Рюмшин Вадим Юрьевич, главный сварщик
тер. промзона Тураево, стр. 10, Московская область, г. Лыткарино 140080
Vadim Y. Ryumshin, Chief Welder
Moscow region, Lytkarino
Чевычелов Сергей Александрович, кандидат технических наук, заведующий кафедрой «Машиностроительные технологии и оборудование»
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Sergey A. Chevychelov, Cand. of Sci. (Engineering), Head of the Machine-building Technologies and Equipment DepartmentKursk
Целью исследования является выявление причин возникновения трещин при сварке корпуса сосуда высокого давления из титанового сплава.
Методами цветной дефектоскопии, рентгеноскопии и исследованием шлифов рассмотрены и изучены особенности микроструктуры сварного соединения корпуса сосуда высокого давления из титанового сплава. Выявлены причины возникновения трещин корпусов сосудов высокого давления, которыми являются совокупность внутренних напряжений и особенности конструкций.
Результаты. Исходя из анализа микроструктуры вырезанных образцов следует, что штамповка силового элемента поставлялась без предварительной термообработки. Образование очагов трещин на внутренней поверхности силового элемента, в месте перехода сплава в район площадки крепления, в первую очередь связано с большими объемными внутренними напряжениями, которые дополнительно суммируются с поверхностными напряжениями от механообработки и термическими напряжениями при сварке. Исходя из полученных данных следует, что при использовании специализированной оснастки с медной подкладкой, обеспечивающей поддув инертного газа, сварочные напряжения в зоне шва уменьшаются на несколько порядков, по сравнению с участком, где оснастка была без медной подкладки. В результате проведенного исследования выявлено, что причинами возникновения трещин корпусов сосудов высокого давления является совокупность внутренних напряжений вследствие отсутствия предварительной термической обработки силовых элементов из титанового сплава, входящих в состав сосуда высокого давления, а также напряжений, возникающих при сварке силового элемента с обечайками с учетом особенностей конструкции.
Заключение. Для устранения причины возникновения трещин была проведена дополнительная опытная работа, заключающаяся в наплавке ручной АДС усилительного валика в зону максимальных напряжений силового элемента. Предложенное решение оправдало ожидания – все корпуса сосудов высокого давления прошли гидравлические испытания, что позволило сохранить материальную часть.
Purpose of reseach is to identify the causes of cracks during welding of high-pressure vessel body made of titanium alloy.
Methods. Features of welded joint microstructure of high-pressure vessel body made of titanium alloy are described and studied by color flaw detection methods, fluoroscopy, and examination of the cuts. The causes of cracks in the bodies of pressure vessels are identified. The causes are a combination of internal stresses and structures features.
Results. Based on the analysis of cut samples microstructure, it follows that the stamping of the power element was supplied without preliminary heat treatment. The formation of crack foci on the inner surface of the power element, at the place of alloy transition to the area of the attachment site, is primarily associated with large volumetric internal stresses, which are additionally summed up with surface stresses from machining and thermal stresses during welding. Based on the obtained data, it follows that when using a specialized tooling with a copper backing that provides pressurization of inert gas, welding stresses in a weld area are reduced by several orders of magnitude compared to the area where the tooling was without copper backing. As a result of the study, it was revealed that the causes of cracks in the bodies of high-pressure vessels are a combination of internal stresses due to the lack of preliminary thermal treatment of power elements made of titanium alloy, which are part of a high-pressure vessel, as well as stresses arising during welding of the power element with shells, considering design features.
Conclusion. To eliminate the cause of cracks, additional experimental work was carried out. Surfacing the manual ADF of reinforcing roller into the zone of maximum stresses of the power element was done. The proposed solution met expectations - all the bodies of high-pressure vessels passed hydraulic tests, which made it possible to preserve material part.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.