Способ сварки стальных конструкций

(5 23 К 9/23, 35 Т И ЗОБ САНИ ИДЕТЕЛ ЬСТВУ К АВТОРСКОМ(71) Центральныский институт КЬН. П. Техн остроени В., Курцевалова и судов. - Л.: С Л,С .:С пыт е понское навильдах ьтате окры- зионщиты овиях адежГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР кий Е, Я, Электрохимическая оррозии. - М.: Металлургия,Дрейзеншток 3. В., Лушков М,вочник сварщика судостроителя - Лстроение, 1977.Авторское свидетельство СССРМ 712210, кл. В 23 К 9/23, 18.11.77 Изобретение относится к сварке, а именно к сварке стальных конструкций, например корпусов судов ледового плавания и ледоколов, которые эксплуатируются в условиях повышенного коррозионно-эрозионного износа от воздействия морской воды и содержащего песок льда, одновременно корпуса подвергаются значительным динамическим и циклическим нагрузкам в сочетании с низкими (до - 40 - 50 С) температурами, в результате чего возникает опасность хрупкогоразрушения, особенно в зоне сварного шва.Для защиты от коррозии широко используют различные лакокрасочные и ме(54) СПОСОБ СВАРКИ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ(57) Использование: в конструкциях иэ ферритных сталей, работающих в условиях повышенного коррозионно-эрозионного износа, динамических и циклических нагрузок при низких температурах, Сущность изобретения: сварку выполняют низколегированным ферритным материалом. Облицовочный шов аустенитным материалом.Аустенитная сталь облицовки имеет критическую температуру хрупкости Ткзо на 100- 120 С ниже ферритной основы шва, Электрохимический потенциал облицовки по водороду на 400500 мВ более электро- положительный, чем свариваемой стали.Облицовка имеет следующий химический состав, мас,0/О; углерод 0,010,12; кремний 0,22,2; марганец 1,02,3; хром 15,023,0; (Я никель 9,026,0; молибден 0,17,0; вана- С- дий 0,051,6; титан 0,100,35; азот 0,02,0,20; железо - остальное. 2 табл,таллизационные покрытия. Однако эксплуатации атомных ледоколов типа бирь" и "Таймыр" показывает, что вс крытия, даже наилучшее известное фи "Инерта - 160", не выдерживают одной гации при плавании втяжелых зимних Северного морского пути. В резул часть корпуса, лишенная защитных и тий, подвергается усиленному корро но-эрозионному износу. Системы электрохимической также недостаточно устойчивы в у ледового плавания и не гарантирую ной защиты сварных швов.Известен и широко применяется способ сварки корпусных конструкций низколегированными (ферритными) сварочными материалами. Сварочный материал, обладая равной прочностью с основным металлом, имеет более низкий электрохимический потенциал по водороду. В результате при отсутствии надежной антикоррозионной защиты в условиях ледового плавания происходит повышенное, по сравнению с основным металлом, коррозионно-эрозионное разъедание металла шва. Это ведет к снижению конструктивной прочности корпуса, появлению концентраторов, повышающих опасность хрупкого разрушения при пониженных температурах и большому объему дорогостоящих восстановительных работ, выводящих суда из эксплуатации, Подбор ферритных сварочных материалов с близким к основному металлу электрохимическим потенциалом не дает должного эффекта. Это объясняется тем, что на практике при строительстве корпусов крупнотоннажных судов и ледоколов, имеющих большую протяженность сварных швов, невозможно подобрать партию сварочных материалов одного состава, Кроме того, ликвация легирующих элементов при кристаллизации шва приводит к разнице потенциалов между швом и основным металлом, когда шов становится протектором в электрохимической паре шов - основной металл. Применение более легированных ферритных сварочных материалов ограничено их меньшей сопротивляемостью хрупким разрушениям при пониженных температурах и худшей технологичностью при выполнении операций сварки.Использование аустенитных сварочных материалов не обеспечивает равнопрочности сварного шва основному металлу для высокопрочных сталей, а также существенно удорожает конструкцию,Наиболее близким к предлагаемому является способ дуговой сварки сталей, при котором сварка глубокоаустенитных сталей выполняется в два слоя, причем внешний слой наплавляется коррозионно-стойкой сталью, а внутренний - ферритными (низко- легированными) сварочными материалами, что позволяет избегать горячих трещин при сварке глубокоаустенитных сталей.Недостатком известного способа является то, что он разработан применительно к сварке глубокоаустенитных сталей и неприменим для сварки конструкций из ферритной стали, работающих в условиях коррозионно-эрозионного износа, по причине отсутствия ограничений в величине разности электрохимического потенциала между облицовкой и основным металлом,что определяется химическим составом аустенитного слоя. Кроме того, в известномспособе не оговорена критическая темпера 5 тура хрупкости облицовочного слоя, почемуне гарантируется в сварном соединении сопротивляемость хрупким разрушениям припониженных температурах на уровне основного металла,10 Целью изобретения является повышение стойкости сварного шва противкоррозионно-эрозионного износа и сопротивляемости сварной конструкциихрупким разрушениям при пониженных15 температурах,Цель достигается тем, что ферритныешвы дополнительно облицовываются безнарушения сплошности сталью аустенитного класса с плавным перекрытием зоны тер 20 мического влияния. При этом аустенитнаясталь имеет химический состав, мас, :Углерод 0,01 - 0,12Кремний 0.2-2,2Марганец 1,0 - 2,325 Хром 15,0 - 21,0Никель 9,0. - 26,0Молибден 0,1-7,0Ванадий 0,05 - 1,6Титан 0,1 - 0,3530 Азот 0,02 - 0,20Железо Остальноеи электрохимический потенциал по водороду на 400 - 500 м В более электроположител ьный, чем свариваемая ферритная сталь,35 причем критическая температура хрупкостиТкзо аустенитной наплавки на 100-120 Сниже, чем у ферритной основы шва.Соотношение характеристик (электрохимического потенциала и Ткзо) определяет 40 ся в первую очередь химическим составомаустенитной наплавки. Превышение разницы электрохимических потенциалов наплавки и .основного металла на большуювеличину приводит к появлению "ножевой"45 коррозии. Нижний уровень потенциала аустенитной наплавки определяется химическим составом, гарантирующим отсутствиемежкристаллитной коррозии, а также пассивностью аустенитной стали за счет созда 50 ния защитной пленки.Величина разности критических температур хрупкости Ткзо определена исходя изнеобходимости обеспечения хладостойкости сварного шва на уровне основного ме 55 талла.Для определения оптимального состава аустенитной проволоки облицовки и величины разницы в злектрохимическихпотенциалах и критических температурахизготовлены стыковые пробы из судострои1738537 55 тельной стали типа 10 ХСНД. Шов выполняли автоматической сваркой проволокой Сев 10 ГН под флюсом 48 АНК - 54 с облицовкой аустенитной проволокой, химический состав которой приведен в табл, 1.Из полученных сварных проб изготавливали образцы для определения общей коррозии, причем соотношение площади аустенитной наплавки и основного металла выдерживали 1:100, что соответствует соотношению площадей швов и основного металла в составе корпуса. Образцы испытывали в среде синтетической морской воды, содержащей лед, при скорости вращения 450 об/мин. После испытаний в течение 1000 ч скорость коррозии, определенная по величине коррозионного износа образца, для всех соединений находилась в пределах 0,54 - 0,59 мм/г, что близко к результатам, полученным на корпусе атомного ледокола "Сибирь". На этих же образцах определяли подверженность околошовной зоны "ножевой" коррозии и величину электрохимических потенциалов по водороду различных участков сварного соединения.Из аустенитной облицовки швов изготовлены образцы для определения склонности к межкристаллитной коррозии по методу АМУ.Для определения стойкости против хрупких разрушений при пониженных температурах из ферритной основы шва и аустенитной облицовки изготовили образцы на ударный изгиб (тип ), которые испытывали при понижающихся температурах для определения критической температуры хрупкости Ткал, Ткзо считается минимальная температура, ниже которой величина работы удара ниже 30 Дж. Разность критических температур, полученных для ферритной основы и аустенитной облицовки, приведена в табл, 2.Для оценки хладостойкости сварных соединений изготовлены и испытаны образцы на двойное растяжение. Для сравнения изготовлены и испытаны образцы из сварного соединения без облицовки и из основного металла.Увеличение разности критических температур свыше 120 С не имеет практического смысла, так как в этом случае хладостойкость основного металла ниже. При сохранении равнопрочности сварного соединения предлагаемый способ сварки обеспечивает повышенную сопротивляемость коррозионно-эрозионному износу и стойкость 5 против хрупкого разрушения при пониженных температурах.Внедрение изобретения позволитполучить значительный народно-хозяйственный эффект за счет снижения кор розионного износа сварных швов ипродления сроков межремонтной эксплуатации корпусов судов ледового плавания и ледоколов; повышения работоспособности и надежности при пониженных температу рах; за счет снижения трудоемкости ремонтных работ,Предлагаемый способ сварки найдетширокое применение не только в судостроении, но и в различных отраслях народного 20 хозяйства. Формула изобретения Способ сварки стальных конструкций, 25 при котором используют низколегированные ферритные сварочные материалы, а с внешней подверженной воздействию коррозионной среды стороны шов наплавляют аустенитными сварочными материалами, 30 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения стойкости сварного шва против коррозионно-эрозионного износа и сопротивляемости хрупким разрушениям при низких температурах при сварке конструк ций из ферритных сталей, для облицовкиприменяют аустенитную сталь следующего состава, мас. :Углерод 0,01 - 0,12 Кремний 0,2-2,2 Марганец 1,0 - 2,3;Хром 15 - 23Никель 9 - 26Молибден0,1-7,0 Ванадий 0,05 - 1,6 45 Титан 0,10 - 0,35Азот 0,02 - 0,20 Железо Остальноеимеющую критическую температуру хрупкости Ткзо на 100 - 120 С ниже ферритной ос .новы шва и электрохимический потенциалпо водороду на 400 - 500 мВ, более электро- положительный, чем свариваемая сталь .:3 ф Х Щ 1 а Щ 5 Х Б ф а Ц О О. ф с ;ь о о Щ х К 1- о О о 5 5 х о ф 5 Е 5 Х о о о оо о вЧ сО СфЭ 1 й Щ х 1-у ф = О ф х о(3 л . О 1 ос о Р) о.о о о в СО о о Ю ч Л о о о со сч со сч л о о со о О 1 С) СГ РЭсч - сч о сч св Дсч о с ) с с р,йо счо г- сч с- счо оо о о о1738537 10 Таблица 2 10 15 20 30 Составитель В. БусыгинТехред М.Морге нтал Корректор Н, Ревская Редактор Г. Гербер Заказ 1962 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101