Preview

Известия Юго-Западного государственного университета

Расширенный поиск

ДИФФУЗИЯ ВОДОРОДА В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

https://doi.org/10.21869/2223-1560-2017-21-6-85-95

Полный текст:

Аннотация

Высокопрочные низколегированные стали очень широко используются в строительных сварных металлоконструкциях. Основным преимуществом указанных сталей является хорошее сочетание прочно-сти и ударной вязкости, а также их свариваемость. Однако при сварке высокопрочных низколегиро-ванных сталей, в процессе охлаждения сварного шва до температуры ниже 150-100 °С может существовать риск возникновения в зоне сварного соединения объемных дефектов кристаллического строения - холодных трещин. Экспериментально установлено, что одним из факторов, способствующих образованию таких холод-ных трещин, может быть окклюзия водорода, в атмосфере плазмы дуги в затвердевающем металле сварного шва, из которого диффузионный водород может диффундировать в различные области сварного шва, после охлаждения. Водородное растрескивание обычно имеет замедленный характер, т.е. трещины могут возникнуть через несколько дней после завершения процесса сварки. Как правило, водородное растрескивание происходит либо в исходной стали в околошовной зоне, либо в металле сварного шва, что важно, актуально и давно исследуется различными научными школами. Современные технологии обработки высокопрочных низколегированных сталей значительно улучшили качество основного материала путем снижения количества углерода и примесей, что повысило устойчивость сварного шва в зоне термического влияния (ЗТВ) к индуцированному водородом холодному растрескиванию. В статье представлены современные подходы к определению коэффициента диффузии водорода в сварных соединениях высокопрочных низколегированных сталей. С учетом температуры, градиента химического потенциала и условий непрерывности рассмотрен процесс массопереноса водорода под влиянием диффузионно-неоднородных сред. Показано, что локальные эффекты изменения давления и химического потенциала возможно описать, используя уравнение обобщенного потенциала диффундирую-щего вещества. Представлены аналитические выражения для определения кажущегося коэффициента диффузии водорода на различных локальных участках сварного соединения в зависимости от температуры.

Об авторах

Н. Н. Сергеев
ФГБОУ ВПО «ТГПУ им. Л.Н Толстого»
Россия


А. Н. Сергеев
ФГБОУ ВПО «ТГПУ им. Л.Н Толстого»
Россия


С. Н. Кутепов
ФГБОУ ВПО «ТГПУ им. Л.Н Толстого»
Россия


А. Е. Гвоздев
ФГБОУ ВПО «ТГПУ им. Л.Н Толстого»
Россия


Е. В. Агеев
ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»
Россия


Список литературы

1. Okuda N., Ogata Y., Nishikawa Y., Aoki T., Goto A., Abe T. Hydrogen-induced cracking susceptibility in high-strength weld metal. Welding Journal, 1987, vol. 66, pp. 141-146 s.

2. Yatake T., Yurioka N. Studies of delayed cracking in steel weldments (Report 3). Journal of the Japan Welding Society. 1981, vol. 50, no. 3, pp. 291-296.

3. Suzuki H., Yurioka N. Prevention against cold cracking in welding steels. Australian Welding Journal, 1982, vol. 27, pp. 9-27.

4. Karppi R. A. Stress Field Parameter for Weld Hydrogen Cracking. Technical Research Centre of Finland Publications. 1982, no. 9, 119 p.

5. Graville B.A. A survey review of weld metal hydrogen cracking. Welding in the World, 1986, vol. 24, no. 9/10, pp. 190-199.

6. An analysis of microstructure, strain and stress on the hydrogen accumulation in the weld heat-affected zone / Yurioka N., Ohshita S., Nakamura H., Asano K. IIW-Doc. IX-1161-80. Nippon Steel Corporation, The International Institute of Welding, Japan, 1980. 18 p.

7. Yurioka N. A review of numerical analyses on the hydrogen diffusion in welding of steel. IIW-Doc. IX-1553-89. Nippon Steel Corporation, The International Institute of Welding, Japan, July 1989. 15 p.

8. Yurioka N. Predictive methods for prevention and control of hydrogen assisted cold cracking. IIW-Doc. IX-1938-99. Nippon Steel Corporation, The International Institute of Welding, Japan, 1999. 16 p.

9. Yurioka N. Diffusion and accumulation of hydrogen in multiple-pass welds. Special Visitors Lectures. Nippon Steel Corporation, Chiba, Japan, 1999.

10. Porter D.A., Easterling K.E. Phase Transformations in Metals and Alloys. Chapman & Hall, London, U.K., 1992. 514 p.

11. Роль пиковых напряжений в образовании холодных трещин в сварных соединениях закаливающихся сталей / Ю.А. Стеренбоген, Д.В. Васильев, Э.Л. Демченко, Д.П. Новикова // Автомат. сварка. 2006. № 4. С. 11-20.

12. Махненко В.И. Ресурс безопасной эксплуатации сварных соединений и узлов современных конструкций. Киев: Наук. думка, 2006. 618 с.

13. Гавронойский А.А. Влияние диффузионного водорода на сопротивляемость замедленному разрушению сварных соединений высокоуглеродистой стали // Автомат. сварка. 2013. № 5. С. 15-21.

14. Yurioka N., Nakamura H. Investigation of the mass diffusion equation with activity as a variable. Journal of the Japan Welding Society, 1979, vol. 48, no. 9, pp. 726-730.

15. Sleptsov O.I., Mikhailov V.E., Smiyan O.D. Relationship between the delayed fracture process in-welds and kinetics of hidrogen reedistribution. Document MIS 1X-1557-89, 1989. 28 p.

16. Шаповалов В.И. Легирование водородом. Днепропетровск: Журфонд, 2013. 385 с.

17. Шоршоров М.Х. Металловедение сварки стали и сплавов титана. М.: Наука, 1965. 336 с.

18. Чернышева Т.А. Границы зерен в металле сварных соединений. М.: Наука, 1986. 125 с.

19. Сергеев Н. Н. Механические свойства и внутреннее трение высокопрочных сталей в коррозионных средах: автореф. дис.. д-ра. техн. наук: 01.04.07. Самара, 1996. 38 с.

20. Johnson E.W., Hill M.L. The diffusivity of hydrogen in alpha iron. Transactions of the Metallurgical Society of AIME, 1960, vol. 218, pp. 1104-1112.

21. Oriani R.A. The diffusion and trapping of hydrogen in steel. Acta Metall, 1970, vol. 18, pp. 147-157.

22. Процессы взаимной диффузии в сплавах: монография / И.Б. Боровский, К.П. Гуров, И.Д. Марчукова, Ю.Э. Угасте; под. ред. К.П. Гурова. М.:Наука, 1978. 359 с.

23. Взаимная диффузия в многофазных металлических системах / К.П. Гуров, Б.А. Карташкин, Ю.Э. Угасте; под ред. К.П. Гурова. М.: Наука, 1981. 350 с.

24. Технология металлов и сплавов: учебник / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, В.И. Золотухин, А.Н. Сергеев, А.Д. Бреки, О.В. Кузовлева, Г.М. Журавлев, Д.А. Провоторов; под. ред. проф. Н.Н. Сергеева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 490 с.

25. Сопряженные поля в упругих, пластических, сыпучих средах и металлических труднодеформируемых системах: монография / Э.С. Макаров, В.Э. Ульченкова, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев; под ред. проф. А.Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 526 с.

26. Теория пластичности дилатирующих сред: монография / Э.С. Макаров, А.Е. Гвоздев, Г.М. Журавлев; под. ред. проф. А.Е. Гвоздева. 2-е изд. перераб. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 337 с.

27. Роль процесса зародышеобразования в развитии некоторых фазовых переходов второго рода / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, И.В. Тихонова, А.Г. Колмаков // Материаловедение. 2015. № 1. С. 15-21.

28. Влияние деформационной повреждаемости на формирование механических свойств малоуглеродистых сталей / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов // Производство проката. 2015. № 12. С. 9-13.

29. Формирование механических свойств углеродистых сталей в процессах вытяжки с утонением / А.Е. Гвоздев, Г.М. Журавлев, А.Г. Колмаков // Технология металлов. 2015. № 11. С. 17-29.

30. Влияние разнозернистости аустенита на кинетику перлитного превращения в мало- и среднеуглеродистых низколегированных сталях / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Д.А. Провоторов, И.В. Минаев, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова // Материаловедение. 2014. № 7. С. 23-26.

31. Особенности протекания процессов разупрочнения при горячей деформации алюминия, меди и их сплавов / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Д.Н. Боголюбова, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, Д.А. Провоторов // Материаловедение. 2014. № 6. С. 48-55.

32. Распределение температур и структура в зоне термического влияния для стальных листов после лазерной резки / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, А.Г. Колмаков, И.В. Тихонова, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, Д.М. Хонелидзе, Д.В. Малий, И.В. Голышев // Материаловедение. 2016. № 9. С. 3-7.

33. Механизмы водородного растрескивания металлов и сплавов, связанные с усилением дислокационной активности / Н.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2017. Т. 21, № 2(71). С. 32-47.

34. Анализ теоретических представлений о механизмах водородного растрескивания металлов и сплавов / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2017. Т. 21, № 3(72). С. 6-33.

35. Перспективные стали для кожухов доменных агрегатов / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, С.Н. Кутепов, О.В. Кузовлева, Е. В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2017. Т. 7, № 2(23). С. 6-15.


Для цитирования:


Сергеев Н.Н., Сергеев А.Н., Кутепов С.Н., Гвоздев А.Е., Агеев Е.В. ДИФФУЗИЯ ВОДОРОДА В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ. Известия Юго-Западного государственного университета. 2017;21(6):85-95. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2017-21-6-85-95

For citation:


Sergeev N.N., Sergeev A.N., Kutepov S.N., Gvozdev A.E., Ageev E.V. DIFFUSION OF HYDROGEN IN WELDED JOINTS OF STRUCTURAL STEELS. Proceedings of the Southwest State University. 2017;21(6):85-95. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1560-2017-21-6-85-95

Просмотров: 40


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2223-1560 (Print)
ISSN 2686-6757 (Online)