Контактно-стыковая сварка оплавлением толстостенных труб большого диаметра из стали 12Х1МФ

Инж. П.К. Максимов, инж. Л.И. Россиневич и канд. техн. наук В.Г. Мороз (Иркутский филиал Гипронефтемаша), инж. О.С. Кирюхин и инж. Д.И. Панчуков (Ремонтно-механический завод Ангарского нефтехимического комбината)

Эксперименты по разработке технологии контактно-стыковой сварки оплавлением толстостенных труб диаметром 219X24 мм из стали 12Х1МФ проводили на автоматической контактно-стыковой машине УМАК-ЮО номинальной мощностью 650 кВА и усилием осадки 100 т. Химический состав и механические свойства металла труб удовлетворяют требованиям ЧМТУ/ВНИТИ 670—65 на трубные заготовки.

Оптимальные режимы контактно-стыковой сварки подбирали экспериментальным путем. Вначале на режимах, выбранных по литературным данным и расчетным путем [1…4], сваривали серию пробных стыков оплавлением с прерывистым подогревом. Критерием оценки качества сварки служило отсутствие в плоскости сплавления дефектов - непроваров в виде окисной пленки, незакрытых кратеров, газовых пузырей, трещин и рыхлот по стыку. После получения удовлетворительных результатов на режимах, приведенных ниже, сваривали серию опытных стыков. Всего было сварено и исследовано 16 стыков труб диаметром 219×24 мм.

Параметры режима контактно-стыковой сварки

В процессе оплавления при сварке труб для зашиты металла от окисления внутрь катушек подавали аргон под давлением 0,1…0,2 ати.

После сварки плоские образцы испытывали на растяжение и угол загиба, замеряли ударную вязкость на продольных образцах с надрезом по плоскости сплавления, твердость на продольных пластинах, а также проводили металлографические исследования. При этом изучение свойств металла сварных соединений производили на стыках после термической обработки т.п.ч. Трубные заготовки из стали 12Х1МФ поставляются в состоянии нормализации с отпуском. Поэтому было принято решение опробовать и применить термообработку стыков т.п.ч. Способ местной электротермообработки сварных соединений труб на РМЗ АНХК успешно применяется в течение ряда лет. Имеются удовлетворительные данные многолетней эксплуатации подобных, сварных соединений труб при повышенных температурах и давлениях водородсодержащих сред.

Опыты по местной термообработке т.п.ч. проводили, на высокочастотной станции МГЗ-102 с помощью одновиткового кольцевого разъемного индуктора. Питание станции т.п.ч. осуществлялось от машинного генератора мощностью 100 кет с частотой тока 2500 Гц. При этом были использованы рекомендации работ [5…8], а также уже имеющийся практический опыт [9] по местной индукционной термообработке т.п.ч. сварных соединений. В табл. 1 приведены принятые режимы термообработки т.п.ч.

Таблица 1

Оптимальный режим настройки высокочастотной станции тина МГЗ-102: I_в._г=2,5 А; U=600 В; І_в._ч=180…190 А; N_инд=20 кВт; С_общ=284 мк/ф. Необходимым и достаточным условием считалось равенство или минимальная разность температур но толщине стенки в зоне нагрева при выдержке с заданной температурой, а также постоянный градиент температур в зоне теплового воздействия при выдержке. Контроль температуры нагрева производили хромель-алюмелевыми термопарами в точках, показанных на рис. 1. Одновременно по показаниям приборов в начале и конце заданной выдержки строили графики распределения температуры по длине трубы для определения зоны нагрева с примерно одинаковой температурой и зоны возможного дополнительного отпуска.

Рис. 1. Температура нагрева при индукционной обработке т. п. ч.:

а — по толщине стенки; б — по длине зоны нагрева; в — схема установки термопар

Перепад в зоне с одинаковой температурой не должен был превышать 50° С, а ширина зоны дополнительного отпуска условно считалась в интервале температур 850…700° С.

Как показали данные механических испытаний (табл. 2), электротермообработка сварной зоны т.п.ч. во всех случаях улучшает свойства сварного соединения и в особенности его пластические и вязкостные свойства по сравнению с результатами испытаний сварного соединения и состояния после сварки. При испытании на растяжение разрыв образцов происходит за зоной дополнительного отпуска.

Таблица 2

В целях исследования влияния местного нагрева на свойства основного металла были проведены испытания образцов на ударную вязкость (типа Менаже), вырезанных в продольном направлении из различных мест по длине зоны теплового воздействия. При этом во всех случаях понижения значения ударной вязкости основного металла труб не наблюдается (табл. 3).

Таблица 3

Определяли влияние температуры нагрева и времени выдержки при индукционной термообработке т.п.ч. на твердость металла зоны сварки и околошовной зоны (рис. 2), Твердость металла во всех случаях существенным образом не отличается и практически одинакова для всех стыков.

Рис. 2. Распределение твердости и микроструктура металла стыка после местной индукционной термообработки т.п.ч.:

1 — линия сплавления; 2, 3 — зона нагрева под индуктором; 4 - зона теплового воздействия; 5 — основной металл. × 500

Металлографические исследования показали, что микроструктура зоны сварки, зоны нагрева под индуктором и зоны теплового воздействия практически одинакова и мало отличается от микроструктуры основного металла, не подвергнувшегося индукционному нагреву. Наиболее характерные микроструктуры представлены на рис. 2, б.

Выводы

1. Толстостенные трубы большого диаметра 219×24 мм (F=15000…16000 мм²) из стали 12Х1МФ удовлетворительно свариваются контактно-стыковой сваркой оплавлением. Разработаны и рекомендованы режимы сварки оплавлением труб указанного сечения из стали 12Х1МФ применительно к контактно-стыковой машине УМАК-100.

2. Наиболее технологичным и приемлемым для данного случая следует считать способ местной термообработки т.п.ч.

3. На основании экспериментальных работ выдана соответствующая техническая документация для практического руководства при производстве шпилькообразных ребристых труб D_у=170 из стали 12Х1МФ применительно к условиям Ангарского нефтехимического комбината.

Источник: журнал «Сварочное производство» № 9, 1968г.