Анализ причин возникновения трещин при сварке корпуса сосуда высокого давления из титанового сплава

Целью исследования является выявление причин возникновения трещин при сварке корпуса сосуда высокого давления из титанового сплава.

Методами цветной дефектоскопии, рентгеноскопии и исследованием шлифов рассмотрены и изучены особенности микроструктуры сварного соединения корпуса сосуда высокого давления из титанового сплава. Выявлены причины возникновения трещин корпусов сосудов высокого давления, которыми являются совокупность внутренних напряжений и особенности конструкций.

Результаты. Исходя из анализа микроструктуры вырезанных образцов следует, что штамповка силового элемента поставлялась без предварительной термообработки. Образование очагов трещин на внутренней поверхности силового элемента, в месте перехода сплава в район площадки крепления, в первую очередь связано с большими объемными внутренними напряжениями, которые дополнительно суммируются с поверхностными напряжениями от механообработки и термическими напряжениями при сварке. Исходя из полученных данных следует, что при использовании специализированной оснастки с медной подкладкой, обеспечивающей поддув инертного газа, сварочные напряжения в зоне шва уменьшаются на несколько порядков, по сравнению с участком, где оснастка была без медной подкладки. В результате проведенного исследования выявлено, что причинами возникновения трещин корпусов сосудов высокого давления является совокупность внутренних напряжений вследствие отсутствия предварительной термической обработки силовых элементов из титанового сплава, входящих в состав сосуда высокого давления, а также напряжений, возникающих при сварке силового элемента с обечайками с учетом особенностей конструкции.

Заключение. Для устранения причины возникновения трещин была проведена дополнительная опытная работа, заключающаяся в наплавке ручной АДС усилительного валика в зону максимальных напряжений силового элемента. Предложенное решение оправдало ожидания – все корпуса сосудов высокого давления прошли гидравлические испытания, что позволило сохранить материальную часть.

1. Хорев М. А., Хорев А. И. Титановые сплавы, их пpименение и пеpспективы pазвития // Материаловедение. 2005. № 7. С. 25-34. EDN KNXORH.

2. Бабко А. П., Клешнина О. Н. Технологические особенности лазерной сварки титановых сплавов // Молодежь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований: материалы II Всероссийской национальной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Комсомольск-на-Амуре, 08–12 апреля 2019 года. Комсомольск-на-Амуре: Комсомольский-на-Амуре государственный университет, 2019. С. 24-26. EDN NBUAYL.

3. Онучин С. В., Проскурин В. Д. Автоматическая аргонодуговая сварка криволинейных швов изделий из титана // Промышленность: новые экономические реалии и перспективы развития: сборник статей I Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием): в 2 ч., Оренбург, 17 мая 2017 года. Оренбург: Агентство Пресса, 2017. С. 232-237. EDN ZNMRZH.

4. Солодков М. Ж., Синица А. Н. Компьютерное моделирование температурных полей при сварке титана // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы Международной научно-технической конференции / редколлегия: М.Е. Лустенков [и др.]. Могилев: Межгосударственное образовательное учреждение высшего образования "Белорусско-Российский университет", 2019. С. 169. EDN CZKDWA.

5. Барменков В. В. Особенности сварки титана // Вестник магистратуры. 2019. № 1-2(88). С. 74-75. EDN YVSSRN.

6. Owa T., Kondo T., Takizawa H. Welding Int. 2010. Vol.24. P. 182-187.

7. Шишокин М. В. Сварка титана // Научному прогрессу – творчество молодых. 2018. № 2. С. 55-56. EDN YKWAPB.

8. Улановская А. И., Евин А. М., Бахматов П. В. Исследование влияния качества присадочной проволоки на свойства сварных соединений из сплава ВТ 20 // Металлургия: технологии, инновации, качество: труды XXI Международной научно-практической конференции: в 2 ч. / под ред. Е.В. Протопопова. Новокузнецк: Сибирский государственный индустриальный университет, 2019. С. 335-339. EDN RWYOPB.

9. Технологические особенности сварки титана импульсной дугой / С. А. Соловьев, В. И. Денисов, Б. А. Матюшкин, А. А. Толкачев // Сварочное производство. 2017. № 3. С. 3-8. EDN WOFJJM.

10. Коломенский А. Б., Шахов С. В., Коломенский Б. А. Влияние газонасыщенных слоёв и оксидных плёнок на ударную вязкость титановых сплавов различных групп прочности // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2017. Т. 13. № 2. С. 132-139. EDN YKJXFX.

11. Zhu Z.X., Marimuthu M., Kuzmikova L. et al. Influence of Ti/N ratio on simulated CGHAZ microstructure and toughness in X70 steels // Science and Technology of Welding and Joining. 2013. Vol. 18, no. 1. Р. 45-51.

12. Yan W., Shan Y.Y., Yang K. Influence of TiN inclusions on the cleavage fracture behavior of low-carbon microalloyed steels // Metallurgical and Materials Transactions A. 2007. Vol. 38, no. 6. P. 1211-1222.

13. Echeverría A., Rodriguez-Ibabe J. M. The role of grain size in brittle particle induced fracture of steels // Materials Science and Engineering: A. 2003. Vol. 346, no. 1-2. P. 149-158. DOI 10.1016/S0921-5093(02)00538-5. EDN KLIILV.

14. Влияние термической обработки на формирование структуры и уровень механических свойств высоколегированного титанового сплава / И. Р. Козлова, Е. В. Чудаков, Н. В. Третьякова [и др.] // Вопросы материаловедения. 2019. № 4(100). С. 28-41. DOI 10.22349/1994-6716-2019-100-4-28-41. EDN SQBXNP.

15. Рюмшин В. Ю., Чевычелов С. А. Исследование возможности применения активирующего флюса для повышения производительности аргонодуговой сварки жаропрочного никелевого сплава ХН60ВТ // Сварочное производство. 2022. № 9. С. 45-49.

16. Структурно-фазовые превращения при сварке высоколегированного сплава титана / В. И. Михайлов, И. Р. Козлова, С. В. Кузнецов [и др.] // Вопросы материаловедения. 2021. № 3(107). С. 63-81. DOI 10.22349/1994-6716-2021-107-3-63-81. EDN UXULMN.

17. Программное обеспечение машинной графики / А.А. Котельников, А.Ю. Головенков, А.С. Натаров, В.Ю. Рюмшин. Курск: Юго-Западный гос. ун-т., 2019. 231 с.

18. Лясоцкая В. С. Термическая обработка сварных соединений титановых сплавов / под ред. Б.А. Колачева. М.: Экомет, 2003. 351 с. EDN QMZLMD.

19. Хорев А. И. Основы термической обработки и сварки высокопрочных (α+β)- титановых сплавов // Технология машиностроения. 2013. № 8. С. 5-11. EDN RTKTVD.