Способ электродуговой сварки
СО ОЗ СОВЕТСКИХ социал истич Вских
РЕСПУБЛИК (5I)S В 23 К 28/00
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 2290637/08 (22) 02.09.80 (46) 23.02,93, Бюл. ¹ 7 (72) В,Я.Елизаров, В.В.Кривоногов, M.Ã.Курганов-Носов, А.В.Шептухин и В.П.Сентюрев (56) Основные положения при сварке и наплавке узлов и конструкций атомных электростанций опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок ОП1513 — 72.
M. Металлургия, 1975, с. 34, 36, 119. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ (57) Использование: электродуговая сварка оборудования из аустенитных хромоникелеИзобретение относится к технике электродуговой сварки плавящимися электродами с обмазкой или в среде защитных газов и может быть использовано при изготовлении оборудования из аустенитных хромоникелевых сталей, предназначено для переработки облученного ядерного горючего (стандартных урановых блочков и ТВЭЛ различных энергетических ядерных установо ), Цель изобретения состоит в повышении эффективности защиты сварных швов от ножевой и межкристаллитной коррозии.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе электродуговой сварки оборудования из аустенитных хромоникелевых сталей, предназначенного для переработки облученного ядерного горючего, использующем наплавку на свариваемые кромки с минимальным проплавлением основного материала, наплавку выполняют сплавом с содержанием хрома в .1,25-3,0 раза выше содержания хрома в основном . металле, например сплавом 47ХНМ, Ж 1796386 А1 вых сталей, работающего в атомной энергетике. Сущность: после сварки деталей на свариваемые кромки и сварной шов наплавляют узкие валики металлом, содержащим в
1,25 — 3,0 раза больше хрома, чем основной металл, Наплавку производят с минимальным проплавлением на силе тока. составляющей 50 — 80;ь от силы сварочного тока, используемого при сварке. Околошовную зону наплавляют на ширине, равной 1.0 — 3.0 толщинам основного металла, 4 ил., 2 табл.
ОЗХН28МДТ и другими; наплавку выполняют со стороны коррозионной среды на пониженных режимах, при силе тока 60 — 70 ампер и сечении присадочного прутика 3—
13мм .
Наплавку выполняют продольными параллельными валиками многократными проходами со сплошным перекрытием поверхностей металла шва, линии сплавления и прилегающей к шву эоны основного металла шириной, равной 1,0-3,0 толщинам свариваемой стали.
В ряде случаев, когда коррозия по телу сварного шва не наблюдается, например при ремонте сварных швов подвергшихся чисто ножевой коррозии, наплавку выполняют двумя полосами с перекрытием линий сплавления и прилегающих к ним по обе стороны поверхностей сварного шва и основного металла шириной 0,2 — 1,0 толщины свариваемой стали в каждую сторону.
Наплавку можно выполнять толщиной равной 0,1 — 0,5 толщины свариваемой стали.
Выполнение наплавки сплавами с высоким
1796386 содержанием хрома и никеля приводит к повышению стойкости против общей и межкристаллитной коррозии в 5-6 раз, т.к. нижний порог коррозионной стойкости, равный для хрома 11,5 / превышен > чем в 4 раза. 5
Поэтому даже в случае образования и выпадения карбидов хрома не происходит обеднение поверхностных слоев зерен кристаллитов и не создается склонность к межкристаллитной коррозии. Верхний предел по содержанию хрома ограничен необходимостью сохранения аустенитной структуры наплавки. При образовании значительного количества ферритной фазы общая коррозионная стойкость и устойчивость против MKK могут понизиться, Таким образом при использовании небольших количеств сплава для тонкой нэплавки достигается весьма эффективная защита с минимэльнымли затратами высоколегированных дефицитных материалов.
При наплэвке происходит выгорание легирующих составляющих, а наоборот переплавленный слой обогащается хромом и никелем, что позволяет одновременно удалиться от нижнего порога коррозионной стойкости по хрому и избежать увеличения феррита в структуре наплавленного металла.
Выполнение наплавочного слоя на при- 30 легающей к шву поверхности основного металла на расстоянии 1,0-3,0 толщины позволяет во всех случаях перекрыть зону опасных нагревов, возникающих при выполнении сварного шва, по которой, как
flpBBMIlo, начинается межкристаллитная и ножевая коррозия. Кроме того, ширина поверхности сплавления по заявленному способу увеличивается в значительной степени, примерно в 2 раза, поэтому дах<е 40 при одинаковой скорогти проникновения ножевой коррозии путь и время до сквозного прободения, а соответственно, и срок службы увеличатся также в двэ раза.
Выбор режима по току 60-70 А и се- 45 чение присадочной проволоки равное 313. мм определены исходя из минимальной площади одновременного переплава, что приводит не только к уменьшению абсолютной величины выделяемой в единицу времени энергии и улучшению условий ее расстояния, но и снижает вложение тепла в единицу поверхности (мм, погонный метр).
Определенное экспериментально знерго вложение при наплавке по заявленному 55 способу составляет 0,1-0,2 квт,ч, на 1 пог.м прохода, в то время как энерговложения по известным режимам обычно превышают 0,5. квт.ч. нэ 1п.м, В результате проведенных экспериментов были отработаны и многократно подтверждены условия качественной наплавки и минимального тепловло>кения, почти полностью исключающие образование склонности к межкристаллитной коррозии по линии сплэвления и в зоне термического влияния. При таких низких силах тока (обычную сварку выполняют при силе тока 90-200 А) повышается вероятность образования дефектов типа пор, несплавления, повышенной хрупкости и пр.
Однако в данном случае небольшое количество таких дефектов не будет оказывать никакого влияния на механические свойства сварного шва в целом, т,к. они располо>кены в дополнительном наплэвленном слое после проведения полного комплекса контроля основного сварного шва, и коррозионно-защитные свойства наплавленного металла из-за возможного образования дефектов также существенно не уменьшается. Наплавленный защитный слой не испытывает механических нагрузок, поэтому нет необходимости предьявлять какие-либо требования к механическим свойствам наплавки и регламентировать их.
Контроль качества наплавленного слоя можно ограничить лишь визуальным контролем.
На фиг,1 приведен поперечный разрез сварного соединения с Х-образной разделкой (ГОСТ 14771 76) и защитной наплавкой; на фиг.2 — вид сварного Т-образного соединения со стороны наплавочных валиков в плане; на фиг.3 — поперечный разрез двух- . полосной наплавки; нэ фиг.4 — сварное соединение с двухполосной защитной наплавкой в плане.
Полученное по предлагаемому способу сварное соединение имеет следующую конструктивную схему; наплавочные валики 1—
7 выполняют в порядке нумерации, . предусматривающей попеременное чередование сторон с целью снижения тепловложений и уменьшения остаточных сварочных напряжений. Валики нэплавки выполнены аустенитным сплавом с содержанием хрома в 1,25 — 3,0 раза выше содержания хрома в свариваемой стали (ЗП вЂ” 630, ЗП вЂ” 516 и др).
Из приведенных чертежей видно, что нэплавочные валики выполнены параллельными проходами и перекрывают сварной шов 8 и околошовные зоны (б) основного металла листов 9 и 10, При этом
d= (1,0 — 3,0)hz, а толщина н*плавленного слоя hl= (0,1-0,5)hz. В случае двухполосной защитнои наплавки наплавочные валики перекрывают линию сплавления и основной металл околошовный зоны шириной, равной 0,2 — 1,0 толщины свариваемого металла, по обе стороны от линии сплавления.
1796386
Ширина перекрываемого листа
11 = (0,2 — 1,0)hz
Ширина участка сварного шва, пере- 5 крываемого защитной наплавкой;
f2 = (0,2 в 1,0)I12
l1pvI этом f1 = 12. 10
Пример 1. Образцы из стали
12Х18Н10Т толщиной д = 6,0 мм сваривали ручной электродуговой сваркой электродами типа Э вЂ” 08Х20Н9Г2Б ГОСТ 10052 — 75, ГОСТ 9466 — 75 марки ЦЛ вЂ” 11 при следующих 15 режимах:
l =90-110 А; V = 30 В; W = 20-30 м/ч.
Наплавку выполняли ручной аргонодуговой сваркой сварочной проволокой ЭП-516
"IMTY 1 — 348 — 68 или нарезаной из листа 20
"лапшой" из сплава 47ХНМ (ЭП-630, ЭП—
530), а также ручной электрадуговой сваркой электродами ОЗЛ вЂ” 17У ТУ 14 — 4 — 715-75, тип Э-02Х23Н27ГЗМЗДЗБ ГОСТ 9466 — 75.
Для обеспечения режима минимальных теп- 25 ловложений использовали электроды диаметром 2-4 мм или "лапшу" максимального размера сечения 4х4 мм, Наплавку выполняли на следующих режимах;
I =60 — 70А; V=25 — 30 В; W=15 — 20м/ч. 30
Образцы проходили длительные испытания (r 10000 ч) в азотнокислых средах (концентрация 56-65%) при t 100 С. Данные испытания приведены в табл. 1.
Пример2, 35
Сварные швы аппаратов радиохимической переработки облученнога ядерного горючего, подвергающиеся интенсивной ножевой коррозии (глубиной да 1 — 4 мм) в период капитального ремонта, восстанав- 40 ливали по предлагаемому способу, глубиной до 1,0 мм без выпиловки дефектов и свыше 1,0 мм с выборкой дефектных участ- ков шлифмашинкой до здорового металла с последующей подваркой и наплавкой, Вос- 45 становление выпиленных сварных швов производили ручной электродуговой сваркой электродами типа ЭО8Х20Н9Г2Б ГОСТ
10052-75, ГОСТ 9466 — 75 марки ЦЛ вЂ” 11, Наплавку выполняли ручной аргонодуговой 50 сваркой сварочной проволокой ЭП-516 (03ХН28МДТ), сварочной проволокой
46ХНМ Р 2-4 мм или нарезанной из листа
ЭП-630 (47ХНМ вЂ” 2) "лапшой" с максимальными размерами 4х4 мм. Осмотр оборудо- 55 вания проводили через 3 — 5 лет испытаний (после выработки установленного межремонтного цикла). Данные обследования оборудования приведены в табл. 2.
Производственные испытания подтвердили, что срок межремонтной эксплуатации основного технологического оборудования может быть существенно увеличен с 3-4 лет до 6 и более лет.
В результате проведенного комплекса лабораторных и производственных испытаний установлена высокая положительная эффективность предлагаемого способа: создаваемые комплексом отличительных признаков необходимые условия минимальных энергавложений (тепловложений) в значительной степени снижают, практически полностью устраняют возникновение и развитие ножевой коррозии по линии сплавления "металл-шов", а также исключают развитие общей коррозии и МКК по телу сварного шва.
Возможно осуществление ремонта оборудования уже подвергшегося разрушению ножевой коррозии и МКК по сварным швам, в ряде случаев без выборки дефектных мест.
Для получения высокой эффективности не требуется дополнительное охлаждение сварного шва с обратной стороны.
Предлагаемый способ может быть осуществлен как аргонодуговой сваркой сварочной проволокой, так и электродуговой сваркой штатными электродами с обмазкой.
Предлагаемый способ может быть использован на заводах, перерабатывающих стандартные облученные блоки из естественного и обогащенного урана. Особенно перспективным представляется способ на заводах, предназначенных для переработки реакторов топлива энергетических и транспортных установок, где предлагается использование особоагрессивных сред при вскрытии ТВЭЛ с коррозионностойкими нержавстальными и циркониевыми оболочками, а также труднорастворимым горючим на основе окислов урана и плутония и их интерметаллических соединений; на химико-металлургических за водах, осуществляющих аффинаж плутониевых материалов. По-видимому, целесообразно также применение защитных наплавак в ряде химических производств общей химической промышленности на операциях с высокоагрессивными средами, например при производстве специальных веществ и бактериологической продукции, Формула изобретения
Способ злектродуговой сварки оборудования из аустенитных хромоникеливых сталей. работающего в атомной энергетике, при котором после сварки деталей на свариваемые кромки и сварный шов производят наплавку узкими валиKàìè с минимальным
1796386 проплавлением основного металла и с использованием присадочного материала с повышенным содержанием хрома, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости сварных соединений наплавку производят металлом, содержащим в 1,25 — 3,0 раза больше хрома, чем основной материал, а околошовную зону наплавляют на ширине, равной 1,0-3,0 толщинам основного металла на силе тока, 5 составляющей 50-807 от силы сварочно о тока, используемого при сварке.
Таблица 1
Коррозионная стойкость образцов, изготовленных различными способами
Тип образцов, Режим- изготовления, Проникновение ножевой коррозии мм/го
Расчетный срок службы (год) Сварка без наплавки. Сила тока i=100-150 А.
Сечение присадки не ограничено
Сварка и наплавка на кромки по а,с. 59153761.
I= 90-110 А, 3 — не регламентир.
Сварка и защитная наплавка по заявляемому способ
4-10
0,5-2
< 4-5
0,8-1,5
6-12
S,мм
t,А
Таблица 2
Коррозионное состояние радиохимического оборудования после эксплуатации в течение 4.-х лет
Условия эксплуатации
Проникновение ножевой ко озии мм/го
Проникновение МКК по швам мм/го с наплавкой без наплавки без наплавки с наплавкой
2,0-0,3
0,1 до 10
2-3
0,1
0,1 до -8,0 до 4;О
4-6
0,1-0,2
0,1-0,2
0,1-0,2 до 6,0 о 10,0
0,2 о 8 0
60-70
60-70
60-70
60-70
90-110
110
Растворение облученных блоков (реактор, дефлегматор, ловушки}
Окисление с бихроматом
Восстановление с бисульфитом, гидразин-гидратом
Упаковка, ректификация (куб, колонка, аскислители
3,14
9,0
13,1
16,0
6,0
12,4
0,085
0,11
0,1
0,5-0,9
1,0
5,3
1,41
>12
>10
> 10
< 5,0
2,4
< 2,0
< 4,0
1796386
1796386
Составитель В.Кривоногов
Техред М.Моргентал Корректор В.Петраш
Редактор Т.Куркова
Пооизводственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 618 ° Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
![Способ электродуговой сварки](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/766/7662933-s.jpg)
![Способ электродуговой сварки](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/766/7662934-s.jpg)
![Способ электродуговой сварки](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/766/7662935-s.jpg)
![Способ электродуговой сварки](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/766/7662936-s.jpg)
![Способ электродуговой сварки](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/766/7662937-s.jpg)
![Способ электродуговой сварки](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/766/7662938-s.jpg)