Во-первых, термическая деформация и эволюция микроструктуры толстостенных сварных стальных труб: Толстостенные сварные стальные трубы представляют собой высокотемпературный сплав на основе никеля, упрочненный осаждением, который трудно деформируется. По составу они схожи со сплавом ЭИ929 бывшего Советского Союза и обладают высоким уровнем упрочнения твердым раствором легирующих элементов и упрочнения осаждением γ'-фазы. Они обладают превосходной стойкостью к окислению, высокотемпературной коррозии, пределом текучести, пределом прочности и ползучести при высоких температурах. В основном они используются в средах с высокими температурами, сложными напряжениями и агрессивными средами, например, при производстве лопаток турбин для авиационных двигателей. Поскольку сплав имеет относительно узкий диапазон параметров горячей обработки, при использовании в качестве горячей ковки для лопаток турбин поковки подвержены дефектам, таким как структурная нестабильность и трещины, что приводит к высокому проценту брака. Поэтому изучение поведения сплава при термической деформации в различных условиях горячей деформации имеет большое значение для получения качественных поковок. На основе данных, полученных в ходе высокотемпературных испытаний на сжатие толстостенной сварной стальной трубы, исследователи проанализировали реологические характеристики сплава, установили определяющее уравнение для толстостенной сварной стальной трубы в диапазоне параметров горячей деформации и изучили влияние температуры деформации и скорости деформации на микроструктуру сплава. В качестве сырья для эксперимента использовались горячекатаные прутки толстостенных сварных стальных труб. Исходная структура в основном состоит из равноосных зерен с размером от 10 до 30 мкм. Из прутков изготавливаются цилиндрические образцы размером Φ8 мм × 12 мм. На обоих концах образцов делаются неглубокие канавки для хранения высокотемпературных смазочных материалов. Изотермические испытания на сжатие проводились на испытательной машине Gleeble-1500. Температуры деформации составляли 1090, 1120, 1150 и 1180 ℃, скорости деформации — 0,1, 1, 10 и 50 с⁻¹, а максимальная степень деформации — около 60%. В ходе эксперимента испытательная машина автоматически собирала и рассчитывала данные о ходе деформации, нагрузке, напряжении и деформации. После завершения деформации образец охлаждали водой, затем разрезали продольно, шлифовали, полировали и подвергали коррозии в растворе CuSO₄ (20 г) + H₂SO₄ (5 мл) + HCl (50 мл) + H₂O (100 мл). Микроструктуру сплава исследовали под металлографическим микроскопом. Результаты испытаний показали, что:
1. При деформации толстостенной сварной стальной трубы в различных условиях по мере увеличения деформации происходит реологическое разупрочнение. Причиной реологического разупрочнения является динамическая рекристаллизация сплава в процессе горячей деформации. По мере уменьшения скорости деформации уменьшаются как деформация, так и пиковое напряжение, при котором напряжение текучести достигает пикового значения.
2. Установлено определяющее уравнение для высокотемпературной деформации толстостенных сварных стальных труб. Расчетное значение уравнения хорошо согласуется с экспериментальным значением, а относительная погрешность составляет менее 8%, что указывает на точное описание реологического поведения сплава в процессе горячей деформации.
3. Температура деформации оказывает существенное влияние на микроструктуру толстостенной сварной стальной трубы. С повышением температуры динамическая рекристаллизация становится более интенсивной, размер зерен увеличивается, а однородность зернистой структуры повышается; с увеличением скорости деформации размер зерен сначала уменьшается, а затем увеличивается. При скорости деформации 1 с⁻¹ зернистая структура относительно мелкозернистая.
Во-вторых, горизонтальная сварка толстостенных труб из нержавеющей стали: трубы из нержавеющей стали представляют собой полые длинные стальные полосы, широко используемые в качестве трубопроводов для транспортировки жидкостей, таких как нефть, природный газ, вода, коксовый газ, пар и т. д. Трубы из нержавеющей стали легкие, если их прочность на изгиб и кручение одинакова. Они широко используются в производстве механических деталей и инженерных конструкций, а также часто применяются для производства различного обычного оружия, стволов орудий, снарядов и т. д. Для стальных труб, выдерживающих давление жидкости, требуются более толстые стенки, и необходимо проводить гидравлические испытания для проверки их устойчивости к давлению, а также отсутствия протечек, протечек или расширения под заданным давлением. Трубы из нержавеющей стали делятся на бесшовные и сварные. Бесшовные трубы из нержавеющей стали также называются бесшовными трубами из нержавеющей стали. Они изготавливаются из стальных слитков или сплошных труб путем перфорации для образования черновых труб, а затем подвергаются горячей, холодной прокатке или холодной вытяжке. Технические характеристики бесшовных стальных труб выражаются в миллиметрах: внешний диаметр × толщина стенки. Наиболее распространены трубы из нержавеющей стали 1Cr18Ni9Ti. В качестве примера рассмотрим трубу из нержавеющей стали 1Cr18Ni9Ti диаметром Ф159 мм × 12 мм и продемонстрируем способ ее горизонтальной сварки.
1. Анализ сварных швов:
① Горизонтальное стыковое соединение труб из нержавеющей стали Cr18Ni9Ti размером 159 мм × 12 мм в основном используется в оборудовании атомной энергетики и некоторых химических производствах, требующих термо- и кислотостойкости. Сварка сложна, и к сварному шву предъявляются очень высокие требования. Внутренняя поверхность должна быть сформирована, иметь умеренную выпуклость и не иметь вогнутостей. После сварки требуется контроль качества (PT и RT). В прошлом использовалась TIG-сварка или ручная дуговая сварка. Первый метод неэффективен и дорог, а второй трудно гарантировать и неэффективен. Для обеспечения и повышения эффективности для нижнего слоя используется TIG-сварка внутренней и внешней проволочной проволокой, а для заполняющего и покрывающего слоя — MAG-сварка, что гарантирует как эффективность, так и производительность.
②1Cr18Ni9Ti нержавеющая сталь имеет значительные различия в коэффициенте теплового расширения и теплопроводности по сравнению с углеродистой и низколегированной сталью, а расплавленная ванна обладает низкой текучестью и плохой формуемостью, особенно при сварке в полном положении. В прошлом сварка нержавеющей стали методом MAG (Ar+1%～2%O2) обычно использовалась только для сварки плоских поверхностей и плоских углов. В процессе сварки MAG длина выдвижения проволоки составляет менее 10 мм, амплитуда колебаний сварочной горелки, частота, скорость и время выдержки на кромке должным образом скоординированы, движения скоординированы, а угол наклона сварочной горелки регулируется в любое время, чтобы обеспечить аккуратное и красивое сплавление кромки сварного шва, гарантируя заполнение и покрытие.
2. Метод сварки:
Материал – 1Cr18Ni9Ti, спецификация трубы – Ф159 мм × 12 мм, для основания используется ручная дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа, для заполнения и покрытия – сварка в среде смешанного газа (CO2 + Ar), а также вертикальная и горизонтальная сварка в фиксированном положении.
3. Подготовка перед сваркой:
① Очистить от масла и грязи, отшлифовать поверхность канавки и окружающие ее 10 мм для придания металлического блеска.
② Проверьте, нет ли препятствий в водопроводе, электросетях и газопроводах, а также убедитесь, что оборудование и принадлежности находятся в исправном состоянии.
③ Соберите детали по размерам и используйте фиксацию ребер жесткости для позиционирующей сварки (фиксация ребер жесткости возможна в 2, 7 и 11 точках). Также можно использовать позиционирующую сварку в канавке, но следует соблюдать осторожность при позиционирующей сварке.
Дата публикации: 26 декабря 2024 г.