). Неупорядоченные дендриты имеют меньшую длину, но у них более развитая морфология границ. В целом структура наплавленного металла характерна для литого состояния стали 12Х18Н10Т. Дефекты типов: раковины, несплошности, трещины, крупные поры и крупные неметаллические включения – в наплавленном на всех трех схемах металле не обнаружены.

В зонах термического влияния произошел сильный рост зерен. На рис. 4 видно, что аустенитные зерна в зоне термического влияния полэдрические сдвойникованные. Их размеры могут превышать 150 мкм. Ширина зоны термического влияния зависит от места расположения относительно валиков наплавленного металла.

ilyas3.tif

Рис. 3. Структура наплавленного металла: а – схема 1; б – схема 2; в – схема 3

Если ширина валиков наплавленного металла различна (схема 1), то в месте выклинивания основного металла и под более широким валиком зона термического влияния охватывает всю толщину свариваемых листов (рис. 5).

ilyas4.tif

Рис. 4. Микроструктура зон термического влияния

ilyas5.tif

Рис. 5. Зона термического влияния под валиком наплавленного металла (схема 1)

Если валики наложены симметрично с обеих сторон, то зона термического влияния у обеих поверхностей свариваемых листов одинакова. По мере углубления в свариваемый материал она расширяется и достигает максимума на оси. В образце, сваренном по схеме 1, у поверхности вблизи широкого валика она составляет 250 мкм (рис. 6а) и далее расширяется до 3000 мкм, как указано выше (рис. 5).

В образце, сваренном по схеме 2, вблизи поверхности ширина зоны термического 130…180 мкм (рис. 6б). В самой широкой части на оси свариваемого листа она достигает 500…1000 мкм.

Наименьшая ширина зоны термического влияния зафиксирована вблизи поверхности листов, сваренных по схеме 3. Она составляет 75 мкм (рис. 6в). В этом образце и на оси свариваемого листа ширина этой зоны < 1000 мкм (рис. 7).

Во всех соединениях переход от зоны термического влияния к основному металлу происходит плавно без резких границ (см. рис. 6, 7).

а б в

ilyas6.tif

Рис. 6. Минимальная ширина зоны термического влияния в соединении: а – схема 1; б – схема 2; в – схема 3

ilyas7.tif

Рис. 7. Максимальная ширина зоны термического влияния в соединении, схема 3

Заключение

Сварные соединения, выполненные по всем исследованным схемам, с точки зрения микро- и макроструктуры являются качественными. В них отсутствуют сварочные дефекты, наплавленный металл имеет сравнительно мелкодисперсную дендритную структуру, а зона термического влияния плавно без резких границ переходит к основному металлу. Наименьшая ширина зоны термического влияния зафиксирована в соединении, выполненном по схеме 3, а наибольшая – в соединении, выполненном по схеме 1.


Библиографическая ссылка

Ильященко Д.П. ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И МИКРОСТРУКТУРЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ СТАЛИ 12Х18Н10Т, ВЫПОЛНЕННЫХ ПО РАЗЛИЧНЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ СХЕМАМ // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 2. – С. 73-76;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=34889 (дата обращения: 27.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074