Технические новинки Vol.32

Vol.32: Новые сварочные проволоки SAW FAMILIARC™, US-29HK /TRUSTARC™, PF-H55LT-N для генераторов морских ветряных электростанций

1.Предисловие

Дуговая сварка под флюсом (SAW) широко распространена, и в Японии около 11% сварочных материалов расходуется для SAW. Этот вид сварки применяется, в основном, для выполнения длинных прямых соединений в стальных трубах и трубопроводах, стальных конструкциях и мостах, а также в кораблестроении и химико-технологических установках.

Более половины всех сварочных материалов для SAW используется всего в трех областях: строительстве стальных трубопроводов, стальных конструкций и мостов, а также в кораблестроении. При этом на строительство стальных конструкций и мостов, а также кораблестроение приходится более высокая доля потребления сварочных материалов SAW, чем на строительство трубопроводов.

С 2000 года во всем мире стабильно растет интерес к альтернативной энергетике с меньшим объемов эмиссий CO₂, в связи с необходимостью искать решение экологическим проблемам, в частности, глобальному потеплению. Многие страны ускоренными темпами переходят на энергетику возобновляемых источников, в частности, ветряную и солнечную. Особенно в Европе, где есть отличные условия для ветряной энергетики, широко распространились ветряные электрогенераторы. Более того, в последнее время внимание привлекают крупные генераторы, позволяющие увеличить производственную мощность морских ветровых электростанций (ВЭС).

2.Характеристики сварочной проволоки [F]US-29HK в сочетании с флюсом [T]PF-H55LT-N

Как показано в Таблице 1, [T]PF-H55LT-N для сварки SAW - это керамический флюс на основе фтора, широко применимый даже для сварки швов с тонкой разделкой благодаря оптимальному составу компонентов. В сочетании со сварочной проволокой [F]US-29HK для SAW он дает стабильную ударную вязкость при температурах до -60 ° C и может применяться как с переменным (AC), так и с постоянным током обратной полярности (DCEP). Он также рекомендуется для применения в условиях после сварки.

Таблица 1: Характеристики сочетания флюса [F]US-29HK со сварочной проволокой [T]PF-H55LT-N

Тип флюса [T]PF-H55LT-N	Флюс на основе фтора
Классификация электродных флюсов	AWS A5.23 F8A8-EH12K
Марка применяемого основного металла	・Сталь марки до YP460 MPa (напр.：DNV F460)
Характеристики	・Отличные удаление шлаковой корки и форма шовного валика, высокая устойчивость к образованию дефектов, характерных для швов с тонкой разделкой ・Высокая прочность (марки до YP460 MPa) и отличная ударная вязкость при низких температурах до - 60℃ ・Может применяться с полярностью DCEP и AC

Примечание. DNV: Det Norske Veritas

2-1. Характеристики наплавленного металла

В Таблицах 2 и 3 представлены химические составы и механические характеристики в состоянии после сварки для DCEP и AC, согласно спецификации AWS. На Иллюстрации 1 показана ударная вязкость в состоянии после сварки, а на Иллюстрации 2 - внешний вид шовных валиков.

Содержание диффузного водорода в наплавленном металле при сварке с применением сочетания [F]US-29HK / [T]PF-H55LT-N с DCEP представлено в Таблице 4. Этот показатель крайне низок и составляет примерно 3 mL/100 g, ниже H5.

Таблица 2: Химический состав наплавленного металла (% массы)

	Полярность	C	Si	Mn	P	S
[F]US-29HK / [T]PF-H55LT-N	DCEP	0.07	0.29	1.85	0.013	0.002
	AC	0.08	0.27	1.73	0.013	0.002

Примечание. Условия сварки: 550 A-30 V-42 cpm; Ext.=30 mm; диаметр проволоки 4,0 mm

Таблица 3: Механические характеристики наплавленного металла

	В состоянии PWHT	Полярность	0.2%OS (MPa)	TS (MPa)	El (%)
[F]US-29HK / [T]PF-H55LT-N	После сварки	DCEP	514	603	28
		AC	534	618	29
Спецификация AWS (только в состоянии после сварки)			Мин. 469	552-690	Мин. 22

Примечание. Условия сварки: 550 A-30 V-42 cpm; Ext.=30 mm; диаметр проволоки 4,0 mm

Таблица 4: Содержание диффузного водорода

	Полярность	Содержание диффузного водорода (mL/100g)				Категория лицензии на поставку
		N-1	N-2	N-3	Avg.
[F]US-29HK / [T]PF-H55LT-N	DCEP	3.2	3.3	3.3	3.3	H5

Примечание. *1. Условия сварки: 500 A-30 V-40 cpm; Ext.=30 mm; диаметр проволоки 4,0 mm
*2. Метод тестирования: по JIS Z 3118 (газовая хроматография), эквивалентен методам определения содержания диффузного водорода в сварочном металле мартенситных, бейнитных и ферритных сталей при дуговой сварке, предусмотренным стандартами AWS A4.3.

2-2. Тестирование двустороннего стыкового соединения с тонкой разделкой кромок

Тестирование двустороннего стыкового соединения с тонкой разделкой кромок было проведено с применением сочетания [F]US-29HK / [T]PF-H55LT-N в условиях и параметрах сварки, показанных соответственно в Таблицах 5 и 6. В качестве основного металла была использована стальная пластина толщиной 80 mm с V-образной разделкой кромок под углом 60° на первой стороне, и в 40°на второй стороне, с притуплением в 10 mm между ними, как показано на Иллюстрации 4. Сварка первой стороны была выполнена за 8 проходов. После этого вторая сторона была механически обработана в U-образную (радиус 8 mm) кромку под углом в 16° на глубину 58 mm от поверхности второй стороны, как показано на Иллюстрации 5. Сварка второй стороны была выполнена за 21 проход тандемным методом с направляющим электродом диаметром 4.0 mm (DCEP) и двумя замыкающими электродами диаметром 2,4 mm (AC) для увеличения производительности наплавки, как показано на Иллюстрации 3. Два замыкающих электрода были подсоединены к одному источнику питания, но через два токоподводящих наконечника.

Однако на практике может применяться отличная от вышеописанной сварочная процедура, включая обработку кромок. Для сварки первой стороны может быть подготовлена односторонняя Y-образная кромка со скосом вместо X-образной кромки с двумя симметричными скосами, а после сварки первой стороны проведена механическая обработка U-образной кромки. И тот, и другой процесс рекомендованы.

Что касается практического применения замыкающего электрода, то хотя принятый метод предусматривает использование двух электродов, проходящих через один токоподводящий наконечник, рекомендуется применять два электрода, подсоединенные к источнику питания каждый через свой токоподводящий наконечник. Когда два электрода используются с одним токоподводящим наконечником, прилипание сварочной проволоки к наконечнику может вызвать необходимость полной замены специального токоподводящего наконечника, что увеличивает время простоя сварщика, а также повышает расход специальных токоподводящих наконечников.

В Таблицах 5 и 6 представлены условия тестирования и параметры сварки. На Иллюстрациях 3, 4 и 5 также показана позиция электродов в тандемной сварке и последовательность проходов для кромок первой и второй стороны соответственно.

Таблица 5: Условия тестирования для обеих сторона стыкового соединения

Электрод	[F]US-29HK Направляющий электрод (L): диаметр 4,0 mm Замыкающий электрод (T): диаметр 2,4 mm x 2 проволоки
Флюс	[T]PF-H55LT-N
Основной металл	JIS G 3106 SM490A, толщина 80 mm

Таблица 6: Параметры двусторонней сварки стыковых швов

	Кол-во проходов	Параметр сварки	Погонная энергия (kJ/mm)	Температура предварительного нагрева и межпроходная
1-я сторона	1	Одиночная, DCEP, 600 A-30 V-600 mm/min	1.8	100-147 ℃
	2	Одиночная, DCEP, 650 A-30 V-600 mm/min	2.0
	3-8	Тандемная, L: DCEP, 650 A-30 V T: AC, 600 A-32 V-700 mm/min	3.3
2-я сторона	1	Одиночная, DCEP, 600 A-30 V-600 mm/min	1.8
	2-21	Тандемная, L: DCEP, 650 A-30 V T: AC, 600 A-32 V-700 mm/min	3.3

Таблица 7: Химический состав наплавленного металла (% массы)

C	Si	Mn	P	S
0.09	0.30	1.78	0.014	0.003

Примечание. Место пробы для химического анализа: самая толстая часть пластины

Таблица 8: Механические характеристики наплавленного металла

В состоянии PWHT	Точка взятия пробы	0.2%OS (MPa)	TS (MPa)	El (%)	vE-60℃ (J)		vE-40℃ (J)
После сварки	7 mm под поверхностью 2-й стороны шва	496	618	33	112 123 127	Avg. 121	161 156 147	Avg. 155
	40 mm под поверхностью 2-й стороны шва	580	634	28	162 181 152	Avg. 165	194 196 196	Avg. 195
	73 mm под поверхностью 2-й стороны шва	591	664	28	128 130 179	Avg. 146	184 185 183	Avg. 184

3.Примечания по применению

Рекомендуется принимать во внимание следующие моменты:

(1) Сочетание проволоки [F]US-29HK и флюса [T]PF-H55LT-N наиболее оптимально подходит для многопроходной и многослойной сварки, однако его не рекомендуется применять для сварки с высокой погонной энергией, такой как двусторонняя сварка с одним проходом.

(2) Послесварочная тепловая обработка PWHT yе рекомендуется, так как это сочетание флюса и проволоки позволяет получить отличные механические характеристики в состоянии после сварки.

(3) Рекомендуется проводить досушивание флюса за 1-2 часа перед сваркой при температуре 300-350 °C, чтобы предотвратить холодное растрескивание.

4.Послесловие

Сочетание проволоки [F]US-29HK и флюса [T]PF-H55LT-N может применяться для вваривания или круговой сварки стальных труб с тонкой и U-образной разделкой швов (угол разделки от 15 до 16 градусов, зазор шва от 5 до 10 mm). Оно дает наплавленный металл со стабильными характеристиками, включая низкое содержание диффузного водорода.

Вышеописанные свойства позволяют предположить, что это сочетание сварочных материалов в ближайшее время получит большее распространение в отраслях промышленности, где требуются прочные и надежные сварные соединения.