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

В СМЕЖНЫХ ОТРАСЛЯХ

Рис. 2. Микроструктура образца, полученного сваркой неплавящимся электродом в среде защитных газов: а – макроструктура сварного соединения; б – микроструктура металла трубной решетки (х 500); в – микроструктура металла трубы (х 500); г – микроструктура металла сварного шва (х 500)

Микроструктура металла трубы представляет собой более вытянутые в направлении прокатки зерна феррита и карбиды, распределенные равномерно по границам и телу ферритных зерен. Микроструктура металла сварного шва представляет собой вытянутую в направлении кристаллизации структуру, состоящую из феррита и карбидов, распределенных равномерно по телу ферритных зерен. Зона термического влияния также отсутствует.

Отметим, что разница в микроструктуре образцов из втулок, сваренных дуговыми способами, практически отсутствует. Этот факт объясняется проведением в обоих случаях одинаковых по типу и режиму нагрева термических операций. Какому способу отдать предпочтение, в данном случае определяется условиями производства.

В СМЕЖНЫХ ОТРАСЛЯХ

Рис. 3. Микроструктура образца, полученного РАД:

а – макроструктура сварного соединения РАД; б – микроструктура металла трубной решетки (х 500); в – микроструктура металла трубы (х 500);

г – микроструктура металла сварного шва (х 500)

Образец, полученный сваркой трением, отличается как по макро-(рис. 4) так и по микроструктуре (рис. 5). Отличительные особенности:

• •    микроструктура основного металла трубной решетки представляет собой отпущенный бейнит;

• •    микроструктура металла трубы представляет собой вытянутые в направлении прокатки зерна феррита и карбиды, распределенные равномерно по границам и телу ферритных зерен;

• •    микроструктура металла ввариваемой детали представляет собой сорбитообразную структуру, состоящую из феррита и карбидов, расположенных равномерно по границам и телу ферритных зерен;

• •    микроструктура металла сварного шва представляет собой крупноигольчатый мартенсит;

  В СМЕЖНЫХ ОТРАСЛЯХ

  
  
  

  Рис. 4. Макроструктура соединения, полученного сваркой трением

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

  Рис. 5. Микроструктура образца, полученного сваркой трением:

  а – микроструктура металла трубной решетки (х 500); б – микроструктура металла трубы (х 500); в – микроструктура металла ввариваемой детали (х 500);

  г – микроструктура металла сварного шва после травления в спиртовом растворе 15% азотной кислоты (х 500)

  
  

В СМЕЖНЫХ ОТРАСЛЯХ

• •    микроструктура металла ЗТВ со стороны трубной решетки и ввариваемой детали представляет собой сорбитообразную структуру, состоящую из феррита и карбидов, расположенных равномерно по границам и телу ферритных зерен;

• •    микроструктура металла ЗТВ со стороны трубы состоит из мелкоигольчатого мартенсита и глобулярных карбидов, наличие которых свидетельствует о перегреве металла трубы при сварке.

Для данного вида сварки характерно большое различие в микроструктуре по сечению образца. Это может способствовать возникновению электрохимической неоднородности между отдельными зонами изделия. В случае контакта изделий с агрессивными электролитами могут возникнуть микрогальванические элементы, которые способствуют ускорению коррозионных процессов. Как показывает практика, разрушение сварных конструкций в таких случаях происходит, как правило, по сварному шву или зоне термического влияния (ЗТВ).

В электрохимическом отношении сварное соединение представляет собой сложную многоэлектродную систему, состоящую в основном из шва, зоны термического влияния и основного металла, между которыми возможны различные соотношения электродных потенциалов. [7]. Определение значений электродных потенциалов позволяет судить о коррозионной стойкости зон сварного соединения, установить наиболее уязвимые участки. Измерением электродных потенциалов можно воспользоваться для выбора наиболее безопасного в коррозионном отношении метода и режима сварки.

Наиболее благоприятным распределением потенциалов является случай равенства электродных потенциалов шва и основного металла (ϕ_ш = ϕ_о.м.), когда будет идти процесс общей равномерной коррозии. В реальных условиях производства сварных конструкций добиться подобного равенства довольно сложно, поэтому предпочтительным является смещение электродного потенциала сварного шва в сторону более положительных значений, когда анодное растворение переносится на основной металл с одновременным снижением скорости коррозии шва (ϕ_ш > ϕ_о.м.).

В связи с неравномерным характером коррозии сварного соединения массовый показатель не характеризует его коррозионную стойкость. Поэтому для оценки коррозионной стойкости сварных образцов был использован метод измерения электродных потенциалов.

В СМЕЖНЫХ ОТРАСЛЯХ

Результаты исследований приведены на рис 6.

Исследования электродных потенциалов зон сварного соединения проводили в соответствии с общепринятой методикой [7]. Электрохимические измерения заключались в регистрации электродных потенциалов характерных зон сварного соединения и основного металла специальным электрохимическим щупом. Значение электродного потенциала регистрировали вольтметром с погрешностью измерений ±5%.

Из рис. 6 а следует, что сварной шов, выполненный ручной дуговой сваркой, имеет потенциал минус 0,31 В (ХСЭ) и является более благородным по отношению к металлу как трубы, так и трубной решетки.

Рис. 6. Схема точек замера и результаты измерения потенциалов образцов: а – РДС; б – РАД; в – сваркой трением

Результаты измерения потенциалов образца, полученного ручной аргонно-дуговой сваркой (рис. 6 б), показали, что потенциал шва практически одинаков с потенциалами трубы и трубной решетки, что объясняется действием окончательной термической обработки.

Для образца, полученного сваркой трением (рис. 6 в), видно, что потенциал сварного шва и ввариваемой детали равен или более положителен, чем потенциалы металла трубы и втулки.

В СМЕЖНЫХ ОТРАСЛЯХ

Таким образом, с точки зрения электрохимической коррозии изделия, получаемые сваркой трением, не уступают коррозионной стойкости изделиям, полученным дуговыми методами сварки.

С учетом имеющихся достоинств и особенностей применения сварки трением очевидно, что данный факт позволяет в дальнейшем рассматривать технологию сварки трением данных типов сталей как альтернативную дуговым способам.

Выводы:

• •    применение сварки трением для изготовления узла «труба — трубная решетка» теплообменных аппаратов из стали 15Х5М принципиально возможно, в т.ч. за счет изменения конструкции узла, и позволяет без применения термических операций получить неразъемные соединения труб с трубной решеткой, которые характеризуются высокими прочностными и пластическими свойствами;

• •    сварное соединение узла «труба - трубная решетка», полученное сваркой трением, характеризуется неоднородностью микроструктуры металла шва и зоны термомеханического влияния;

• •    сварное соединение узла «труба - трубная решетка», полученное сваркой трением без применения термических операций, обладает равномерным распределением электродных потенциалов характерных зон сварного соединения и основного металла, что свидетельствует о том, что в процессе эксплуатации в коррозионных средах скорость коррозии основного металла и металла сварного соединения будет одинаковой.

В СМЕЖНЫХ ОТРАСЛЯХ