Разработка и исследование технологии электрошлаковой наплавки оборудования энергетических установок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Митрофанов Владимир Михайлович

• Митрофанов Владимир Михайлович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Митрофанов Владимир Михайлович

Оглавление

Перечень сокращений

Введение

Глава 1. Антикоррозионная наплавка внутренней поверхности корпусного оборудования атомно-энергетических установок

1.1 Способ автоматической электрошлаковой наплавки лентой под керамическим флюсом

1.2 Цель и задачи исследования

Глава 2. Внешнее магнитное поле, как способ обеспечения качества формирования наплавленного антикоррозионного покрытия

2.1 Методика исследования характеристик собственного и внешнего магнитных полей при электрошлаковой наплавке лентой под керамическим флюсом

2.2 Разработка модели влияния собственного магнитного поля на формирование валика

2.2.1 Магнитное поле сварочного контура

2.2.2 Собственное магнитное поле

2.2.3 Порядок расчёта необходимой величины внешнего магнитного поля, компенсирующего воздействие собственного магнитного поля и обеспечивающего качественное формирование валиков

2.3 Исследование влияния формы магнитного наконечника и места его расположения относительно ленты на характер распределения силовых линий внешнего магнитного поля

2.4 Экспериментальное исследование взаимного влияния внешнего и собственного магнитного поля в процессе наплавки

2.5 Необходимость и методика тарировки внешнего магнитного поля магнитных систем

2.6 Выводы по Главе

Глава 3. Исследование влияния параметров процесса электрошлаковой наплавки лентой под керамическим флюсом на качество формирования однородного однослойного антикоррозионного покрытия

3.1 Анализ параметров процесса электрошлаковой наплавки лентой под керамическим флюсом

3.2 Исследование влияния параметров процесса электрошлаковой наплавки лентой под керамическим флюсом на формирование однородного однослойного антикоррозионного покрытия при наплавке труб внутренним диаметром до 1000 мм

3.3 Условие обеспечения непрерывности процесса наплавки обечаек разного диаметра и влияние на качество формирование наплавленной поверхности

3.4 Исследование влияния последовательности наложения валиков на формирование антикоррозионного покрытия

3.5 Выводы по Главе

Глава 4. Исследование влияния параметров процесса электрошлаковой наплавки лентой под керамическим флюсом на свойства однородного однослойного антикоррозионного покрытия

4.1 Методика определения характеристик наплавленного металла однородного однослойного антикоррозионного покрытия

4.2 Влияние параметров режима наплавки на химический состав наплавленного металла

4.3 Влияние различных сочетаний наплавочных материалов и термического состояния наплавленного металла на физические и механические характеристики

Глава 5. Применение разработанной технологии электрошлаковой наплавки лентой под керамическим флюсом при изготовлении плакированных труб Ду850 и Ду990 для ГЦТ

5.1 Оборудование для электрошлаковой наплавки лентой под керамическим флюсом цилиндрических изделий малого диаметра и требования предъявляемые к нему

5.2 Особенности технологии выполнения однородного однослойного антикоррозионного

покрытия труб и обечаек малого диаметра

5.3. Исследование склонности основного металла трубы из стали марки 10ГН2МФА к образованию поднаплавочных трещин в зоне термического влияния при электрошлаковой наплавке лентой под флюсом однородного однослойного антикоррозионного покрытия

5.4 Исследование характеристик однородного однослойного антикоррозионного покрытия, наплавленного на внутреннюю поверхность трубы из стали марки 10ГН2МФА

5.5 Внедрение сочетания наплавочных материалов и технологии электрошлаковой наплавки однородного однослойного антикоррозионного покрытия при изготовлении оборудования АЭУ

5.6 Выводы по главе

Общие выводы

Список использованных источников

Приложения

186

Перечень сокращений

АЭУ Атомно-энергетическая установка

АЭС Атомная электрическая станция

ВВЭР Водо-водяной энергетический реактор

КР Корпус реактора

ГЦТ Главный циркуляционный трубопровод

ГЦНА Главный циркуляционный насосный агрегат

КД Компенсатор давления

САОЗ Система аварийного охлаждения зоны

СПЗАЗ Система пассивного залива активной зоны

СБВБ Система быстрого ввод бора

ДМАП Двойное многослойное антикоррозионное покрытие

ООАП Однородное однослойное антикоррозионное покрытие

МКК Межкристаллитная коррозия

ЭДН Электродуговая наплавка лентой под флюсом

ЭШН Электрошлаковая наплавка лентой под флюсом

СФФ Содержание ферритной фазы

ПНТ Поднаплавочные трещины

ИЭС Институт электросварки

ЗТВ Зона термического влияния

МГ1 Электромагнитная катушка №

МГ2 Электромагнитная катушка №2

ТП Токоподвод

НТД Нормативно-техническая документация

ВИК Визуальный и измерительный контроль

КК Капиллярный контроль

УЗК Ультразвуковой контроль

ТКЛР Температурный коэффициент линейного расширения

МПК Магнитопорошковый контроль

ТО Термическая обработка

ОМАП Однородное многослойное антикоррозионное покрытие

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование технологии электрошлаковой наплавки оборудования энергетических установок»

Введение

В диссертационной работе отражены результаты исследований, выполненных автором в период 2014-2024 гг. в «Центральном научно-исследовательском институте технологии машиностроения» (АО «НПО «ЦНИИТМАШ»).

В работе получили дальнейшее развитие вопросы научной школы АО «НПО «ЦНИИТ-МАШ» в области автоматической наплавки лентой под флюсом и закономерности, установленные Старченко Е.Г., Мастенко В.Ю., Волобуевым Ю.С., Волосовым Н.А. в трудах, посвященных исследованиям технологии автоматической электрошлаковой наплавки лентой под керамическим флюсом (ЭШН).

Приведенные в диссертационной работе результаты получены автором самостоятельно (или при участии автора), а сведений, составляющих государственную или коммерческую тайну, работа не содержит.

Актуальность темы исследования. Общее направление развития атомной промышленности в России и в мире нацелено на увеличение безопасности, надежности и увеличении сроков работы оборудования. Поэтому перед многими участниками процесса изготовления и эксплуатации атомно-энергетического оборудования стоит комплексная задача по усовершенствованию и разработки новых сварочных (наплавочных) материалов и способов сварки (наплавки), позволяющих реализовать эксплуатационные требования при минимальных затратах времени и мощностей производства с обеспечением высокого качества продукции.

Возрастающие потребности в электроэнергии в мире, и, в частности, в экономике развивающихся стран требуют строительства новых блоков атомных электрических станций (АЭС). Наилучшим образом в российской промышленности себя зарекомендовали реакторные установки с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР). Поскольку большинство отечественных блоков с реакторами типа ВВЭР были построены в 1970-1980е года прошлого века со сроком эксплуатации 40 лет, в настоящее время актуальной задачей для российской промышленности остаётся продление их ресурса, а также строительство новых энергоблоков с большей мощностью и более длительным сроком эксплуатации.

Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом» является одним из мировых лидеров по строительству АЭС с энергоблоками типа ВВЭР в России и за рубежом и обладает большим портфелем заказов на строительство АЭС большой мощности на ближайшее десятилетие. В связи с этим возрастает нагрузка на машиностроительные предприятия отрасли, которым необходимо изготавливать и отгружать оборудование в предусмотренные проектами сроки, в

связи с чем возникает необходимость уменьшения материалоемкости и трудоемкости изготовления атомно-энергетического оборудования с обеспечением его высокой надёжности.

Практически всё оборудование первого контура реакторных установок типа ВВЭР защищается изнутри антикоррозионным покрытием. Поскольку оборудование в атомно-энергетическом секторе является крупногабаритным и ответственным, то для увеличения производительности и качества антикоррозионного покрытия применяют автоматические способы наплавки. В отечественной промышленности при изготовлении атомно-энергетического оборудования (АЭУ) широко освоена технология электродуговой наплавки лентой под флюсом (ЭДН) двойного многослойного антикоррозионного покрытия (ДМАП), которая применяется при изготовлении корпуса реактора, компенсатора давления, коллектора парогенератора и другого крупногабаритного оборудования.

До 2012 г. плакированные трубы для главного циркуляционного трубопровода (ГЦТ) приобретались за рубежом (Германия, Япония), а на российских предприятиях происходила только их сварка в узлы ГЦТ для последующей поставки на площадки АЭС. Плакированные трубы ГЦТ из-за рубежа поставлялись с однослойным покрытием, выполненным способом электрошлаковой наплавки лентой под флюсом (ЭШН), который в отечественной атомной промышленности ранее не применялся. Способ ЭШН обладает целым рядом преимуществ перед применяющимся в отечественном атомном машиностроении способом ЭДН:

- производительность способа ЭШН в два раза выше, чем у способа ЭДН;

- доля участия основного металла в наплавленном при ЭШН в 1,5-2,0 раза ниже, чем при

ЭДН.

- качество и внешний вид антикоррозионного покрытия, выполненного ЭШН лучше, чем покрытия, выполненного ЭДН.

Таким образом замена импортных плакированных труб ГЦТ на отечественные является актуальной и приоритетной задачей в плане импортозамещения, обеспечения технологического суверенитета российской промышленности, технологического совершенствования отрасли и увеличения экономической выгоды. Помимо решения задачи импортозамещения плакированных труб ГЦТ, применение способа ЭШН при их изготовлении позволит повысить качество антикоррозионного покрытия и сократить сроки изготовления оборудования.

Ещё одной задачей, которая связана с технологическим подходом, является требование со стороны зарубежных заказчиков к минимальной толщине антикоррозионного покрытия в 5 мм. Указанное требование распространяется на всё оборудование, имеющее антикоррозионную

наплавку, в том числе и ГЦТ. Помимо прямых, плакированных труб при изготовлении ГЦТ используются колена, изготавливаемые из прямых плакированных труб и изгибаемые методом горячей штамповки до 90°. Из-за происходящих при изготовлении колен деформаций толщина антикоррозионной наплавки уменьшается и составляет менее 5 мм. Поэтому изначальная толщина антикоррозионного покрытия в прямой плакированной трубе должна составлять около 6 мм. Увеличение толщины антикоррозионного покрытия связано с выбором режимов наплавки, которые обеспечат требуемую толщину покрытия, и одновременно не приведут к ухудшению свойств антикоррозионного покрытия.

Таким образом, актуальность диссертационного исследования обусловлена необходимостью разработки усовершенствованного высокопроизводительного способа автоматической электрошлаковой наплавки лентой под флюсом, обеспечивающего высокое качество антикоррозионного покрытия при наплавке на внутренние поверхности труб главного циркуляционного трубопровода атомно-энергетических установок.

Степень разработанности темы исследования.

Автоматическая электрошлаковая наплавка лентой под флюсом широко изучалась при наплавке на плоские поверхности. В зарубежных работах изучались свойства наплавленного металла при использовании лент различной ширины и различных составов флюсов [1, 2]. В работе [3] предложен путь усовершенствования процесса наплавки, за счёт применения внешнего магнитного поля.

Отечественные учёные [4, 5, 6] также внесли свой вклад в изучение процесса электрошлаковой наплавки лентой под флюсом. Мастенко В.Ю. [7, 8, 9, 10] и другие отечественные учёные [11, 12] подробно исследовали также процесс электрошлаковой наплавки двумя лентами.

Значимость научных работ предшественников трудно переоценить. Тем не менее, в их трудах ограниченное внимание уделяется детальному описанию влиянию собственного и внешнего магнитных полей на характер формирования наплавленного валика. Также нет сведений об исследовании влияния такого параметра, как смещение от зенита, на свойства антикоррозионного покрытия, который отсутствует при наплавке плоских изделий.

Цель и задачи диссертационного исследования. Целью является разработка и исследование технологии автоматической электрошлаковой наплавки лентой под флюсом однослойного антикоррозионного покрытия на внутренние поверхности труб диаметром до 1000 мм.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Анализ существующих технологических решений при использовании электрошлаковой наплавки лентой под флюсом на различные типы поверхностей.

2. Разработка физической модели воздействия на сварочную ванну образующихся в процессе наплавки магнитных полей, которая позволяет:

2.1 Определить оптимальные значения внешнего магнитного поля для улучшения качества формирования антикоррозионного покрытия;

2.2 Установить общие закономерности определения свойств магнитных систем и настройку их параметров;

2.3 Разработать методику тарировки магнитной системы, связывающую силу тока намагничивания электромагнитных катушек с величиной индукции внешнего магнитного поля в зоне формирования сварочной ванны

3. Разработка технологии ЭШН и проведение анализа влияния параметров процесса на особенности формирования ООАП и его свойства при наплавке на внутренние поверхности труб диаметром до 1000 мм.

4. Проведение испытаний разработанной технологии на натурной модели трубы для подтверждения соответствия характеристик антикоррозионного покрытия требованиям нормативной документации в области использования атомной энергии.

Методы исследований. В рамках диссертационного исследования применялись следующие методы:

1. Для анализа существующих сведений о процессе электрошлаковой наплавки применялся аналитический метод.

2. Для построения физической модели взаимодействия магнитных полей применялся аналитический и расчётный метод.

3. Для подтверждения предложенной модели применялся эмпирический метод в виде эксперимента.

4. Для проведения анализа влияния параметров наплавки на свойства металла однослойного покрытия применялись следующие методы исследования:

- визуальный контроль в соответствии с РБ-089-14;

- измерительный контроль в соответствии с РБ-089-14;

- капиллярный контроль в соответствии с РБ-090-14;

- ультразвуковой контроль зоны сплавления в соответствии с ПНАЭ Г-7-030-91;

- ультразвуковой контроль и измерение толщины антикоррозионных покрытий в соответствии с ПНАЭ Г-7-031-91;

- химический анализ ООАП в соответствии с ГОСТ 12361-2002, ГОСТ 12344-2003, ГОСТ 12350-78, ГОСТ 12352-81, ГОСТ Р 54153-2010;

- определение содержания ферритной фазы магнитным методом в соответствии с ГОСТ Р 53686-2009;

- эмпирический метод;

- аналитический метод

5. Для проведения испытаний разработанной технологии электрошлаковой наплавки на натурной модели трубы применялись следующие методы исследования:

- визуальный контроль в соответствии с РБ-089-14;

- измерительный контроль в соответствии с РБ-089-14;

- капиллярный контроль в соответствии с РБ-090-14;

- ультразвуковой контроль зоны сплавления в соответствии с ПНАЭ Г-7-030-91;

- ультразвуковой контроль и измерение толщины антикоррозионных покрытий в соответствии с ПНАЭ Г-7-031-91;

- магнитопорошковый контроль в соответствии с ПНАЭ Г-7-015-89;

- химический анализ в соответствии ГОСТ 12361-2002, ГОСТ 12344-2003, ГОСТ 1235078, ГОСТ 12352-81, ГОСТ Р 54153-2010;

- определение содержания ферритной фазы магнитным методом в соответствии с ГОСТ Р 53686-2009;

- металлографические исследования (определение наличия горячих трещин) в соответствии с И.2730.91.04-98 и микроструктурный анализ (определение структурных составляющих фаз в различных зонах плакированного соединения) и ГОСТ 9450-76;

- коррозионные исследования (стойкость против межкристаллитной коррозии) в соответствии с ГОСТ 6032-2017;

- определение механических характеристик ООАП (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, относительное сужение) в соответствии с ГОСТ 6996-66;

- определение угла загиба антикоррозионного покрытия в соответствии с ПНАЭ Г-7-002-

86;

- эмпирический метод;

- аналитический метод

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Разработана физическая модель воздействия собственного магнитного поля на сварочную ванну при ЭШН, позволяющая установить принцип компенсации собственного магнитного поля за счёт применения системы магнитного управления с магнитными наконечниками.

2. Впервые предложено уравнение, позволяющее рассчитать значение величины индукции внешнего магнитного поля необходимой для компенсации отрицательного влияния собственного магнитного поля с целью улучшения качества формирования антикоррозионного покрытия.

3. Разработана методика тарировки магнитных систем, связывающая силу тока намагничивания электромагнитных катушек с величиной индукции внешнего магнитного поля в зоне формирования сварочной ванны.

4. Впервые предложены зависимости, позволяющие оценить стойкость однослойного антикоррозионного покрытия против МКК с учётом величины смещения от зенита и содержания химических элементов в ленте.

Теоретическая значимость работы заключается в более детальном понимании воздействия собственного и внешнего магнитного поля на сварочную ванну и формирование валика в процессе электрошлаковой наплавки. Помимо этого, разработан принцип компенсации воздействия собственного магнитного поля на сварочную ванну с помощью внешнего магнитного поля, и определена величина этого воздействия, выраженная в численной форме.

Практическая значимость работы заключается в разработке технологии электрошлаковой наплавки лентой под флюсом, которая позволяет изготавливать трубы главного циркуляционного трубопровода собственного импорт-независимого производства.

Личный вклад. Автор диссертационной работы принял участие на всех этапах проведения исследований и испытаний. Математические выкладки, расчёты, планирование и осуществления экспериментов выполнены автором лично.

Степень достоверности. Достоверность полученных научных результатов, теоретические положения, выводы и практические рекомендации диссертационного исследования обоснованы математическими доказательствами, экспериментальными примерами и результатами на опытном прототипе.

Апробация результатов. Результаты работы успешно опробованы и внедрены на предприятии АО «АЭМ-технологии» «Петрозаводскмаш» в г. Петрозаводск - современный завод,

специализирующийся на изготовлении атомно-энергетического оборудования ответственного назначения.

По теме диссертации опубликовано восемь научных работ, восемь из которых - в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией РФ. Основные положения диссертационной работы были изложены на трёх международных конференциях. Был получен один патент РФ на полезную модель и создана одна методика.

Положения, выносимые на защиту:

1. Физическая модель воздействия собственного и внешнего магнитных полей (СМП и ВМП) на сварочную ванну в процессе ЭШН.

2. Уравнение для расчёта минимальной величины индукции ВМП необходимой для компенсации СМП.

3. Методика тарировки магнитных систем, связывающая силу тока намагничивания электромагнитных катушек с величиной индукции внешнего магнитного поля в зоне формирования сварочной ванны.

4. Зависимости, позволяющие оценить стойкость однослойного антикоррозионного покрытия против МКК с учётом величины смещения от зенита и содержания химических элементов в ленте.

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, пять глав, заключение, список сокращений, список использованных источников и приложение. В ней содержится 200 страниц текста, 115 рисунков, 30 таблиц и 22 формулы. Список использованных источников включает 62 наименования.

Глава 1. Антикоррозионная наплавка внутренней поверхности корпусного оборудования атомно-энергетических установок

1.1 Способ автоматической электрошлаковой наплавки лентой под керамическим флюсом

Способ автоматической электрошлаковой наплавки лентой под флюсом (ЭШН) является родственным способу автоматической электродуговой наплавки лентой под флюсом (ЭДН). Эти два способа имеют общие черты: электродуговую и электрошлаковую наплавку лентой можно выполнять с применением одного и того же оборудования. Но присутствуют существенные различия, основными из которых являются: сущность физического процесса наплавки и наплавочные материалы. Сравнение характеристик процессов ЭДН и ЭШН лентой под флюсом приведено в таблице 1. 1.

Таблица 1.1 - Сравнительные характеристики процессов ЭДН и ЭШН при наплавке лентой сечением (0,5*60) мм [13, с. 49]

Показатели Ед. изм. Электродуговая наплавка Электрошлаковая наплавка

Производительность кг/ч 12-15 26-27

Доля участия основного металла в наплавленном % 15-20 7-12

Расход флюса кг/ч 15-20 12-13

Относительная масса шлака - 1,2-1,3 0,5-0,6

Схема осуществления процесса ЭШН состоит в следующем. Перед наплавкой1 ленту замыкают с наплавляемой поверхностью изделия и засыпают флюсом область возникновения шлаковой ванны. Теплота электрической дуги нагревает и расплавляет флюс, образуя жидкую шлаковую ванну, которая обладает достаточной электропроводностью, чтобы шунтировать дугу. В процессе наплавки флюс подаётся только с одной стороны - перед лентой. За лентой остается длинная шлаковая ванна, покрытая расплавленным, медленно остывающим шлаком - источником интенсивного инфракрасного излучения [1, 2, 6, 14].

ЭШН лентой под флюсом протекает в условиях непрерывной подачи электродной ленты в ванну расплавленного шлака, при этом ее плавление происходит за счет теплоты, выделяемой при прохождении тока между основным металлом и электродной лентой. Схема процесса приведена на рисунке 1.1 [6, с. 7].

1 Здесь и далее под наплавкой понимается автоматическая электрошлаковая наплавка лентой под керамическим флюсом, если не указано иное

13 V*

Рисунок 1. 1 - Схема процесса автоматической электрошлаковой наплавки ленточным электродом под флюсом: 1 - основной металл; 2 - наплавленный металл; 3 - жидкая металлическая ванна; 4 - шлаковая корка; 5 - жидкая шлаковая ванна; 6 - флюс; 7 - флюсовые воронки; 8 - то-коподвод; 9 - ленточный электрод; 10 - подающие ролики; 11 - источник питания; Ун - направление наплавки

Первая публикация, посвященная технологии электрошлаковой наплавки лентой под флюсом, появилась в начале 1970-х годов прошлого века в Германии [1]. В 1980-х годах данный процесс изучался в разных странах таких, как Германия, Бельгия, Италия, Япония и др. Во многих статьях авторы отмечают ряд преимущества процесса ЭШН: высокая производительность, высокая скорость при незначительной доле участия, высокое качество наплавленного покрытия, экономия наплавочных материалов [3, 15, 16, 17, 18]. Отдельно отмечено, что при ЭШН содержание оксидных включений в наплавленном металле в несколько раз меньше, чем при ЭДН лентой, как и в целом чистота наплавленного металла при ЭШН выше [3, 15, 16, 17, 18].

Некоторые авторы приводят более конкретные сведения. В своём исследовании японские учёные отмечают, что при ЭШН долю участия основного металла в наплавленном снижается до 10%, а ширину применяемой ленты можно увеличить до 150 мм [3, 15]. Производительность процесса при наплавке лентой 0,5*60 мм составляет 21 кг/ч, а расход флюса при этом 0,55 кг на 1 кг ленты [18].

Среди недостатков способа авторы отмечают, что разработанные на тот момент флюсы образуют за лентой длинную шлаковую ванну, которая будет неустойчива при наплавке внутренних поверхностей труб небольшого диаметра. В связи с этим для наплавки сильно искривлённых поверхностей необходима разработка флюса с малым интервалом затвердевания [16].

Способ ЭШН применяли на пластины и трубную доску для получения покрытий на никелевой основе. Показана возможность применения способа в различных областях промышлен-

ности при изготовлении оборудования и его элементов, работающих в агрессивных средах: реакторы установок для сжижения угля, опоры платформ для добычи нефти с морского дна, валы, оси, опоры механизмов морского транспорта. Была показана также возможность применения процесса ЭШН для нанесения износостойких покрытий (посадочное гнездо гидравлической турбины) [17]. Способ также нашёл применение для плакирования реакторов в химической промышленности и оборудования для АЭС [16].

В работах [3, 5, 15, 16, 18] приведены результаты исследования однослойного антикоррозионного покрытия, выполненного лентами разного состава и разного типоразмера: хромонике-левые стали, никелевые сплавы, медно-никелевые сплавы, сплавы никель-бор. Авторы [3, 15] исследовали свойства наплавленного покрытия, получаемого при ЭШН низкоуглеродистой аустенитной лентой состава типа 309L сечением 0,4*150 мм на низколегированную сталь толщиной 163 мм. Содержание углерода в ленте составляло С=0,021 %. Для этого было наплавлено 3 валика с перекрытием, после чего наплавленную пластину подвергали термической обработке при T=615°C в течение 45 ч. Затем были проведены испытания на статический изгиб, коррозионные испытания, определен химический состав и исследование на наличие поднаплавочных трещин (ПНТ). Все испытания показали удовлетворительные результаты. Содержание углерода в наплавленном металле составляло C=0,032%, а хрома Cr=18,73%. Для определения наличия ПНТ механически удаляли наплавку, проводили капиллярный контроль и затем изгибали образцы до угла 180° с шагом 45°. [3, 15]

В статье [18] приведены свойства антикоррозионного покрытия, выполненного лентой сечением 0,5*60 мм двух типов 308L и 347L. Последняя содержит в своём составе ниобий. Содержание углерода в обеих лентах составляло C=0,010% и C=0,012% соответственно, а в наплавленном металле С=0,030% и С=0,031% соответственно. Содержание хрома в наплавленном металле уменьшилось на 2,5%, а никеля на 1%. Помимо химического состава наплавленный металл испытывали на ударную вязкость, лицевой и боковой статический изгиб на угол 180° и стойкость против МКК. Все свойства удовлетворяли требованиям нормативной документации.

Другие авторы [16] исследовали однослойное покрытие, выполненное лентой из хромо-никелевой стали, стабилизированной ниобием, которое после наплавки проходило термическое обработку при T=590°С в течении 8 ч. Отмечено, что содержание хрома и ниобия в наплавленном металле снижается по сравнению с лентой, а содержание углерода и кремния - увеличивается. Также были проведены испытания на статический изгиб до угла 180°. Дефекты отсутствовали.

В ИЭС им. Е.О. Патона также выполняли экспериментальную однослойную наплавку лентами шириной 100 мм и 150 мм [5], которые подтвердили результаты исследований, приведенные в работах [3, 15, 16, 18].

В работах [3, 15, 16, 18] приведены данные о влиянии режимов наплавки на характеристики наплавленного покрытия. В проведённых исследованиях авторы изучали влияние параметров процесса наплавки на геометрические характеристики наплавленного валика и долю участия для лент различной ширины: 37,5 мм, 75 мм и 150 мм. Так с увеличением ширины ленты, при одинаковой плотности тока, напряжении и скорости наплавки, доля участия снижается. Снижение доли участи наблюдается также при увеличении силы тока наплавки вне зависимости от ширины используемой ленты: при использовании ленты шириной 75 мм с повышением силы тока от 1000 А до 1500 А доля участи снижается от 15 % до 11 %, а при использовании ленты шириной 150 мм при силе тока 3000 А доля участия составляет 7 %. Повышение напряжения также способствует уменьшению доли участия. В данном исследовании напряжение при ЭШН изменяли от 24 В до 32 В. Увеличение скорости наплавки, наоборот, повышает долю участия, причём стремительно: так при увеличении скорости наплавки от 7 м/ч до 11 м/ч доля участия увеличивается с 6 % до 18 %. При увеличении силы тока высота валика увеличивается. Повышение напряжение действует аналогичным образом. А вот с увеличением скорости наплавки высота валика снижается: так при увеличении скорости наплавки с 7 м/ч до 11 м/ч высота валика снижается с 5,0-5,5 мм до 3,5-4,0 мм для лент различной ширины.

В одном из исследований [3, 15] также изучали влияние параметров наплавки на СФФ. Изменение СФФ происходит аналогично изменению высоты: с увеличением силы тока и напряжения СФФ увеличивается, а с увеличением скорости наплавки - уменьшается. Так при СФФ в ленте 13,3 % СФФ в наплавленном металле (однослойной наплавки) изменяется от 5% до 14% при изменении параметров наплавки.

Установлено [2, 6, 14], что эффективность ЭШН уменьшается с увеличением ширины ленты. Происходит это из-за перераспределения тепловой энергии: количество тепла, идущего на расплавление ленты, уменьшается, а количество тепла, идущего на расплавление основного металла и образование зоны термического влияния (ЗТВ), увеличивается. Исходя из этого можно предположить, что при наплавке лентой по ширине шлаковой ванны существует температурный градиент из-за большего теплоотвода по её краям (рисунок 1.2).

2

г,

А-Л

Т

ас1Т

Т

Рисунок 1.2 - Схематическое распределение температуры шлаковой ванны по её ширине: 1 - лента; 2 - шлаковая ванна; Т - температура; §гаёТ - градиент температуры

Одним из важнейших преимуществ ЭШН, отмечаемых всеми авторами, является низкая доля участия основного металла в наплавленном. За счёт применения определенного сочетания наплавочных материалов при ЭШН возможно получение однородного однослойного антикоррозионного покрытия (ООАП) толщиной 5-6 мм с обеспечением необходимых механических и коррозионных свойств и не требующих выполнения дополнительных слоёв [5, 13]. Помимо низкой доли участия к преимуществам ЭШН относятся высокая производительность процесса и небольшая глубина проплавления. К недостаткам электрошлаковой наплавки лентой относятся: высокие значения погонной энергии, приводящие к образованию большой ЗТВ, наличие открытой шлаковой ванны, которая существенно нагревает наплавочную головку и приводит к увеличенному износу оборудования и, возможному, выходу его из строя, ухудшение формирования наплавленной поверхности с увеличением ширины ленты. Последний недостаток связан с собственным магнитным полем и изучению этого эффекта посвящена глава 2 настоящей диссертационной работы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Митрофанов Владимир Михайлович, 2025 год

Список использованных источников

1. Seidel G., Hess H. Untersuschungen zum electroschlakeschweissen mit Bandelektrode // Schw.

Schn. - 1971. 23. №10. - S. 410-411.

2. Killing R., Potthoff F. und Sivka H. Elektro-Schlacke-Schweissplattieren mit Bandelektrode // DVS Berichte. - 1976. - 41. - S. 9-16.

3. Nahano S., Nishiyama N., Hiro T., Tsuboi J. «MAGLAY Process - Electro-Magnetik Controlled Overlay Welding Process with ESW». Kawasaki Steel Technical Report No. 2 March 1981.

4. Фрумин И.И., Каленский В.К., Панчишин Ю.А. и др. Разработка процесса и исследование некоторых технологических особенностей электрошлаковой наплавки лентами. - В кн.: Теоретические основы наплавки. Киев: ИЭС им. Е.О. Патона, 1977, С.83-89

5. Каленский В.К. Особенности и некоторые технологические характеристики процесса электрошлаковой наплавки одной электродной лентой (обзор), Автоматическая сварка -1999. - №3. - С.16-21.

6. Мастенко В.Ю., Старченко Е.Г., Волобуев Ю.С. Исследование процесса и разработка материалов и технологии электрошлаковой наплавки под флюсом коррозионного покрытия поверхностей атомно-энергетического и химического оборудования//Тяжелое машиностроение. 2011. №5. С.6-11.

7. Мастенко В.Ю., Старченко Е.Г., Волосов Н.А., Залинов А.В. Особенности двух-электродной наплавки лентами разной ширины. Энергомашиностроение. 1981. №8. С.24-26.

8. Мастенко В.Ю., Старченко Е.Г. Особенности изменения некоторых технологических характеристик при наплавке двумя ленточными электродами. Автоматическая сварка. 1984. №7. С.60-63.

9. Мастенко В.Ю., Старченко Е.Г. Особенности формирования валиков при наплавке антикоррозионных покрытий под флюсом двумя электродными лентами. Автоматическая сварка. 1985. №9. С.56-59.

10. Мастенко В.Ю. Особенности формирования валиков при двухленточной наплавке. Сварочное производство. 1988. №12. С.14-16.

11. Игнатов В.А., Мурзин В.В., Рохлин Э.А. и др. Исследование процесса электрошлаковой антикоррозионной наплавки двумя ленточными электродами. Теоретические и техноло-

гические основы наплавки. Свойства и испытания наплавленного металла. Киев. ИЭС им. Е.О. Патона. 1980. С.101-106.

12. Бабинец А.А. Свойства высоколегированного металла, наплавленного электрошлаковым способом двумя лентами. Автоматическая сварка. 2016. №4. С.42-46.

13. Митрофанов В.М., Мастенко В.Ю., Волосов Н.А., Волобуев С.Ю., Потапов Н.Н. Электрошлаковая наплавка одной и двумя лентами под флюсом антикоррозионного покры-тия//Тяжелое машиностроение. 2018. №7-8. С.44-50.

14. Bemst A.V., Daemen R. Placage en conche d'acier inoxydable a bas C par soudage sous laitier electro-conducteur avec feuillard // DVS Berichte. - 1982. - 75. - S. 17-20

15. Nahano S., Nishiyama N., Hiro T., Tsuboi J. MAG-LAY Process. Electro-Magnetic Con-trolled Overlay Welding Process with ESW. Кавасакисэйтэцу, 1980, №12, т.1, Р.Р.177-188.

16. Killing R. Möglichkeiten und Grenzen des Elektroschlake-Platierenns mit Bandelektrode. Thermisches Spritzen. Internationalen Konferenz. 10. Essen. 1983. 20-24.

17. Van Bemst A., Paolocci A., Gregorio G. Nuove applicazioni della piaccatura con nastro ad elettroscoria. Rivista Italiana della Saldatura. Milano. Italia. 1984. 362-369

18. Van Bemst A., Dergen Ph. Elektroschlacke-Bandplattieren mit Nickellegierungen. DVS+Berichte. 1983. 81. 53-56.

19. Кравцов Т.Г. «Электродуговая наплавка электродной лентой». М., «Машиностроение», 1978. 168 с. с ил.

20. Neff F., Scherl P., Winter K., Ornig H.: Zeit. für Schweiss (1974). No. 5. 109-120

21. Завьялов В.Е., Звороно ЯП., Писаренков Б.Г., Воронин А.В. Наплавка ленточным электродом под флюсом с использованием продольных магнитных полей // Сварочное производство. №1. 1990. С.28-29

22. Eichhorn F., Dilthey U., Huwer W. Unterpulver - Auftragschweissen mit 60-90 und 120 mm breiten Cr-Ni-Stahlbandelektroden.- "Industrie-Anzeiger". 1972. No.98. S. 2369-2372

23. Huwer W., Eichhorn F. Leistungssteigerung beim Unterpulver - Auftragschweissen mit Bandelektrode // Ibid. - 1974. - 32. - S.91-97.

24. Neff F., Orning H. Verfahren und Einrichtung zum Auftragsschurissen. Bundesrepublik Deutschland. Patent Offenlegungsschrift 2218078. 14 April 1972

25. Размышляев А.Д., Миронова М.В., Ярмонов С.В. Устройства ввода поперечного магнитного поля для процессов дуговой сварки и наплавки (обзор) // Автоматическая сварка. №1. 2013. С.40-44

26. Seidel, G. und H. Hess Untersuchungen zum Elektro-Schlake-Plattieren mit Bandelektroden in waagerechter Position. Abschlussbericht des Forschungsvorhabens Nr. 2689. SLV Duisburg. 1975

27. Волобуев Ю.С., Мастенко В.Ю., Волобуев С.Ю., Потапов Н.Н., Певкин П.С. Специальный керамический флюс для антикоррозионной ленточной наплавки в электрошлаковом режиме оборудования для АЭС и нефтехимии. Сварочное производство. 2014 №11. стр.612.

28. Мастенко В.Ю., Ходаков В.Д., Волосов Н.А. Особенности наплавки электродной лентой шириной до 200 мм // Автоматическая сварка. 1981. №3. С. 50-52.

29. Латаш Ю.В., Медовар Б.И. Электрошлаковый переплав. - М.: Металлургия. 1970. - 240 с.

30. Райчук Ю.И. Распределение тока по пластине при дуговой сварке // Автоматическая сварка. №4. 1967. С.19-22.

31. Мандельберг С.Л., Сидоренко Б.Г., Лопата В.Е., Лащенко Г.И., Райчук Ю.И. Влияние расположения токоподвода на формирование швов при однодуговой сварке // Автоматическая сварка. 1976. №8. С.11-15.

32. ГОСТ ISO 3506-1-2014. Механические свойства крепежных изделий из коррозионно-стойкой нержавеющей стали. Часть 1. Болты, винты и шпильки. Приложение H. Магнитные свойства аустенитных нержавеющих сталей.

33. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы/И.Е. Иродов. - 7-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. - 319 с.: ил. - (Технический университет. Общая физика).

34. Григорян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. М.: Металлургия. 1987. 272 С.

35. Иваницкий С.В., Дмитриевский В.А., Прахт В.А., Сарапулов Ф.Н. // Математическая модель течения жидкого металла в индукционной печи с вращающимся расплавом / Новые образовательные технологии в вузе: Шестая международная научно-методическая конференция, 2-5 февраля 2009 года: сборник тезисов докладов : Часть 1. — Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2009. - С. 153-158

36. Дурынин В.С., Старченко Е.Г. и др. Способ электрошлаковой наплавки покрытия на внутреннюю поверхность трубы. Патент на изобретение RU2550982 C1 Опубликовано 20.05.2015 Бюл. №14

37. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. акад. Б.Е. Патона. М. «Машиностроение». 1974. 768 с.

38. «Наплавка и напыление» Хасуи А., Моригаки О. /Пер. с яп. В.Н. Попова; Под ред. В.С. Степина, Н.Г. Шестеркина. - М.: Машиностроение, 1985. - 240 с., ил.

39. Фрумин И.И. Автоматическая электродуговая наплавка. М.: Металлургиздат, 1964, 421 с.

40. Мастенко В.Ю., Волобуев Ю.С., Волосов Н.А., Митрофанов В.М., Симонова О.Н., Комо-лов В.Н. Электрошлаковая наплавка лентой под керамическим флюсом однородного однослойного антикоррозионного покрытия внутренней поверхности труб диаметром 850 и 990 мм для АЭС//Сварочное производство. 2019. №11. С.29-37.

41. Медовар Б.И. Сварка хромоникелевых аустенитных сталей. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. Украинской отделение. Киев. 1954, 175 с.

42. Недосека А.Я. Основые расчета сварных конструкций. - К.: Выща шк. Головное изд-во, 1988.-263 с., 117 ил.; 6 прил.; 1 табл. - Библиогр.: 52 назв.

43. НП-105-18. Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии. Правила контроля металла оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок при изготовлении и монтаже. - 118 с.

44. НП-104-18. Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии. Сварка и наплавка оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. -248 с.

45. Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии. «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок» (НП-089-15). - 79 с.

46. Потапов Н.Н, Основы выбора флюсов при сварке сталей. М., Машиностроение. 1979. 169 с.

47. Заболотный В.Т., Белоусов О.К., Палий Н.А., Минина Н.А., Мастенко В.Ю., Волосов Н.А. Упругие, теплофизические свойства и диагностика наплавляемого металла типа

02Х21Н11Г2Б // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014. №1. Том 80. С. 27-31.

48. Методика измерений тепло- и температуропроводности материалов на основе тугоплавких соединений в диапазоне температур от 20 °С до 1400 °С. МИ 1.2.030 - 2011. ФГУП «ВИАМ». М. 2011. 15 С.

49. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомед А.С. Теплопередача.- М.: Энергоиздат, 1981, 416 с.

50. Ламсден Дж. Термодинамика сплавов. - Черная и цветная металлургия: М. 1959. 440 с.

51. ГОСТ 6996-66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств.

52. Мастенко В.Ю. Головки для наплавки лентой под флюсом, требования к ним и особенности их конструирования // Тяжелое машиностроение. 2019. №11-12. С. 40-47.

53. Capitanescu, Dan. Electroslag Strip Overlay of Pipe, Fittings, and Pressure Vessels. IWC -Korea 2002. С.355-360.

54. Yasuo Nakamura et al. Field Application of the Cladding of the PWR Reactor Vessel Outlet Nozzle. Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Technical Review Vol. 43 No.1 (Jan. 2006).

55. Thakare Niraj S, Ram Yadav. Electro Slag Strip Cladding Process. International Journal of Modern Engineering Research (IJMER) Vol. 4. Iss.7. July. 2014. С.60-64

56. Kolarik Ladislav, Kolarikova Marie, Janovec Jiri. Electroslag Cladding of Stainless Austenitic Layer by Strip Electrode. Metal 2016. May 25-27. 2016. Brno. Czech Republic. EU

57. Vinckier A.G., Pense A.W. A Review of Underclad Cracking in Pressure Vessel Components. Underclad Cracking. WRC Bulletin 197. 35 p.

58. Bamford W., Rishel R.D. A Review of Cracking Associated with Weld Deposited Cladding in Operating PWR Plants. Westinghouse Non-Proprietary Class 3. WCAP-15338-A. October 2002.

59. Разработка материалов и методов однослойной наплавки АЭУ: отчет о НИР / Старченко Е.Г., Сельский С.В. - Москва: Центральный научный исследовательский институт технологии машиностроения, 1978. - 189 с.

60. Исследование склонности к образованию поднаплавочных трещин металла патрубковой обечайки корпуса ВВЭР-1000 из стали 15Х2НМФА с разработкой технологии наплавки и контроля. В 2-х частях : отчет о НИР / Авторы - Москва: Центральный научный исследовательский институт технологии машиностроения, 1984. - 187 с.

61. ПНАЭ Г-7-002-86. Правила и нормы в атомной энергетике. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок / Госатомэнерго-надзор СССР. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 525 с.

62. Инструкция И 2730.91.04-98. Проведение металлографических исследований сварных соединений, швов и наплавок оборудования АЭУ.

Приложение А

Таблица А1 - Оценка значимости влияния параметров ЭТТТН, рассчитанная по двухвыборочному t-критерию Стьюдента для независимых выборок с достоверностью Р=99%

Параметр |1стат| |!крит| Критерий значимости, |1стат| > |1крит| Параметр |1стат| |1крит| Критерий значимости, |1стат| > |1крит|

1 Значимость влияния расположения валиков 2 Значимость влияния наличия ВМП

1.1 Центральный валик без ВМП-симметричное подключение (к ТП/от ТП) 2.1 Наплавка к ТП (без МП/ с МП)

Ширина валика 0,3 2,6 не значимо Ширина валика 9,1 2,4 значимо

Высота валика 2,3 2,6 не значимо Высота валика 6,2 2,4 значимо

СФФ 4,4 2,6 значимо СФФ 6,6 2,4 значимо

1.2 Краевые валики без ВМП-несимметричное подключение (к ТП/от ТП) 2.2 Наплавка от ТП (без МП/ с МП)

Ширина валика 5,3 2,6 значимо Ширина валика 14,7 2,4 значимо

2,0 2,6 не значимо

Высота валика 5,4 2,6 значимо Высота валика 4,0 2,4 значимо

4,6 2,6

СФФ 3,3 2,6 значимо СФФ 5,1 2,4 значимо

5,8 2,6

3 Значимость влияния расположения ТП 2.3 Полярность ВМП (схема «8-№>/схема «N-8») к ТП

3.1 Наплавка без ВМП (к ТП/от ТП)

Ширина валика 3,2 2,4 значимо Ширина валика 21,1 2,6 значимо

Высота валика 3,0 2,4 значимо Высота валика 3,1 2,6 значимо

СФФ 7,6 2,4 значимо СФФ 5,2 2,6 значимо

3.2 Наплавка с ВМП по схеме «N-8» (к ТП/от ТП) 2.4 Полярность ВМП (схема «8-№>/схема «N-8») от ТП

Ширина валика 2,1 2,6 не значимо Ширина валика 17,8 2,6 значимо

Высота валика 0,1 2,6 не значимо Высота валика 5,5 2,6 значимо

СФФ 2,7 2,6 значимо СФФ 5,2 2,6 значимо

Таблица А2 - Оценка значимости влияния параметров ЭШН при помощи регрессионного анализа

Параметр |г| Оценка степени корреляции

Скорость наплавки

Влияние скорости наплавки на содержание Сг (хрома) в ООАП 0,74 Средняя корреляция

Влияние скорости наплавки на содержание № (ниобия) в ООАП 0,57 Средняя корреляция

Влияние скорости наплавки на содержание С (углерода) в ООАП 0,80 Высокая корреляция

Влияние скорости наплавки на содержание N1 (никеля) в ООАП 0,35 Слабая корреляция

Смещение от зенита

Влияние смещения от зенита на содержание Сг (хрома) в ООАП 0,96 Высокая корреляция

Влияние смещения от зенита на содержание N1 (никеля) в ООАП 0,96 Высокая корреляция

Влияние смещения от зенита на содержание № (ниобия) в ООАП 0,96 Высокая корреляция

Влияние смещения от зенита на содержание С (углерода) в ООАП 0,97 Высокая корреляция

Влияние смещения от зенита на ширину валика ООАП 0,92 Высокая корреляция

Влияние смещения от зенита на СФФ в ООАП 0,95 Высокая корреляция

Влияние смещения от зенита на долю участия основного металла в ООАП 0,97 Высокая корреляция

Методика тарировки магнитной системы

УТВЕРЖДАЮ Директор Института сварки АО «НПО «ЦНИИТМАШ»

_Ю.С. Волобуев

« » 2025 г.

М Е Т О Д И К А

ТАРИРОВКА МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВНЕШНЕГО ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКЕ ЛЕНТОЧНЫМ ЭЛЕКТРОДОМ ПОД ФЛЮСОМ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АЭС

М.2730.25.001-2025

Москва, 2025 г.

Магнитная система применяется при электрошлаковой наплавке лентой шириной от 60 мм и больше для создания внешнего магнитного поля с целью предотвращения образования подрезов, западаний и других подобных дефектов по линии сплавления валика с основным металлом и с соседним валиком, а также с целью увеличения ширины наплавляемого валика и получения его гладкого профиля.

В настоящее время регистрирующие приборы известных существующих источников питания магнитных систем проградуированы в Амперах. Однако же непосредственное влияние на формирование валиков оказывает магнитное поле, создающееся в области существования наплавочной ванны, силовой характеристикой которого является магнитная индукция В, измеряемая в теслах (миллитеслах) (мТл). Каждая магнитная система отличается величиной создаваемого ею магнитного поля из-за различного числа витков, толщины витков, толщины сердечника, формы и материала магнитопроводящего сердечника электромагнитных катушек.

Поэтому для обеспечения стабильного процесса формирования валиков при электрошлаковой наплавке, необходимо привести к единообразию задание значений параметров внешнего магнитного поля, создаваемого любой применяемой магнитной системой.

1 Методика тарировки магнитной системы

1.1 При тарировке следует использовать любой аттестованный измеритель магнитной индукции (магнитометр), способный измерять постоянное магнитное поле величиной от 0,1 мТл до 20 мТл с шагом замера не более 0,5 мТл.

1.2 Подготовить измеритель магнитной индукции к работе в соответствии с соответствующем разделом «Инструкции по эксплуатации».

1.3 Тарировку необходимо проводить возможно максимальном удалении от вероятных источников магнитных полей, вносящих ошибочные значения в показания прибора.

1.4 Измерения проводить над пластиной, изготовленной из стали перлитного класса, площадью не менее 100 см2 и толщиной не менее 40 мм. Пластина должна быть изготовлена из стали той же марки, что и наплавляемое изделие.

1.5 При возможности подключения разных полюсов к одной катушки, тарировка проводится для каждого полюса по отдельности: для северного (К) и для южного (Б).

1.6 Зонт измерителя магнитной индукции в котором располагается датчик Холла, устанавливается над пластиной параллельно плоскости её поверхности. Расстояние от зонда до поверхности пластины должно составлять не более 3 мм.

1.7 Установить магнитный наконечник в рабочее положение (рисунок 1)

ГЛ

-I-

О

Рисунок 1 - Схема расположения магнитного наконечника и зонда относительно друг друга: 1 -наконечник магнитного стержня; 2 - зонд с датчиком Холла; 3 - металлическая пластина; 4 -предполагаемое расположение ленты; а - расстояние от наконечника до торца ленты; Ь - расстояние от пластины до наконечника

1.8 При измерении магнитного поля, создаваемого одной катушкой, сила тока подаваемая на другую должна равняться нулю (в случае если магнитная система закреплена на наплавочной головке).

1.9 Фиксировать показания тарируемой катушки последовательно, начиная с 0 А до максимальных значений показаний на источнике питания магнитной системы, с шагом (интервалом между последовательными показаниями) не более 0,5 А.

1.10 Для тарировки другой катушки выполнить п.п. 1.7-1.9.

2 Оформление результатов тарировки магнитной системы

2.1 После измерения значений силы тока каждой катушки, строится тарировочный график для каждой применяемой пары катушек с учётом расположения их полюсов в процессе наплавки. Расположение полюсов электромагнитных катушек в процессе наплавки приведены в производственно-технологической документации (ПТД). Пример тарировочного графика приведен на рисунке 2.

12,0 - ю,о | 8.0

| 6.0

з

я

I 4.0 5 2,0 0,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 Сила тока, А, подаваемая на катушки

Рисунок 2 - Тарировочный график зависимости величины магнитной индукции от силы тока, подаваемой на катушки: 1 - 1-ая катушка (северный полюс, К); 2 - 2-ая катушка (южный полюс, в)

2.2 График строится в следующих координатах: по горизонтальной оси откладываются пошаговые значения показаний амперметра на источнике питания магнитной системы (в амперах); по вертикальной оси - значения, показываемые измерителем магнитной индукции (в миллитеслах), соответствующие каждому показанию источника питания магнитной системы.

2.3 Две возрастающие линии на графике показывают характер изменения индукции магнитного поля, создаваемого каждой катушкой в зависимости от силы тока, подаваемой на витки катушки. Каждая линия на графике соответствует конкретной катушке с конкретным магнитным полюсом.

2.4 В случае применения пары катушек с возможностью переключения полюсов строятся два тарировочных графика, для каждого варианта расположения полюсов. Выбор рабочего тарировочного графика выбирается с учётом расположения полюсов электромагнитных катушек в процессе наплавки, указанного в ПТД.

2.5 В приложении к каждому тарировочному графику необходимо указать:

1) наименование и марку прибора измерителя магнитной индукции с указанием возможного диапазона/поддиапазона измерений и минимальным шагом замера для диапазона (для каждого поддиапазона, если имеется);

2) выбранный поддиапазон (если имеется);

3) марку источника питания магнитной системы с указанием диапазона показаний прибора и минимальным интервалом между делениями;

4) выбранный шаг замера по источнику питания магнитной системы (в Амперах)

5) расшифровку обозначения каждой линии на графике: маркировка катушки, полюс катушки;

6) марку и толщину пластины, над которой располагался магнитный наконечник в процессе тарировки;

7) значения параметров «а» и «Ь» в процессе тарировки;

8) дату проведения тарировки.

2.6 Рабочий тарировочный график находится на рабочем участке и располагается на источнике питания магнитной системы или на любом свободно доступном месте для информирования сварщика.

2.7 Маркировка катушек должна соответствовать маркировке соответствующих линий построенных зависимостей на рабочем тарировочном графике. Маркировка наносится непосредственно на корпус катушки или на провод рядом с корпусом.

2.8 В случае выхода из строя одной катушки и замены на другую, не прошедшую тарировку, проводится тарировка последней в соответствии с разделом № 1. Далее строится новый тарировочный график для новой пары катушек с учётом расположения полюсов электромагнитных катушек в процессе наплавки в соответствии с п.п. 2.1^2.4. Дальнейшие действия - в соответствии с пунктами раздела № 2.

2.9 В случае выхода из строя одной катушки и замены на другую, прошедшей тарировку, строится только тарировочной график для новой пары катушек по предварительно полученным данным тарировок с учётом расположения полюсов электромагнитных катушек в процессе наплавки. Тарировочный график строится в соответствии с п.п. 2.1^2.4. Дальнейшие действия в соответствии с пунктами раздела № 2.

3 Порядок настройки магнитной системы по тарировочному графику на рабочем

месте

3.1 Порядок настройки магнитной системы представлен ниже на примере: 3.1.1 Требуется установить значение индукции внешнего магнитного поля обеих катушек равное 8,0 мТл (см. рисунок 3.1)

0,0 --1---1-1

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 Сила тока. А, подаваемая на катушки

Рисунок 3.1 - Тарировочный график: 1 - катушка северного полюса (К); 2 - катушка южного полюса (Б)

3.1.2 Проводится воображаемая горизонтальная линия, соответствующая требуемому значению индукции магнитного поля (см. рисунок 3.2)

12,0

0,0 • I ; I I

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 Сила тока. А, подаваемая на катушки

Рисунок 3.2 - Тарировочный график: 1 - катушка северного полюса (К); 2 - катушка южного полюса (Б)

3.1.3 На пересечении проведённой горизонтальной линии с линиями графика проводятся вертикальные линии, соответствующие конкретным значениям силы тока на каждой катушке, создающей магнитное поле с индукцией 8,0 мТл (см. рисунок 3.3).

12,0 я Ю.0

полюса (Б)

3.1.4 В пересечении проведенных вертикальных линий с осью абцисс получаем соответствующие значения силы тока:

- для катушки северного полюса (К) (линия 1 на рисунке 3.3) сила тока, при которой индуцируется магнитное поле величиной 8,0 мТл равняется 2,0 А.

- для катушки южного полюса (Б) (линия 2 на рисунке 3.3) сила тока, при которой индуцируется магнитное поле величиной 8,0 мТл равняется 3,0 А.

3.1.5 Далее на приборной панели источника питания магнитной системы, непосредственно перед запуском процесса наплавки, соответствующими регуляторами выставляется сила тока, подаваемая на каждую катушку: для катушки северного полюса (К) это 2,0 А; для катушки южного полюса (Б) это 3,0 А.

3.2 В случае выключения и повторного включения магнитной системы необходимо проверить правильность настройки магнитной системы в соответствии с п.п. 3.1.1-3.1.5.

3.3 Значения параметров работы магнитной системы указываются в ПТД.

3.4 При отсутствии значений параметров работы магнитной системы в ПТД, значения устанавливаются по согласованию с головной материаловедческой организацией (ГМО).

3.5 Если в ПТД в качестве параметров работы магнитной системы указана индукция магнитного поля В (мТл), то установка параметров происходит в соответствии с п.п. 3.1.1^3.1.5. В случае указания в ПТД интервала значений для настройки выбирается среднее арифметическое значение интервала.

3.6 Если в ПТД в качестве параметров работы магнитной системы указан интервал значений силы тока на катушках А, то на тарировочном графике выбираются значения индукции магнитного поля, соответствующие линиям графика, ограничивающим этот интервал, при выполнении следующих условий:

3.6.1 При наплавке одиночного валика разность значений индукции магнитных полей, создаваемых обеими катушками, не должна превышать 1 ,5 мТл.

3.6.2 При наплавке соседних валиков с перекрытием величина индукции магнитного поля, создаваемого катушкой, стержень которой расположен над ранее наплавленным валиком, должна быть больше на 2^4 мТл, чем величина магнитного поля, создаваемая другой катушкой.

3.6.3 Допускается использовать другие соотношения значения магнитных полей при условии их соответствия требованиям ПТД.

Технический Акт о внедрении

УТВЕРЖДАЮ

Генеральный директор Филиала АО «АЭМ-технологии» «Петрозаводскмаш» в г. Петрозаводск

_Н.В. Фролов

«_»_2025 г.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

В процессе выполнения работ по нанесению ООАП с помощью ЭШН на предприятии достигнуты следующие результаты:

1. Использованы технологические рекомендации по режимам наплавки, которые оформлены в виде изменений к карте технологического процесса автоматической наплавки ленточным электродом под флюсом однородного однослойного антикоррозионного покрытия (ООАП) труб бесшовных плакированных.

2. Создана и применена методика тарировки магнитных систем, предназначенных для электрошлаковой наплавки лентой различной ширины.

3. Отработан процесс электрошлаковой наплавки ООАП разными сочетаниями наплавочных материалов на опытных моделях труб ГЦТ, проведены исследования вероятности возникновения поднаплавочных трещин, определены химические, физические, механические и коррозионные характеристики антикоррозионного покрытия. Полученные результаты позволили применить технологию и материалы для выполнения однородного однослойного антикоррозионного покрытия способом электрошлаковой наплавки лентой под керамическим флюсом на трубопроводы первого контура реакторной установки с реактором типа ВВЭР.

Указанные выше технологические рекомендации и методика разработаны, опробованы и внедрены при участии старшего научного сотрудника отдела сварки АО «НПО «ЦНИИТМАШ» Митрофанова В.М.

Главный сварщик

А.М. Авдеев

Приложение Г

Справка об использовании результатов диссертационной работы

УТВЕРЖДАЮ

Заместитель генерального директора по научной работе АО «НПО «ЦНИИТМАШ

_П.А. Козлов

« » 202 г.

С П Р А В К А

Об использовании результатов диссертационной работы Митрофанова В.М. «Разработка и исследование технологии электрошлаковой наплавки элементов энергетических установок»

Настоящая справка подтверждает, что в период с 2014 по 2025 год при выполнении хоздоговорных работ использовались результаты прикладных научных исследований, представленных в диссертационной работе Митрофанова В.М. по следующим договорам:

1. ООО «ОМЗ-Спецсталь», г. Санкт-Петербург (Х.Д. №140393.30.К0.000 от 13.08.2014 г.)

2. ООО «Полесье», г. Волгодонск, Ростовская обл. (Х.Д. №170743.30.ХД.000 от 29.12.2017 г.)

3. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. №221013.30.ХД.000 от 30.06.2023 г.)

4. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. №АЭМ 19-2014/ТД/140214.30.ХД.000 от

19.04.2014 г.)

5. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. № АЭМ 11-2015/ТД/150617.30.ХД.000 от

28.12.2015 г.)

6. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. № АЭМт/ТД/2017/2/170231.30.ХД.000 от 10.04.2017 г.)

7. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. № АЭМт/ТД/2017/6/170269.30.ХД.000 от

23.05.2017 г.)

8. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. № АЭМт/ТД/2018/6/180173.30.ХД.000 от

30.03.2018 г.)

9. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. № АЭМт/ТД/2019/8/190573.30.ХД.000 от

02.07.2019 г.)

10. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. №АЭМт/ТД/2019/13/190603.30.ХД.000 от 08.07.2019 г.)

11. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. №АЭМт/ТД/2019/15/190811.30.ХД.000 от 30.09.2019 г.)

12. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. №АЭМт/ТД/2019/15/191060.30.ХД.000 от

23.12.2019)

13. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. №АЭМт/ТД/2020/6/200618.30.ХД.000 от

03.09.2020)

14. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. № АЭМт/ТД/2022/1/220492.30.ХД.000 от 20.06.2022)

15. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. №АЭМт/ТД/2022/1/220492.30.ХД.000 от 20.06.2022)

16. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. №АЭМт/ТД/2022/6/220589.30.ХД.000 от 27.06.2022)

17. АО «АЭМ-технологии», г. Санкт-Петербург (Х.Д. №АЭМт/ТД/2022/14/220650.30.ХД.000 от 27.06.2022)

Директор Института сварки АО «НПО «ЦНИИТМАШ

Ю.С. Волобуев

Список условных обозначений

Vн I

К 8 Ьв И

1э 1ф /в

и

К X

1в 1г 1к вк

рк

ВУ р! р2

1Х , 1 X

р! р2

гу, гу

Вс ВБ

Вк

вк

Ра Рк

Р8

Ь

Вл Ц0

ц

а

Ъе

ОМе

I

Направление наплавки Сила тока наплавки

Северный магнитный полюс магнитной системы

Южный магнитный полюс магнитной системы

Ширина наплавленного валика

Высота наплавленного валика

Величина вылета электрода

Высота засыпки флюса

Длина ванны

Напряжение наплавки

Величина перекрытия соседних валиков

Величина смещения от зенита

Вертикальная компонента тока в сварочной ванне

Горизонтальная компонента тока в сварочной ванне

Ток сварочного контура

Индукция магнитного поля сварочного контура

Электромагнитная сила Ампера сварочного контура, действующая на сварочную ванну

Компоненты индукции магнитного поля, направленные вдоль оси ох Компоненты индукции магнитного поля, направленные вдоль оси оу Компоненты электромагнитной силы, направленные вдоль оси ох Компоненты электромагнитной силы, направленные вдоль оси оу Индукция собственного магнитного поля, создаваемая сварочным током Индукция магнитного поля, создаваемая электромагнитной катушкой южного полюса

Индукция магнитного поля, создаваемая электромагнитной катушкой северного полюса

Индукция внешнего компенсирующего магнитного поля Электромагнитная сила Ампера, направленная к центру сварочной ванны Электромагнитная сила Ампера, возникающая при воздействии перпендикулярной компоненты индукции внешнего магнитного поля, создаваемой северным магнитным полюсом

Электромагнитная сила Ампера, возникающая при воздействии перпендикулярной компоненты индукции внешнего магнитного поля, создаваемой южным магнитным полюсом Ширина ленты

Индукция магнитного поля, образующаяся вокруг плоского проводника

с током (ленты)

Магнитная постоянная

Относительная магнитная проницаемость

Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение жидкого железа

Поверхностное натяжение сварочной ванны

Линейная плотность тока

а Угол наклона магнитных стержней относительно горизонта

в Угол конуса наконечника конусного типа

у Угол вершины магнитного наконечника

ё Диаметр магнитного стержня

1к Сила тока намагничивания электромагнитных катушек

В || Компонента индукции собственного магнитного поля, параллельная зер-

калу сварочной ванны

В^ Компонента индукции собственного магнитного поля, перпендикулярная

зеркалу сварочной ванны В^ Компонента индукции внешнего магнитного поля, параллельная зеркалу

металлической ванны

Б || Электромагнитная сила Ампера, возникающая при воздействии парал-

лельной компоненты индукции собственного магнитного поля на сварочный ток в сварочной ванне

Электромагнитная сила Ампера, возникающая при воздействии перпендикулярной компоненты индукции собственного магнитного поля на сварочный ток в сварочной ванне

Электромагнитная сила Ампера, возникающая при воздействии параллельной компоненты индукции внешнего магнитного поля Ьсм величина смещения ленты в осевом направлении при переходе на следу-

ющий валик при наплавке по схеме «слалом» 1сл длина «слаломного» перехода

Усл скорость наплавки на «слаломном» переходе

Усм скорость смещения ленты в осевом направлении изделия

1см время смещения ленты в осевом направлении изделия (время «слаломно-

го перехода»)

Уме Доля участия основного металла в наплавленном

В* Основность флюса

Аф Активность флюса

Е Модуль упругости

X Коэффициент теплопроводности

Об Предел прочности

00,2 Условный предел текучести

5 Относительное удлинение

у Относительное сужение

Ас1 Температурная критическая точка начала перекристаллизации

Асз Температурная критическая точка окончания перекристаллизации