Обоснование получения мелкозернистой структуры сварных соединений при высокоинтенсивном импульсном воздействии на сварочный контур

Эффективным методом повышения надежности эксплуатации объектов тепловой и атомной энергетики является повышение качества изготовления, монтажа и ремонта их теплового и генерирующего энергетического оборудования. Одним из путей улучшения качества, технологических и служебных свойств сварных соединений в процессе их выполнения является влияние на структуру кристаллизующегося металла тепловым, электрическим высокоинтенсивным импульсном воздействием для ее измельчения. В настоящей работе предлагаются результаты экспериментального исследования по обоснованию мелкозернистой структуры сварных соединений, полученных с помощью ручной дуговой сварки покрытыми электродами при высокоинтенсивном импульсном воздействии (QPS) частотой f_и.г.= 40×10³ Гц, напряжением U_и.г.= 80,0 В, на сварочный контур. Для оценки влияния высокоинтенсивного импульсного воздействия на сварочный контур, включая плазму дугового разряда и структуру получаемого шва можно воспользоваться энергетическими характеристиками процесса. В качестве энергетических характеристик сварочного процесса были выбраны сварочный ток I_св.пр., напряжение на дуговом разряде U_д.пр., мощность P_пр. Были получены осциллограммы указанных характеристик, а также определены значения максимального импульсного значения мощности, выделяемой в сварочном контуре при воздействии на него QPS и без его применения. Выполнена энергетическая оценка ввода дополнительного высокоинтенсивного импульсного воздействия на сварочный контур как ультразвуковой энергии для кавитации поверхностного слоя сварочной ванны при QPS. Дуговой разряд постоянного тока при наложении на него высокоинтенсивного импульсного воздействия частотой f_и.г.= 40×10³ Гц (QPS) является источником кавитации жидкой фазы металла сварочной ванны в ограниченном поверхностном слое заданной толщины. Можно предположить, что кристаллизация ванны идет слоями при воздействии на сварочный контур высокоинтенсивного импульсного воздействия частотой f_и.г.=40×10³ Гц (QPS). При этом происходит надлом растущих кристаллов при колебаниях жидкой фазы за счет сил трения, воз­никающих между движущейся жидкой фазой и растущим кристаллом.
В месте надлома кристалла образуются зоны динамически переохлажденного металла, что ведет к появлению новых центров кристаллизации, возникает мелкозернистая структура сварного шва.

1. Чернов А.В., Полетаев Ю.В., Кавришвили З.О., Бурдаков С.М. Повышение устойчивости горения дуги при сварке покрытыми электродами. Чернов А.В., Полетаев Ю.В., Кавришвили З.О., Бурдаков С.М. Повышение устойчивости горения дуги при сварке покрытыми электродами. Сварочное производство. 2000;(2):7–9. 2000;(2):7–9. Режим доступа: https://bik.sfu-kras.ru/elib/view?id=PRSV-svar/2000/2 (дата обращения: 25.08.2023).

2. Хромченко Ф.А. Надежность сварных соединений труб котлов и паропроводов. Москва: Энергоиздат, 1982. 120 с. Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01001115162 (дата обращения: 01.09.2023).

3. Бурдаков С.М., Орехов М.И. Анализ способов повышения и критериев оценки устойчивости сварочного дугового разряда. Инженерный вестник Дона. 2016;2. Режим доступа: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2016/3594 (дата обращения: 25.08.2023).

4. Бурдаков С.М. Дамаскина М.Б., Желецкий Д.И. Исследование структуры металла сварных соединений при импульсном воздействии на дуговой разряд. Глобальная ядерная безопасность. 2021;11(1):38–43. https://doi.org/10.26583/gns-2021-01-04

5. Болдырев А.М. О механизме формирования структуры металла шва при введении низкочастотных колебаний в сварочную ванну. Сварочное производство. 1976;(2):52–55. Режим доступа: https://rusneb.ru/catalog/000200_000018_rc_

6. _1000650114/ (дата обращения: 01.09.2023).

7. Славин Г.А., Столпнер Е.А., Морозова Т.В., Маслова Н.Д., Хорошева В.Б. Управление процессом кристаллизации путем динамического воздействия дуги. Сварочное производство. 1974;(8):2–3. Режим доступа: https://djvu.online/file/uYUmHfohtfC9j (дата обращения: 01.09.2023).

8. Бурдаков С.М., Чернов А.В., Полетаев Ю.В., Полежаев С.В., Прокопенко В.В. Повышение устойчивости дугового разряда и качества соединений при сварке покрытыми электродами. Новые методы теоретических и экспериментальных исследований материалов, приборов и технологий: сборник научных трудов Волгодонского института Новочеркасского государственного технического университета. Новочеркасск: Набла, 2001. С. 111–115. Режим доступа: https://rusneb.ru/catalog/004191_000025_DONPB-RU_DSPL_3027404/ (дата обращения: 25.08.2023).

9. Бурдаков С.М. Механизм повышения ударной вязкости соединений при импульсном воздействии на сварочный контур. Глобальная ядерная безопасность. 2016;7(3)20:51–56. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=27382024 (дата обращения: 25.08.2023).

10. Букаров В.А., Ермаков С.С., Дорина Т.А. Оценка стабильности дуговой сварки по осциллограммам процесса с использованием статистических методов. Сварочное производство. 1990;(12):30–32. Режим доступа: https://djvu.online/file/zovZ6Y5cqqdqt (дата обращения: 01.09.2023).

11. Бурдаков С.М., Чернов А.В., Цуверкалова О.Ф., Зокиров К.Д. Управление газодинамическими характеристиками дугового разряда с помощью квазигармонической компоненты питания. Безопасность ядерной энергетики: тезисы докладов ХVI Международной научно-практической конференции, 12-13 ноября 2020 г. Волгодонск: ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2020. С. 63–66. ISBN 978-5-72622472-5. Режим доступа: https://nps.viti-mephi.ru/ru/arhiv-konferencii (дата обращения: 01.09.2023).

12. Бурдаков С.М., Козловцев В.М. Исследование параметров дугового разряда с комбинированной системой питания. Глобальная ядерная безопасность. 2014;2(11):54–58. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=22254712 (дата обращения: 01.09.2023).

13. Бурдаков С.М. Методы диагностики плазменно-дуговых процессов при импульсном воздействии на сварочный контур. Альманах современной науки и образования. 2014;11(89):41–45. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=22265549 (дата обращения: 25.08.2023).

14. Burdakov S.M., Chernov A.V., Poletaev Y.V., Polezhaev S.V. Physical model of electric arc discharge with the application of high frequency voltage. Welding International. 2002;16(4):317–319. https://doi.org/10.1080/09507110209549537

15. Голямина И.П. Ультразвук. Москва: Советская энциклопедия, 1979. 400 с. Режим доступа: https://djvu.online/file/eVdvBKuTNbN8W (дата обращения: 01.09.2023).

16. Дюргеров Н.Г., Сагиров Х.Н., Ленивкин В.А. Оборудование для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом. Москва: Энергоатомиздат, 1985. 80 с. Режим доступа: https://djvu.online/file/aPi0Asb8krza2 (дата обращения: 25.08.2023).