Коррозионная стойкость сварного соединения узла "труба-трубная решетка", полученного сваркой трением

Кожухотрубные теплообменники широко применяются для реализации различных процессов на предприятиях топливно-энергетического комплекса. Стоимость производства и надежность теплообменников этого типа в значительной степени определяется соответствующими характеристиками трубного пучка, узел «труба - трубная решетка» является его характерным соединением, в частности, при использовании сварочных операций для присоединения труб к трубной решетке в дополнение к развальцовке. При изготовлении такого оборудования из жаропрочных хромистых или хромомолибденовых сталей, в том числе из стали 15Х5М, процесс производства неразъемных соединений становится значительно более сложным и дорогостоящим из-за необходимости применения термической обработки до, во время и после сварки (эта проблема особенно применима при изготовлении крупногабаритного оборудования). Одним из вариантов исключения термической обработки из технологического процесса является использование «недуговых» способов сварки - лазерной сварки, сварки взрывом, а также сварки трением. Использование каждого из методов сварки, упомянутых выше, во время производства теплообменного оборудования имеет свои технологические проблемы и особенности. В данной статье приводится сравнительный анализ структуры сварного шва и распределения электродных потенциалов сварных соединений и основного металла швов, имитирующих соединение трубы с трубной решеткой из стали 15Х5М с использованием следующих методов сварки: ручная дуговая сварка металлическим покрытым электродом, дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа и сварка трением. Сравнительный анализ макро- и микроструктур определенных зон исследуемых сварных соединений показал, что соединения, полученные методами дуговой сварки, не проявляют явной неоднородности структуры после проведения термической обработки, что объясняется правильностью применения термообработки. Соединения, полученные сваркой трением, характеризуются структурной неоднородностью микроструктуры металла зоны сварного соединения. Полученная в результате сварки трением ультрамелкозернистая структура позволяет говорить о качественном улучшении структуры соединения в результате воздействия на металл на наноуровне. Проведенное исследование значений электродного потенциала в конкретных точках основного металла и сварных соединений, полученных различными методами, показало, что с точки зрения электрохимической коррозии соединения «труба - трубная решетка», полученные сваркой трением без термической обработки, являются весьма конкурентоспособными с точки зрения коррозионной стойкости с аналогичными деталями, полученными методами дуговой сварки. Этот факт позволяет рассматривать метод сварки трением узла «труба - трубная решетка» как альтернативу методам дуговой сварки, что, в свою очередь, позволяет не только получить узел «труба - трубная решетка» с высоким уровнем прочности и пластических свойств без термической обработки, но также значительно снизить энергетические и трудовые затраты на изготовление трубных пучков кожухотрубных теплообменников, в том числе из стали 15Х5М.