Применение электронов УОНИ-13 в атомной и тепловой энергетике
Подробности- Подробности
- Опубликовано 18.10.2015 13:20
- Просмотров: 3114
Электроды марки УОНИ-13 широко применяются при производстве и ремонте в атомной и тепловой индустрии для ручной дуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей, уровень прочностных свойств которых не превышает 600 МПа.
Сварные соединения показали высокую надежность и работоспособность при действии статических и циклических нагрузок как в исходном состоянии после сварки, так и после термической обработки по режиму отпуска. Необходимо отметить, что высокий уровень свойств сварных соединений отмечался не только при комнатной температуре, но и при действии повышенных температур вплоть до 400°С. Это подтверждается многочисленными исследованиями, выполненными различными авторами.
Механические свойства при однократном растяжении
При сварке углеродистых и низколегированных сталей электродами типа УОНИ-13 обеспечивается уровень прочности наплавленного металла не ниже 360 МПа. Однако согласно требованиям ПНАЭ Г-7- 002-86, этот уровень для электродов УОНИ-13/45 несколько ниже как при комнатной (20оС), так и при повышенной (350°С) температурах, что демонстрируют данные Таблицы 1.
Фактические свойства металла сварных швов, как правило, выше уровня свойств, установленных документацией. Они были определены по результатам статистической обработки результатов на однократный разрыв не менее 15-ти контрольных проб, выполненных теми и другими электродами. Исходная выборка по каждому значению свойств представляла собой результаты испытаний не менее 10 образцов, а сами результаты приведены на рисунке 1.
Как следует из представленных данных, диапазоны изменения того или иного свойства для обоих типов электродов находятся примерно в одинаковых пределах по абсолютным величинам. Так, предел прочности между 500 и 640 МПа, предел текучести – между 310 и 530 МПа, относительное удлинение – между 18 и 36%, относительное сужение – между 67 и 82%. При этом нижний уровень свойства при комнатной температуре, кроме относительного удлинения, обеспечивается с вероятностью более 99%. Это является свидетельством высокой стабильности механических свойств электродов марки УОНИ-13.
Влияние многократных отпусков
Очень часто при изготовлении оборудования с использованием этих электродов применяют термическую обработку по различным режимам. Наряду с однократным отпуском при температуре 650-670°С в течение 10 часов эта процедура может повторяться неоднократно, и суммарное время выдержки может достигать 100 часов, естественно, отражаясь на изменении структуры и механических свойств. Для проверки были проведены механические испытания металла швов, выполненных электродами УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55, после различного количества отпусков (Таблица 2).
Прочность и пластичность металла шва при статическом растяжении практически не изменяются с увеличением кратности указанного термического воздействия. Это свидетельствует о высокой стабильности наплавленного металла. Металлографические исследования показали, что некоторое различие в структуре после однократного и многократных отпусков все же имеет место. Во всех случаях наплавленный металл имеет ферритно-перлитную структуру со значительным количеством мелкодисперсных карбидов, содержание которых непрерывно растет с увеличением количества отпусков. Размер зерна по мере увеличения длительности термического воздействия практически не изменяется. Такое изменение структуры обычно не отражается на механических характеристиках материала при статическом растяжении, но может привести к некоторому изменению свойств при повторно-статическом упругопластическом деформировании.
Для определения характеристик материала при малоцикловом на-гружении были испытаны при 20°С образцы, вырезанные из сварных проб. Результаты испытаний представлены на рисунке 2 в виде усталостных кривых в координатах амплитуда полной деформации (ε0)– число циклов до разрушения. Представленные зависимости наглядно демонстрируют существенное различие сопротивления разрушению металла шва, выполненного электродами марки УОНИ-13/55, после однократного и многократных отпусков: кривая усталости после одного отпуска расположена заметно ниже всех остальных. Для металла шва после 5, 8 и 10 отпусков отмечается некоторое возрастание сопротивления разрушению по мере увеличения числа отпусков, но оно значительно меньше по сравнению с различием, наблюдаемым для того же металла после 1 и 5 отпусков. Относительно низкое сопротивление малоцикловому разрушению металла шва после однократного отпуска, по-видимому, связано с тем, что такой вид термической обработки не вызвал заметного улучшения неравновесной литой структуры металла, имеющей место в исходном состоянии, т.е. однократный отпуск не позволяет в данном случае устранить последствия сварки.
Поведение металла шва, выполненного менее прочными электродами УОНИ-13/45, после различного количества отпусков заметно отличается. Основное отличие – это отсутствие влияния многократных отпусков на изменение сопротивления малоцикловому разрушению (рисунки 2б и 3). Преимущество электродов УОНИ-13/45 над более прочными наглядно видно из рисунка 3 при сравнении положения кривых в координатах
– относительная деформация соответственно в исходном состоянии и после отпуска, - продолжительность выдержки металла в печи. Однако такое преимущество отмечается в том случае, если при изготовлении металл шва не подвергается нагреву при температуре отпуска с суммарной выдержкой менее 20 часов.
Влияние теплового и деформационного старения
Старение - это изменения состояния металла, которые могут происходить с течением времени при внешних воздействиях или без них. Различают старение при термической обработке, при длительном температурном воздействии, при деформировании (деформационное старение), при эксплуатационных и термомеханических воздействиях и другие.
В результате старения, как правило, происходит изменение механических свойств металла. Учитывая обязательность выполнения пункта 7.6.3 ПНАЭ Г-7-008-89, в нашей стране и других странах были выполнены многочисленные испытания образцов, вырезанных из трубопроводов после 100 тыс. часов эксплуатации, что позволило накопить большое количество данных.
Применительно к сварным швам, выполненным электродами УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55, эти данные [3-6] представлены на рисунках 4-5. Из представленных на рисунке 4 данных видно, что в интервале температур 250-350°С происходит некоторое повышение предела прочности (максимальное при 300°С) и заметное падение относительного поперечного сужения (при той же температуре). В первую очередь это отмечается для металла шва, выполненного электродами УОНИ-13/45 в исходном состоянии после сварки. Причем для более прочных электродов (УОНИ-13/55) изменение выражено в меньшей степени (рис.5).
В то же время для шва после отпуска продолжительностью 15 час изменение механических свойств минимальное.
Сопротивление хрупкому разрушению
Изучение сопротивления хрупкому разрушению конструкций из углеродистой стали низкой прочности приобрело актуальность в связи с необходимостью определения условий безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов с толщиной стенки более 36 мм, широко применяющихся как в энергетическом машиностроении, так и других областях современной техники.
При этом большое внимание, как правило, уделяется наряду с определением температурных критериев (ТKO – критической температуры хрупкости при испытании на удар или ТNDT – температуры нулевой пластичности) получению таких характеристик разрушения, которые позволяют произвести расчетную оценку допускаемых условий нагружения конструкции. Такая оценка становится возможной при использовании принципов линейной механики разрушения с определением К1С, d 1С, J1C. Известно, что хрупкое разрушение - это развитие неустойчивой, быстро распространяющейся трещины в основном при номинальном напряжении ниже предела текучести материала, когда на поверхности излома обнаруживается незначительная пластическая деформация. Хрупкая трещина может возникнуть от острого дефекта, надреза или трещины непосредственно или после вязкого подрастания трещины. При этом К1С представляет собой характеристику сопротивления материала возникновению хрупкого разрушения в области упругих деформаций. На рисунке 6 представлены экспериментальные данные по этому критерию для различных партий электродов в координатах КIC – приведенная температура (Т – ТК). К1С, МПа · м1/2
Заключение
Электроды марок УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55 нашли широкое применение при изготовлении и ремонте оборудования и трубопроводов первого контура АЭС с реакторами разного типа. Они обладают хорошей стабильностью механических свойств при действии статических и циклических нагрузок.
Комментарии
RSS лента комментариев этой записи