Justification of obtaining fine-grained structure of welded joints at high-intensity impulse effect on welding circuit

An effective method of improving the reliability of operation of thermal and nuclear power facilities is to improve the quality of manufacture, installation and repair of their thermal and generating power equipment. One of the ways to improve the quality, technological and service properties of welded joints in the process of their implementation is to influence the structure of the crystallizing metal by thermal, electric high-intensity impulse effect for its grinding. This work proposes the results of an experimental study to substantiate the production of a fine-grained structure of welded joints obtained using manual arc welding with coated electrodes at a high-intensity impulse effect (QPS) with a f_i.g.= 40×10³ Gts frequency, voltage U_i.g.= 80.0 V, on the welding circuit. The energy characteristics of the process can be used to assess the effect of high-intensity impulse action on the welding circuit, including the arc plasma and the structure of the resulting weld. As the energy characteristics of the welding process, the welding current I_wd, the voltage on the arc discharge U_d, the power R_p. Oscillograms of the specified characteristics were obtained, as well as the values of the maximum (peak) and average power released in the welding circuit when QPS is exposed to it and without its use were determined. Energy evaluation of input of additional high-intensity pulse effect on welding circuit as ultrasonic energy for cavitations of surface layer of welding bath at QPS was performed. Direct current arc discharge at application of high-intensity pulse effect with frequency of f_i.g.= 40×10³Gts (QPS) is source of cavitations of liquid phase of metal of welding bath in limited surface layer of preset thickness. It can be assumed that the crystallization of the bath takes place in layers when the welding circuit is subjected to high-intensity pulse exposure with a frequency of f_i.g.= 40×10³ Gts (QPS). In this case, the growing crystals break when the liquid phase oscillates due to friction forces arising between the moving liquid phase and the growing crystal. At the site of crystal fracture, zones of dynamically super cooled metal are formed, which leads to the appearance of new crystallization centers, and a fine-grained structure of the weld appears.

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).