Ковтунов А.И., Плахотный Д.И., Зюзин В.О.

О возможности применения марганцевистой бронзы для сварки труб с силикатно-эмалевым покрытием

Тольяттинский государственный университет

Защита стальных трубопроводов от коррозии, является одной из актуальных задач, стоящей как перед трубной промышленностью и предприятиями, эксплуатирующими различные по назначению трубопроводные системы. Одной из вариантов решения данной проблемы является нанесения силикатно-эмалевого покрытия на внутреннюю или внешнюю сторону трубы, либо в комбинированном исполнении.

В промышленности изготавливаются силикатные эмалевые покрытия, которые применяются для защиты поверхностей трубопроводов работающих в агрессивных средах: грунтовые, покровные (фритты) и безгрунтовые эмали.

Соединение эмалированных труб обычными методами дуговой сварки невозможно без возникновения серьезных дефектов эмалевого покрытия. При сварке эмаль подвергается температурному воздействию дуги, вследствие чего она выгорает и испаряется. В околошовном участке изменение эмали зависит от максимальной температуры сварочной ванны (1300—1500 °С). После сварки структура металла в ЗТВ неоднородна, вследствие чего изменяются условия протекания взаимодействия между металлом и расплавленной эмалью, а также условия образования прочной cвязи эмали с металлом. После затвердения в покрытии могут возникнуть поры, пузыри, макро-, микротрещины и т. п. [1,2].

Поэтому было предложено изменить тепловые условия сварки, а точнее уменьшить температуру сварки до температуры выгорания эмали (800-1000 °С) [3]. Для этого применяли при механизированной сварке плавящимся электродом в среде аргона проволоки из меди и бронзы CuSi3. Эмалевое покрытие при этом практически не разрушалось. Отсутствовало оплавление покрытия. Не наблюдалось и химического взаимодействия эмалевого покрытия с металлом шва, так как химический состав эмалевого покрытия на основном металле и в зоне термического влияния практически не изменяется. Однако механические свойства сварных соединений были не высокие. При сварке с применением электродной проволоки из кремнистой бронзы предел прочности при растяжении был не выше 350МПа, что ниже прочности основного металла труб [3]. Для повышения механических свойств сварных соединений предложили использовать электродную проволоку из медного сплава CuMn13Al7 с пределом прочности при растяжении более 650МПа.

Для определения возможно применения сплава CuMn13Al7 в качестве электродного при сварке труб с внутренним эмалевым покрытием была проведена серия экспериментов. Сварку труб диаметром 108мм и толщиной 3 мм с внутренним силикатно-эмалевым покрытием КФ-90 проводили с использованием электродной проволоки CuMn13Al7 диаметром 1мм. Сварку выполняли на постоянном токе обратной полярности. Для сварки использовали источник питания с подающим механизмом Megatronic BDH – 550. Подготовка и сборка трубных образцов проводилась в соответствии с требованиями ГОСТ 16037-80. Образцы собирались и сваривались с помощью горизонтального вращателя.

Механические свойства сварных соединений определяли путем испытаний на статическое растяжение плоских образцов и статический изгиб (ГОСТ 6996-66). При испытаниях на статическое растяжение готовили три типа образцов: без снятия усиления шва, со снятым усилением шва и с ослабленным сечением металла шва (рис.1).

Проведенные испытания на статическое растяжение показали, что разрушение образцов без снятого усиления и со снятым усилением шва происходит по основному металлу (рис.1). Предел прочности при растяжении при этом составляет более 450МПа. При испытаниях образцов с ослабленным сечением металла шва разрушение наблюдалось по линии сплавления. Значение предела прочности при растяжении составляло более 560 МПа при относительном удлинении 30%.

Рис. 1 Образцы для испытания сварных соединений на статическое растяжение

Испытания на статический изгиб подтвердили целесообразность применения проволоки из сплава CuMn13Al7 для сварки труб с силикатно-эмалевым покрытием. При испытаниях трещины не наблюдались при угле загиба более 160^о (рис.2).

Рис. 2 Образцы после испытаний сварных соединений на статический изгиб

Вывод:

1. Проведенные исследования показали возможность применения для сварки эмалевых труб электродной проволокой из сплава CuMn13Al7. Предел прочности при растяжении металла шва составлял более 560 МПа при относительном удлинении 30%.

Литература:

1. Стеклов О. И. Свариваемость металлов и сплавов // Итоги науки и техники. Сварка. Т. 14. М.: ВИНИТИ. 1982. 70 С.

2. Савицкий А.М. Особенности сварки изделий с защитным эмалевым покрытием/ А.М. Савицкий, В.Н.Ващенко, И.В.Бобров//Автоматическая сварка.- 2006.- №3.-С.37-39.

3. Ковтунов А.И. Сварка труб с силикатно-эмалевым покрытием/ А.И. Ковтунов, Н.С. Алексеев, Д.И. Плахотный, О.В.Танасов //Вектор науки ТГУ.- 2015.- №3-1.-С.60-68.