Рис. 25. Внешний вид наплавок, полученных на различных глубинах в глубоководной камере С-117

Общие принципы создания электродных материалов для подводной сварки

Состав электродного покрытия и порошковой проволоки оказывает превалирующее влияние на металлургические процессы, происходящие в реакционной зоне, и формирование сварного соединения при сварке под водой. Электродные материалы для сварки и резки под водой должны обеспечивать:

  • устойчивое горение дуги;
  • хорошее формирование шва;
  • получение металла шва определенного химического состава и свойств, свободного от дефектов;
  • спокойное и равномерное плавление электродного стержня, покрытия с гидроизоляцией (для покрытых электродов);
  • высокую производительность сварки;
  • легкую отделимость шлаковой корки с поверхности шва;
  • достаточную механическую прочность и стойкость к разрушению в воде покрытия и гидроизоляции под воздействием электрического тока (для покрытых электродов);
  • сохранение физико-химических и технологических свойств электродных материалов в течение определенного промежутка времени при хранении и пребывании под водой.

Для удовлетворения всех перечисленных требований в покрытие электродов и шихту порошковой проволоки вводят металлические и неметаллические материалы, которые являются шлакообразующими, газообразующими, раскисляющими, легирующими, стабилизирующими, связующими компонентами. Кроме того, наносят гидроизолирующее покрытие, а также применяют стальные стержни и ленты различного химического состава.

Основные шлакообразующие компоненты — полевой шпат, рутиловый концентрат, гематит, мрамор, плавиковый шпат [85,86]. Они плавятся в зоне горения дуги, защищая капли расплавленного металла и сварочную ванну от контакта с водой и атмосферой парогазового пузыря.

Газообразующие составляющие вводят в электродное покрытие и сердечник порошковой проволоки в виде органических веществ (целлюлозы) или в виде карбонатов (мрамора, известняка) [68,85]. При нагревании эти вещества разлагаются, образуя газы (СО, COg), которые разбавляют атмосферу парогазового пузыря, снижая парциальное давление продуктов диссоциации воды.

В процессе сварки расплавленный металл в реакционной зоне контактирует со шлаком и атмосферой парогазового пузыря, в результате чего окисляется [63]. Наблюдается интенсивное выгорание основных легирующих элементов, возрастающее с глубиной выполнения работ [45,46, 64, 66, 87-91]. Для получения необходимых прочностных и пластических свойств соединений металл шва необходимо раскислить и легировать. С этой целью в покрытие электродов или сердечник порошковой проволоки вводят элементы-раскислители, такие как кремний, марганец, титан и др.

Одним из элементов, успешно применяемых в системе легирования сталей, является никель [92, 93]. При его введении увеличивается прочность межатомных связей в кристаллической решетке железа. Он также ослабляет связь углерода в решетке аустенита и увеличивает его диффузию. В случае легирования стали никелем понижается ее чувствительность к хрупкому разрушению.

Легирование металла шва никелем используют при создании самозащитной порошковой проволоки ферритного класса для сварки под водой [94,95]. Однако его содержание в металле, как правило, ограничивают [79, 96]. При содержании в швах более 1,2% никеля формируются ферритные зерна игольчатой формы. Это связано с химической микронеоднородностью его распределения в теле зерна.

При сварке под водой покрытыми электродами легирование металла шва осуществляют как через покрытие, так и через стержень [91,97,98].

Для стабилизации горения дуги в состав электродного материала вводят соединения щелочных, щелочноземельных и редкоземельных металлов, обладающих низким потенциалом ионизации и малой работой выхода электронов [64, 70, 75,87, 99].

Для повышения пластичности обмазочной массы в состав покрытия электродов вводят пластификаторы — бентонит, целлюлозу и другие вещества. В качестве связующих материалов при изготовлении покрытых электродов чаще всего используют натриевое, калиевое и натриево-калиевое жидкое стекло.

С целью изоляции электродного покрытия от взаимодействия с водой на его поверхность наносят гидроизоляцию. Гидроизоляцией может служить воск, парафин, лаки, краски и полимеры. Гидроизоляцию наносят, как правило, методом окунания после сушки электродного покрытия в печи. Ряд производителей электродов для мокрой сварки и резки под водой в состав лакокрасочного гидроизоляционного покрытия вводят ингредиенты, способствующие дополнительной защите реакционной зоны и стабилизации дугового разряда. Покрытие может быть однослойным, двухслойным и трехслойным. Состав каждого слоя может быть различным. Так, в первый (внутренний) слой вводят элементы, стабилизирующие дугу. Во второй и третий слой — газообразующие и шлакообразующие ингредиенты.

Многие составляющие покрытия выполняют одновременно несколько функций. Например, магнезит, мрамор и доломит являются одновременно газообразующими и шлакообразующими составляющими, а ферросплавы — раскислителями и легирующими.

Покрытые электроды

Сварка под водой покрытыми электродами имеет свои положительные и отрицательные стороны. К положительным можно отнести:

  • высокую мобильность процесса;
  • возможность использования широко распространенных передвижных сварочных агрегатов с автономным приводом;
  • малую массу и габариты оборудования, необходимого для сварки под водой.

Отрицательные:

  • низкая производительность процесса;
  • значительное количество газовой фазы и механической взвеси в реакционной зоне, что затрудняет визуальный контроль горения дуги и формирование шва;
  • длительный процесс подготовки водолаза-сварщика (400— 800 учебных часов);
  • существенный разброс значений показателей прочностных и пластических свойств соединений в зависимости от глубины и условий сварки.

Screenshot_49 Screenshot_48

На территории стран СНГ для ручной сварки под водой длительное время использовали покрытые электроды марок ЭПС-52 и ЭПС-АН. Электроды ЭПС-52 с покрытием руднокислого вида и стержнем из низкоуглеродистой стали были разработаны в 1950-х гг. Изготовитель — ФГУП «28-й Военный завод» (г. Ломоносов). Сварку под водой этими электродами характеризует неустойчивое горение дуги и удовлетворительное формирование сварного шва. Валики высокие с крупночешуйчатой поверхностью. Отделимость шлаковой корки затруднена. Внешний вид шва показан на рис. 11, а макрошлифы наплавки — на рис. 12. При выполнении многопроходного шва, формирование второго и последующих валиков ухудшается. В швах появились поры. Механические свойства соединений, выполненных сваркой под водой электродами ЭПС-52, соответствуют свойствам соединений, выполненных на воздухе электродами Э38 (табл. 4). Пластические свойства металла шва низкие.

Таблица 4. Механические свойства соединений, выполненных под водой покрытыми электродами

Маркаэлектрода Од, МПа 5% KCU, Дм/см2, при 20 °С Угол загибаOL, … ° Источникинформации
ЭПС-52 390-420 16-20 70-90 £130 [100]
ЭПС-А 460-490 12-16 100-130 <50
ЭПС-АН1 >420 £14 Не определялась £86]
ЛКИ-1П 410 <8 Не определялась [28]

Примечание. Глубина. на которой выполнялась сварка образцов, состав основного металла и соленость воды авторами не указана.

В С -Петербургском государственном морском техническом университете совместно с АО «Электродный завод*» разработаны электроды ЛКИ-1П для подводной сварки углеродистых и некоторых марок низколегированных сталей [28). Механические свойства соединений, получаемых сваркой электродами ЛКИ-1П, приведены в табл. 4.

Для сварки низколегированных сталей повышенной прочности в

С.-Петербургском государственном морском техническом университете были разработаны электроды ЛКИ-2П оригинального состава (Патент 2071895 РФ) [26,27]. Основу газошлаковой композиции покрытия электрода составляют рутил и флюорит. Электродный стержень — проволока Св-10Х16Н25АМ6. Металл, наплавленный электродами ЛКИ-2П, имеет более высокие механические свойства по сравнению с металлом, наплавленным электродами ЭПС-А [27].

В ИЭС им. Е. О. Патона была создана оригинальная газошлаковая композиция покрытия [25], позволившая разработать новый электрод марки ЭПС-АН1 для сварки под водой во всех пространственных положениях [86, 88]. Основной составляющей покрытия является рутил. Легирование и раскисление металла шва осуществляют марганцем и кремнием. Их содержание в наплавленном металле не превышает, соответственно, 0,4 и 0,25%. Электроды ЭПС-АН1 обладают хорошими сварочно-технологическими свойствами и предназначены для сварки сталей с пределом текучести до 350 МПа под водой на глубине до 20 м. Внешний вид стыкового соединения, выполненного этими электродами, показан на рис. 13. Их использование позволяет обеспечить механические свойства металла шва на уровне класса «В» ANSI / AWS D3 6

[101]. По сварочно-технологическим и механическим свойствам они превосходят электроды ЭПС-52 и ЛКИ-1П. Хорошие результаты получены при сварке электродами ЭПС-АН1 металлоконструкций имеющих слой воды на свариваемых поверхностях.

За рубежом покрытые электроды являются основным для сварки под водой [7,102-105]. Электроды более 60 м материалом наименований производят как для сварки сталей общего назначения, так и для сварки сталей повышенной прочности. На рынок СНГ в настоящее время эти электроды поступают малыми партиями из-за их высокой стоимости (от 30 до 45 долларов США за 1 кг).

Screenshot_50
Рис. 13. Внешний вид стыкового соединения, выполненного электродом ЭПС-АН1

Самозащитная порошковая проволока

 

Механизированная сварка под водой самозащитной порошковой проволокой специального состава сочетает в себе положительные качества ручной дуговой сварки под водой покрытым электродом (маневренность и универсальность) с преимуществами механизированной сварки электродной проволокой сплошного сечения (высокая производительность, удобство работы, безопасность водолаза и др.). Конструкция и технологические особенности изготовления самозащитной порошковой проволоки позволяют поместить ее в полость подающего механизма полуавтомата, заполненного водой. Отпадает необходимость в подаче защитного газа в зону горения дуги и внутреннюю полость полуавтомата. За счет уменьшения объема газовой фазы и взвесей в реакционной зоне возможен визуальный контроль процесса горения дуги и формирования металла шва, в особенности при сварке в потолочном положении. Сварку может выполнять водолаз-сварщик средней квалификации. Способ обеспечивает получение равнопрочных соединений низкоуглеродистых и ряда низколегированных сталей в пресной и морской воде. Кроме того, этот способ имеет ряд преимуществ:

  • возможность регулирования состава проволоки с целью получения требуемых свойств металла шва;
  • широкий диапазон режимов, позволяющих, в частности, вести сварку на различных глубинах и во всех пространственных положениях.

К недостаткам процесса мокрой сварки самозащитной порошковой проволокой и покрытым электродом можно отнести резкое охлаждение металла сварного соединения в воде, а также значительное насыщение его водородом и кислородом.

В 1967 г. в ИЭС им. Е. О. Патона группой сотрудников под руководством И. М. Савича разработана порошковая проволока ППС-АН1 [22, 24]. Исследования, предшествующие разработке, проводили по следующим направлениям.

На первом этапе была опробована при сварке под водой проволока сплошного сечения с различной системой легирования. Акцент делали на самозащитную проволоку, ранее разработанную в ИЭС им. Е. О. Патона Т. М. Слуцкой. Сварку выполняли как с защитой зоны горения дуги углекислым газом и аргоном, так и без защиты. Положительных результатов в этом направлении достигнуто не было.

На следующем этапе исследований реакционную зону защищали с использованием разработанных для сварки на воздухе флюсов. В этом направлении были получены обнадеживающие результаты. Однако применение флюсов при сварке под водой связано с рядом трудностей, в первую очередь возникающих при сварке в положениях, отличных от нижнего, когда затруднительно подать флюс в реакционную зону. Кроме того, при использовании данной технологии практически полностью отсутствует видимость дуги и кромок свариваемого металла. Получить качественное сварное соединение можно только в автоматическом режиме. Такой процесс применительно к технологическим возможностям сварки под водой мало востребован. Идея о применении самозащитной порошковой проволоки для сварки под водой принадлежит Б. Е. Патону [106,107]. Использование самозащитной порошковой проволоки, разработанной в тот период для сварки на воздухе, в подводных условиях положительных результатов не дало.

В дальнейшем были проведены исследования, позволившие разработать оригинальный состав шихты порошковой проволоки и техно логический процесс ее изготовления, обеспечивший герметичность замка. Проволока рутил-руднокислого вида марки ППС-АН1 обеспечивала сварку в пресной воде на глубине до 20 м ряда малоуглеродистых и низколегированных сталей [108]. Металл шва легировали марганцем. Химический состав свариваемого металла (верхняя строка! и шва (нижняя строка) приведены в табл. 5.

Таблица 5. Химический состав металла при сварке под водой порошковой проволокой ППС-АН1.

Маркастали Массовая доля элементов, %
С SI Мп Ni Си Сг 5 Р
ВСтЗсп 0,18 0,21 0,55 0,04 0,01 0,06 0,043 0,021
0,03 0,03 0,12 0,02 н.о. 0,01 0,026 0,015
09Г2С 0,10 0,7 1,65 0.1 0,04 0,08 0,023 0,015
0,03 0,04 0,15 0,04 0,03 0,05 0,025 0,022
10ХСНД 0,10 0,67 0,49 0,36 0,5 0,57 0,031 0,024
0,02 0,02 0,15 0,12 0,12 0,08 0,025 0,019
А36США 0,25 0,21 0,65 0,05 н. о. н. о. 0,009 0,012
0,03 0,03 0,11 0,02 н. о. н.о. 0,023 0,013

Примечание. Сварные соединения выполняли на глубине 2м в пресной воде.

Внешний вид углового шва, выполненного проволокой ППС-АН1, показан на рис. 14, а макрошлифа стыкового соединения стали ВСтЗсп, выполненного на глубине 2 м, — на рис. 15.

Информация о механических свойствах сварных соединений, полученных при сварке под водой проволокой ППС-АН1, различна [78, 108]. Увеличение глубины, на которой выполняли работы, оказывало отрицательное влияние на механические свойства соединений. Формирование ухудшалось. Шлак затекал перед дугой и оставался в корне. При сварке на глубинах более 30 м металл шва в изломе становился крупнозернистым.

Screenshot_51
Рис. 14. Внешний вид углового шва, выполненного порошковой проволокой ППС-АН1
Screenshot_52
Рис. 15. Внешний вид макрошлифа стыкового соединения стали ВСтЗсп, полученного при сварке проволокой ППС-АН1 на глубине 2 м.

 Ухудшение формирования и снижение механических свойств соединений наблюдали и при сварке в соленой воде. Механические свойства сварных соединений, выполненных в натурных и лабораторных условиях, приведены в табл. 6 и 7. В табл. 6 указаны средние результаты испытаний трех образцов: в числителе — при сварке в пресной воде, в знаменателе — в воде соленостью 15%о [78]. Стыковые соединения (табл. 7) сваривали два сварщика в условиях лаборатории на глубине 2 м. Исследования выполняли согласно методике Американского Национального стандарта по подводной сварке ANSI/AWS D3.6-89.

Проволока ППС-АН5 рутил-органического вида с системой легирования Mn-Ni-Ce была предназначена для сварки низкоуглеродистых и ряда низколегированных сталей (С^ до 0,39) на глубине до 20 м в пресной и морской воде [109,110].

Таблица 6. Механические свойства сварных соединений, полученных

при сварке под водой проволокой ППС-АН1

Маркастали Од, МПа ор МПа §5> ^ V. % KCU, Дж/смг, при
20 °С -40 °С
ВСтЗсп 411 336 31.5 66.1 105 30
394 323 8,3 12,2 58 7
09Г2С 448 363 17.5 33.3 100 37
310 231 5,3 10,6 40 8
10ХСНД 490 381 21.0 44 93 38
320 223 5,8 11,3 35 6

Таблица 7. Механические свойства соединений, полученных в лабораторном бассейне ИЭС, при использовании проволоки ППС-АН1

Маркастали Стда МПа KCV, Дж/см2 Угол загиба,… °
Шов ЗТВ Корень Лицеваясторона
0 °С О 0 °С ОО

9ВСтЗсп382,3-421,439914-1615,34-12727-47359-3223,655,6548,95 ВСтЗсп382-433425,135-6549,320-463035-10575,315-3525180,180, 70.6830,40 А36433,9-446,1439,3Н. О.7-2618,5н. о.„.О.180,180180,130 МаркасталиМассовая доля элементов, %СSiМлNiСиСгSРВСтЗсп0,230,210,650,040,01н.о.0,0360,0210,030,030,121.4н.о.0,020,0260,01509Г20,110,41,40,030,050,120,0140,0260,030,030,151.40,030,080,0190,02509Г2С0,100,71.50,050,040,060,0180,0240,030,040,171,40,030,050,0200,02310ХСНД0,080,650,530,570,390,590,0320,0240,020,020,091,650,120,080,0210,01719Г0,200,230,860,040,040,030,0280,0270,020,040,111,430,030,020,0260,02514Г20,160,211,290,030,030,040,0270,0290,020,030,121,480,040,030,0250,027А36США0,230,220,970,05н. о.н. о.0,0120,0140,030,030,111,5н. о.н. о.0,0230,013

Таблица 9. Механические свойства соединений, сваренных под водой самозащитной порошковой проволокой ППС-АН5

Марка стали Од, МПа Oj, МПа KCV, Дж/см2, при -20 °С Угол загиба,О
ВСтЗсп 420-440 320-340 30-45 180
09Г2 420-450 320-350 30-50 180
09Г2С 420-450 320-350 30-45 160
10ХСНД 430-450 330-360 30-55 140
19Г 420-450 320-350 30-45 180
14Г2 420-450 320-360 35-50 160
А36 США 420-450 320-350 30-50 180

Технология ее изготовления обеспечивала получение герметичного замка, препятствующего попаданию воды внутрь проволоки. Это позволило использовать сварочное оборудование, рассчитанное на применение порошковой проволоки ППС-АН1. Химический состав свариваемых сталей и металла швов приведен в табл. 8. В верхней строке указан состав основного металла, а в нижней — металла швов, выполненных на глубине 2 м в пресной воде. Механические свойства сварных соединений, полученных при сварке в пресной воде на глубине до 10 м, приведены в табл. 9.

Таблица 10. Механические свойства соединений, полученных на различной глубине при сварке порошковой проволокой ППС-АН5

Гпубина, м Марка стали ав, МПа стр МПа 6*% KCV, т/см2, при -20 °С
2 ВСтЗсп 442 328 15,2 24
ЮХСНД 466 343 14,1 35
15 ВСтЗсп 440 335 13,3 25
ЮХСНД 458 352 13,0 30

С увеличением глубины, на которой выполняли сварку, механические свойства соединений, полученных с использованием самозащитной порошковой проволоки ППС-АН5, незначительно изменяются. В первую очередь снижаются пластические свойства (относительное удлинение) и уменьшается разница в показателях предела прочности и предела текучести. Механические свойства соединений, полученных в бассейне на глубине 2 м и глубоководной шахте на глубине 15 м, приведены в табл. 10.

Существенный интерес представляют данные, полученные независимыми исследователями при испытаниях, проведенных в 1990 г. Проволока ППС-АН5, выпущенная серийно Экспериментальным производством ИЭС им. Е. О. Патона, оборудование и технологический процесс прошли апробацию в бассейне фирмы «Roevoter» США. На глубине 10 м были сварены два комплекта образцов из стали — А36, А-516-70 (лист) и А-106 (труба). В комплект согласно спецификации AWS/D3.6-89 входили:

  • стыковые образцы толщиной 12,7 и 25,4 мм (положение при сварке нижнее 1G), рис. 16;
  • соединение листа А36 с трубой А-106-70 (положение при сварке — труба горизонтальна к листу, располагавшемуся в вертикальной плоскости 2F), рис. 17;
Рис. 16. Внешний ВИД СТЫКОВОГО образца, сваренного проволокой ППС-АН5 в нижнем положении
Рис. 16. Внешний ВИД СТЫКОВОГО образца, сваренного проволокой ППС-АН5 в нижнем положении
Рис. 17. Внешний вид соединения листа с трубой
Рис. 17. Внешний вид соединения листа с трубой
Марка стали, толщина, мм Массовая доля легирующих элементов,%
С Si Мл S Р
А36, лист 12,7 (1/2″) 0,25 0,21 0,65 0,09 0,010
А-516-70, лист 25,4(1″) 0,24 0,23 1,12 0,027 0,012
А-106-В, труба 304,8 (12″) 0,18 0,22 0,60 0,003 0,015

 Таблица 11. Химический состав металла сварных образцов

Примечание. Массовая доля Ni, Сг, Мои V в металле не превышает 0,05% каждого.

Screenshot_55
рис. 18 тавровое соединение (положение при сварке нижнее 1F),
рис. 19 образец стыка трубы (положение при сварке нижнее 2F), .
рис. 19 образец стыка трубы (положение при сварке нижнее 2F), .

Образцы зачищали под водой с помощью абразивного инструмента. Источником питания дуги служил дизель-генератор фирмы «Lincoln» с жесткой внешней вольт-амперной характеристикой. Общая длина сварочной цепи сечением 70 мм2 составляла 120 м. Электрические параметры дугового процесса выбирали в рамках рекомендуемых для данного типа проволоки и положения шва в пространстве. Для сварки использовали полуавтомат А1660, размещенный под водой на все время проведения испытаний. Обслуживание полуавтомата (замена порошковой проволоки, контактного наконечника и регулировка) осуществляли без его подъема на поверхность. Сварку выполняли водолазы И. Дорош (обозначение образцов в таблицах ID) и В. Кононенко (VK).

Оценку механических Тавпииа 12. Результаты механических

испытаний на разрыв плоских образцов, вырезанных из стыка трубы

свойств полученных сварных соединений проводила независимая лаборатория «Mechanical Testing Laboratory» (США) в соответствии с требованиями AWS/D3.6-89. Результаты испытаний приведены в табл. 11-15. Состав металла шва — в табл. 16.

Обозначение образца

VK-1G-18, Т-1

VK-1G-18, Т-2

ID—1G—19, Т-1

ID—1G—19, Т-2

464,1 (67,366)

480,7 (69,766)

463,9 (67,343)

468,4 (67,997)

Таблица 13. Результаты механических испытаний металла шва и ЗТВ на ударный изгиб _________________________________

Шов fee го испытания Шов 1 34,1 20
Шов 2 19,9
Шов 3 31,3 30
Соедний показатель 28,4 23,3
ЗТВ ЗТВ1 45,4
ЗТВ 2 22,7 10
ЗТВЗ 38,3 10
Средний показатель 35,5 13,3

Примечание. Температура испытаний минус 20 °С.

Таблица 14. Результаты испытаний образцов на изгиб

Обозначениеобразца Типизгиба Радиус гиба Результат
VK-B-3 Внешний Неровный
Обратный Трещины поперек образца
VK-B-4 Внешний Удовлетворительно
Обратный Трещины > 9,5 мм (3/8″)
ID-В-8 Внешний Прерывистая линия оплавления
Обратный Поперечный разрыв
ID—В—11 Внешний « «
Обратный Прерывистая линия оплавления
VK-B-16 Внешний 63,5 мм (2,5″) Поперечный разрыв
Обратный 63,5 мм (2,5″) «
ID—В—17 Внешний Удовлетворительно
Обратный Волосовидные надрывы >9,5 мм (3/8*)
VK-1G-18 Внешний 63,5 мм (2,5″) Удовлетворительно
Внешний Надрывы более 9,5 мм (3/8″)
Обратный 63,5 мм (2,5″) Поперечный разрыв
Обратный Удовлетворительный
ID-G-19 Внешний Поперечный разрыв
Внешний Один угловой разрыв 6,4 мм (1/4*)
Обратный Удовлетворительно
Обратный Поперечный разрыв 12,7 мм П

Примечание. Т— толщина металла образца, подвергаемого изгибу.

Таблица 15. Результаты испытаний металла сварного шва на разрыв

Обозначение образца Ор МПа (P.S.I.) ов, МПа (P.S.I) 65,%
ID 1G-20 427,73 (60,629) 454,29 (65,934) 12,2
VK 1G-21 361,97 (52,535) 433,42 (62,905) 15,2
VK 1G-21 325,86 (47,294) 433,30 (62,889) 17,0

Таблица 16. Состав металла шва при сварке под водой порошковой проволокой ППС-АН5

Номеробразца Массовая доля элементов в металле шва, %
С Si Мп Си S Р
1 0,029 0,010 0,12 1,5 0,10 0,028 0,013
2 0,030 0,013 0,09 1,4 0,08 0,026 0,015

Таблица 17. Механические свойства соединений, полученных при сварке порошковой проволокой ППС-АН2

Марка стали Од, МПа ор МПа KCV, Дж/см2, при 20 °С Угол,…0
ВСтЗсп 420-450 320-340 35-45 180
09Г2 430-460 330-350 40-50 180
ЮХСНД 440-470 340-360 40-50 180
А36 420-460 320-350 40-50 180

Анализ данных табл. 11-15 показывает, что механические свойства сварных соединений, такие как предел прочности и ударная вязкость, соответствуют показателям, полученным при сварке в ИЭС. При сварке в бассейне фирмы «Rocvoter» (США) наблюдалось снижение показателей угла загиба и относительного удлинения металла шва. Анализ данных, приведенных в табл. 16, показывает, что массовая доля легирующих элементов в металле швов, полученных в условиях американской фирмы (образец 1), аналогична массовой доле, зарегистрированной при сварке в ИЭС (образец 2).

Данные результаты позволяют получить аттестацию технологии и порошковой проволоки по классу «В» согласно требованиям спецификации AWS D3.6-89.

С 1991 г. в лаборатории ИЭС им. Е. О. Патона производят порошковую проволоку марки ППС-АН2 (модификация ППС-АН1). Проволока обеспечивает хорошие сварочно-технологические свойства при сварке на глубине до 20 м, если коэффициент ее заполнения >32%. Получить герметичный замок при таком коэффициенте заполнения затруднительно. Механические свойства металла швов, получаемых при использовании этой проволоки, приведены в табл. 17.

В1997 г. сотрудники фирмы «Экотехнология» разработали самозащитную порошковую проволоку ППС-ЭК1 для механизированной подводной сварки конструкций из углеродистых и низколегированных сталей типа ВСтЗсп, 09Г2 на глубине до 20 м. Механические свойства соединений получены при сварке этой проволокой стали ВСтЗсп толщиной 14 мм на глубине 4 м в речной воде (угол загиба а определяли согласно методике, изложенной в ANSI / AWS 03.6М для класса «В»):

Проволоку серийно производят на Опытном заводе сварочных материалов ИЭС им. Е. О. Патона по ТУУ 1908312.003-97, она сертифицирована УкрСЕПРО. Ее поставляют для выполнения подводно-технических работ при ремонте портовых сооружений и судов на плаву. Проволоку ППС-ЭК1 можно применять взамен ППС-АН1, ППС-АН5 и ППС-АН2.

Структуры металла швов, выполненных порошковой проволокой ППС-АН1, ППС-АН5, ППС-АН2 и ППС-ЭК1, близки (78, 79, 112, 113]. Основная составляющая всех швов — феррит. Содержание в металле швов других структурных составляющих (бейнита и перлита) зависит от режима сварки, глубины выполнения работ и солености воды. Структуры металла швов, выполненных порошковой проволокой ППС-АН5 и ППС-ЭК1, показаны на рис. 20 и 21. Как видно из фотографий, основная структурная составляющая — феррит с небольшим количеством бейнита.

Рис. 21. Структура металла шва, выполненного порошковой проволокой ППС-ЭК1
Рис. 21. Структура металла шва, выполненного порошковой проволокой ППС-ЭК1
Screenshot_57
Рис. 20. Структура металла шва, выполненного порошковой проволокой ППС-АН5
Рис. 22. Поперечные макрошлифы крестовых образцов, выполненных под водой порошковой проволокой ППС-АН5 на различных режимах: а — сталь 09Г2, сила тока 180 А; б — сталь 09Г2С, сила тока 220 А; в — сталь ЮХСНД, сила тока 180 А; г—сталь ВСтЗсп, сила тока 160 А
Рис. 22. Поперечные макрошлифы крестовых образцов, выполненных под водой порошковой проволокой ППС-АН5 на различных режимах: а — сталь 09Г2, сила тока 180 А; б — сталь 09Г2С, сила тока 220 А; в — сталь ЮХСНД, сила тока 180 А; г—сталь ВСтЗсп, сила тока 160 А

Коррозионные испытания сварных соединений низкоуглеродистых и ряда низколегированных сталей, выполненных с помощью самозащитной порошковой проволоки ППС-АН1 и ППС-АН5. показали, что скорость коррозии металла шва и ЗТВ не выше, чем у основного металла [79,114].

Изучена стойкость сварных соединений, полученных в условиях мокрой сварки под водой с использованием самозащитной порошковой проволоки ППС-АН1 и ППС-АН5, к образованию горячих трещин. Исследования проводили с применением методики качественных характеристик оценки стойкости соединений к образованию горячих трещин на образцах переменной жесткости и крестовых пробах. Установлено [79], что швы, выполненные под водой порошковой проволокой ППС-АН1 и ППС-АН5, не склонны к образованию горячих трещин в рекомендованном диапазоне режимов сварки. Образцы, выполненные под водой порошковой проволокой ППС-АН5, показаны на рис. 22 и

Screenshot_60
Рис. 23. Поперечные макрошлифы образцов «Теккен», выполненных под водой порошковой проволокой ППС-АН5 на различных режимах, а — сталь 09Г2, сила тока 160 А; б — сталь 09Г2С, сила тока 160 А; в — сталь 09Г2С, сила тока 120 А; г— сталь ЮХСНД, сила тока 120 А

рис. 23. Эта тенденция распространяется и на самозащитную порошковую проволоку ППС-АН2 и ППС-ЭК1.

Вся перечисленная порошковая проволока предназначена для сварки низкоуглеродистых и ряда низколегированных сталей, таких как 09Г2, 09Г2С, 19Г и др., имеющих углеродный эквивалент не выше 0,39. При сварке сталей, имеющих более высокие значения углеродного эквивалента, вышеперечисленными порошковыми проволоками в ЗТВ могут образовываться закалочные структуры и холодные трещины [78,94,113,115]. Для получения бездефектных соединений этих сталей группой сотрудников лаборатории подводной сварки ИЭС под руководством А. А. Игнату- шенко была создана порошковая проволока, обеспечивающая получение металла шва с аустенитной структурой [94,116]. В качестве оболочки самозащитной порошковой проволоки использовали никелевую ленту. Проволока обеспечивала сварку под водой во всех пространственных положениях ряда корпусных и трубных сталей с углеродным эквивалентом до 0,43. Проволоку выпускали малыми партиями в лабораторных условиях. В производственных условиях (п. г. т. Черноморское) на глубине Юме помощью такой проволоки был сварен неповоротный трубный образец, выдержавший испытательное давление 20 МПа. Внешний вид 40

№ Сорбирование наплавленного металле ч . на юстированной глубине 1000 м.

Рис. 25. Внешний вид наплавок, полученных на различных глубинах в глубоководной камере С-117
Рис. 25. Внешний вид наплавок, полученных на различных глубинах в глубоководной камере С-117

швов приведен на рис. 24. Кроме этого, были разработаны макетные образцы порошковой проволоки, обеспечивавшие сварку на глубинах до 1200 м. Внешний вид наплавок, полученных на имитационной глубине 1000 м в глубоководной камере С-117, показан на рис. 25.

Анализ данных, представленных в табл. 11-17, показывает, что даже при несложном легировании металл шва имеет достаточно высокий уровень прочности и пластичности, а ударная вязкость при отрицательных температурах в целом ряде сварных соединений выше ударной вязкости основного металла. Разница значений прочностных показателей не препятствует широкому использованию самозащитной порошковой проволоки при ремонте под водой, поскольку конструктивная прочность восстанавливаемых сваркой гидротехнических сооружений и корабельных конструкций является достаточной. Об этом свидетельствует многолетний опыт эксплуатации различных объектов после их ремонта механизированной сваркой с использованием порошковой проволоки [117-120].

Рис. 25. Внешний вид шва неповоротного трубного образца, выдержавшего испытательное давление 20 Мпа

Добавить комментарий