СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ
METHOD OF ELECTRIC ARC WELDING

Изобретение относится к трубному производству и может быть использовано для изготовления спиральношовных сварных труб большого диаметра для внутрипромысловых и магистральных газонефтепроводов, для трубопроводов атомных и тепловых электростанций, тепловых сетей и т.д.
Спиральношовные трубы имеют специфическую конфигурацию усиления внутреннего шва, характеризующуюся наличием так называемой «седловины», в результате чего формируется сварное соединение с неплавным переходом усиления шва в основной металл, угол перехода приближается к 90°. Образование седловины может иметь место и при сварке прямошовных труб.
При такой форме сварного соединения резко увеличивается концентрация напряжений в околошовной зоне. Поскольку трубы магистральных нефте- и газопроводов работают в условиях малоциклового нагружения и воздействия коррозионно-активных сред, концентрация напряжений в этой зоне приводит к снижению конструктивной прочности и эксплуатационной надежности трубопроводов.
Кроме того, наличие неплавного перехода валика усиления в основной металл приводит к образованию дефектов внутреннего гладкостного покрытия вблизи сварного шва и преждевременному разрушению труб в эксплуатации из-за коррозионного растрескивания. Поэтому перед нанесением покрытия необходимо проведение весьма трудоемкой специальной подготовки трубы, не всегда обеспечивающей стабильное качество покрытия.
Известен способ сварки низкоуглеродистых сталей под смесью плавленых флюсов АН-348А, ОСЦ-45 и др. и керамического флюса АНК-3 (Н.Н.Потапов «Основы выбора флюсов при сварке сталей». С.107. - М.: «Машиностроение», 1979 /1/).
Однако эта смесь неприменима при скоростной многодуговой сварке спиральношовных труб и не обеспечивает получение высокой ударной вязкости металла сварного шва.
Наиболее близким к заявляемому, принятым авторами за прототип, является способ электродуговой сварки спиральношовных труб по патенту RU 2334576 С2, 27.09.2008 /2/.
Однако в основе известного способа /2/ лежит только решение задачи по улучшению формы сварного соединения путем оптимизации величины проплавления внутреннего шва и высоты валика усиления шва без повышения его механических характеристик.
В основе предлагаемого изобретения лежит решение задачи по улучшению формирования внутреннего сварного соединения спиральношовных труб большого диаметра и повышения его механических свойств в условиях высокоскоростной многодуговой сварки труб путем оптимизации состава сварочных флюсов. При этом отличительным признаком заявляемого изобретения от известного по /2/ является подбор состава флюса, а существенной характеристикой данного признака является количественный состав смеси флюсов.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе сварки под смесью плавленого и агломерированного флюса для сварки внутренних швов применяется смесь: плавленый флюс марки АН-47 ДП по ГОСТ Р52222-2004 и агломерированный флюс алюминатно-основного типа по стандарту EN 760:1996 «Флюсы для дуговой сварки под флюсом».
При этом доля плавленого флюса марки АН-47ДП должна быть в пределах 75-92% и агломерированного флюса алюминатно-основного типа - в пределах 25-8%.
Указанная комбинация плавленого и агломерированного флюсов и их соотношение получены опытным путем.
В проведенных экспериментах при сварке труб большого диаметра под смесью обычно применяющихся на трубных заводах плавленых флюсов марок АН-60, АН-65, АН-67 и ряда агломерированных флюсов, в том числе ESAB ОК 10.74, «Lincoln» 995N в различных соотношениях, внутренние спиральные швы формировались с образованием заметной седловины и неплавным переходом валика усиления шва к основному металлу.
Существенное улучшение формирования внутренних спиральных швов с плавным переходом валика усиления шва в основной металл в проведенных экспериментах имело место только при сварке труб под смесью (в определенном соотношении) плавленого флюса марки АН-47ДП по ГОСТ Р52222-2004 и агломерированного флюса марки «Lincoln» 995N, относящегося к группе алюминатно-основного типа по стандарту EN 760:1996.
2
При увеличении доли керамического флюса «Lincoln» 995N более 25% существенно ухудшалось формирование внутреннего спирального шва; при снижении его содержания ниже 8% уровень ударной вязкости металла шва был менее 50 Дж/см на образцах с острым надрезом при температуре испытания минус 20°С, что неприемлемо.
Техническим результатом использования предлагаемого изобретения является получение в условиях скоростной многодуговой сварки труб, внутренние спиральные швы которых формируются с образованием плавного перехода валика усиления шва в основном металле (угол перехода >120°) и высокий уровень ударной вязкости металла шва при отрицательных температурах. Это предопределяет повышение конструктивной прочности труб, уменьшение трудоемкости подготовки труб к нанесению внутреннего покрытия, улучшение его качества.
В соответствии с разработанным способом была изготовлена опытная партия спиральношовных труб размером 1420×21,7 мм из стали марки 10Г2ФБ класса прочности К60 (Х70). Базовый химический состав стали марки 10Г2ФБ приведен в таблице.
Химический состав стали марки 10Г2ФБ
Массовая доля химических элементов, %, не более
углерод
марганец
кремний
ванадий
ниобий
сера
фосфор
алюминий
титан
молибден
0,12
1,85
0,50
0,12
0,08
0,006
0,020
0,02-0,05
0,035
0,30
Примечания:
1. Допускается массовая доля хрома, никеля, меди не более 0,3% каждого, их суммарная массовая доля не должна превышать 0,60%.
2. Суммарная массовая доля ниобия, ванадия и титана должна быть не более 0,16%.
3. Массовая доля азота в стали должна быть не более 0,010%.
4. При каждом снижении массовой доли углерода относительно максимальной на 0,01% допускается увеличение массовой доли марганца выше указанного максимума на 0,05%, но не более 2,00%.
Сварку внутреннего шва проводили низкоуглеродистой низколегированной проволокой под смесью флюсов АН-47ДП - 90% и «Lincoln» 995N - 10%.
-20
2
В трубах отмечено хорошее формирование внутреннего спирального шва: седловина не превышает 0,8 мм мм, валик усиления шва имеет плавный переход к основному металлу - угол перехода составляет >120°; ударная вязкость на образцах с острым надрезом по центру шва при температуре испытания минус 20°С KCV≥60 Дж/см.
Таким образом, изготовлены спиральношовные трубы большого диаметра из высокопрочной стали марки 10Г2ФБ, сварные соединения которых обеспечивают высокую эксплуатационную надежность трубопроводов.