ПЕРСПЕКТИВИ ЛАЗЕРНОГО ТА ГІБРИДНОГО ЛАЗЕРНО-ДУГОВОГО ЗВАРЮВ АННЯ ТРУБНИХ СТАЛЕЙ
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2022.3.1Ключові слова:
трубні сталі, магістральні трубопроводи, лазерне зварювання, гібридне лазерно-дугове зварювання, структура, властивості.Анотація
Одним зі способів вирішення проблеми зварювання магістральних трубопроводів є застосування лазерного випромінювання у якості джерела нагріву. Завдяки малим розмірам зварювальної ванни й кута сходження сфокусованого лазерного випромінювання лазерне зварювання надає можливість для значного зменшення кута розробки крайк, що зварюються. Порівняно невеликі значення погонної енергії, пов'язані з високими швидкостями лазерного зварювання, дозволяють мінімізувати тепловий вплив на деталі, що зварюються, а, отже, зменшити розмір ЗТВ і залишкові деформації. Дрібнозернисті структури литого металу шва й ЗТВ сприяють підвищенню корозійної стійкості зварних з'єднань. Гібридне лазерно-дугове зварювання трубних сталей дозволяє знизити потужність лазерного випромінювання, частково замінивши його більше дешевою потужністю електричної дуги з розрахунку 1 кВт дуги замість ~0,5 кВт лазерного випромінювання для δ>5 мм. При потужностях лазерного випромінювання до 3 кВт застосування гібридного процесу зварювання сталей доцільно до товщини стінки δ=10 мм, понад яку глибина проплавлення не зростала, незалежно від зниження швидкості зварювання. Для зварювання більших товщин доцільно використовувати випромінювання з більшими потужностями. У цих же цілях можливе застосування багатопрохідного лазерного або гібридного зварювання. При гібридному зварюванні ширина шва й ЗТВ збільшується у порівнянні з лазерним. Підвищення швидкостей зварювання й вмісту вуглецю в основному металі призводять до утворення в ЗТВ небажаних мартенситних структур. Для усунення цього недоліку дворазового перевищення дугової потужності в порівнянні з лазерною недостатньо. Хоча додатковий тепловий вплив електричної дуги й дозволяє управляти термічним циклом процесу для одержання необхідних структур металу шва й ЗТВ, однак цей момент потрібно вивчати додатково. Отримані авторами результати свідчать про те, що не дивлячись на досить високі досягнуті значення ударної в'язкості необхідні подальші дослідження, спрямовані на зниження твердості ЗТВ при гібридному лазерно-дуговому зварюванні. При лазерному зварюванні існує небезпека утворення гартівних структур як у ЗТВ, так і в литому металі шва. Дослідження структур, одержуваних у зварених з'єднаннях трубних сталей багатопрохідним лазерним і лазерно-дуговим зварюванням, а також ударної в'язкості й корозійної стійкості цих з'єднань, дозволяють вважати перспективним застосування зазначених способів зварювання для підвищення ресурсу експлуатації трубопровідного транспорту.
Посилання
Guillal, A., Abdelbaki, N., Gaceb, M., Bettayeb, M. Effects of martensite-austenite constituents on mechanical properties of heat affected zone in high strength pipeline steels-review. Chemical engineering transactions. 2018. № 70. P. 583-588. https://doi.org/10.3303/CET1870098 2. Feng, Y., Ji, L., Chen, H., Jiang, J., Wang, X., Ren, Y., ... Li, S. Research progress and prospect of key technologies for high-strain line pipe steel and pipes. Natural Gas Industry B. 2021. Vol. 8. № 2. P. 146-153. https://doi.org/10.1016/j. ngib.2020.09.015
Üstündağ, Ö., Gook, S., Gumenyuk, A., Rethmeier, M. Hybrid laser arc welding of thick high-strength pipeline steels of grade X120 with adapted heat input. Journal of Materials Processing Technology. 2020. Vol. 275. P. 116358. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116358
Qi, X., Di, H., Sun, Q., Wang, X., Chen, X., Gao, Y., Liu, Z. A comparative analysis on microstructure and fracture mechanism of X100 pipeline steel CGHAZ between laser welding and arc welding. Journal of Materials Engineering and Performance. 2019. Т. 28. № 11. С. 7006-7015. https://doi.org/10.1007/s11665-019-04412-5
Wang, G., Wang, J., Yin, L., Hu, H., Yao, Z. Quantitative correlation between thermal cycling and the microstructures of X100 pipeline steel laser-welded joints. Materials. 2019. Vol. 13. № 1. P. 121. https://doi.org/10.3390/ma13010121
Ramakrishna R, V. S. M., Amrutha, P. H. S. L. R., Rahman Rashid, R. A., Palanisamy, S. Narrow gap laser welding (NGLW) of structural steels—a technological review and future research recommendations. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020. Vol. 111. №. 7. P. 2277-2300. https://doi.org/10.1007/s00170-020-06230-9
Sharma, S. K., Maheshwari, S. (2017). A review on welding of high strength oil and gas pipeline steels. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2017. Vol. 38. P. 203-217. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2016.12.039
Maksymov, S. Yu., Gavrilyuk, A. A., Krazhanovskiy, D. M. Development of the technology of semi‑automatic arc welding for the conditions of overhaul and reconstruction of the linear part of the main gas pipelines of Ukraine. The Paton Welding Journal. 2020. № 11. P. 32-35. https://doi.org/10.37434/tpwj2020.11.07
Makhenko, O. V., Milenin, O. S., Velikoivanenko, O. A., Rozynka, G. P., Kozlitina, S. S., Pivtorak, N. I., Dzyubak, L. I. Numerical analysis of the features of limiting state of welded pipeline elements under ultra-low-cycle loading conditions. The Paton Welding Journal. 2021. № 1. P. 32-37. https://doi.org/10.37434/tpwj2021.01.06
Kuchuk-Yatsenko, S. I., Kazymov, B., Zagadarchuk, V., Didkovsky, A. Development of technology of combined joining of position butts of thick-walled pipes of high-strength steels. The Paton Welding Journal. 2015. № 10. P. 2-9. https://doi.org/10.15407/tpwj2015.10.01
Shelyagin V., Khaskin V., Bernatskyi A., Siora A., Sydorets V., Chinakhov D. Multi-pass laser and hybrid laser-arc narrow-gap welding of steel butt joints. Materials Science Forum. 2018. Vol. 927. P. 64-71. https://doi.org/10.4028/www. scientific.net/MSF.927.64
Bachmann, M., Gumenyuk, A., Rethmeier, M. Welding with high-power lasers: Trends and developments. Physics Procedia. 2016. Vol. 83. P. 15-25. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2016.08.003
Shelyagin, V. D., Khaskin, V. Yu., Bernatsky, A. V., Siora, A. V. Prospects of application of laser and hybrid technologies of welding steels to increase service life of pipelines. The Paton Welding Journal. № 10. P. 29-32.
Kratky, A., Schuöcker, D., Liedl, G. Processing with kW fibre lasers: advantages and limits. In XVII International Symposium on Gas Flow, Chemical Lasers, and High-Power Lasers. April 2009. Vol. 7131. P. 493-504. SPIE. https://doi.org/10.1117/12.816655
