Exploratory Research of Reliability Improvement of High-duty Welded Metal Constructions Operated under the Conditions of the North

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Welding affect fundamentally on the availability of the constructions operated under the low temperatures due to a decrease in resistance to the nucleation and propagation of cracks in the heat-affected zone and weld metal. Despite the existence of a sufficiently large number of ways to improve the reliability of welded joints, some of them have now completely exhausted its capabilities, while others have not been brought to the stage of wide practical application. Therefore, the development of the necessary special welding technology in low temperature conditions remains an urgent problem. The purpose of the work: to find the ways to improve the reliability of high-duty metal constructions welded at low temperatures. The welded joints of 09G2S steel obtained by welding with direct current and pulsed low-frequency current modulation under conditions of positive (+ 20 °C) and negative (-45 °C) ambient air temperatures are investigated using three new types of welding electrodes. The methods of investigation. Mechanical tests for static tension and impact bending of welded samples, as well as spectral analysis of the chemical composition and metallurgical studies of weld metal are undertaken. Results and Discussion. It is revealed that the metal constructions operational factors depend on the choice of the welding method and welding temperature, as well as the characteristics of the welding material. It is established that to increase the impact strength of samples welded at negative temperatures by the adaptive pulse-arc welding method, an increase in heat input is required, relative to the rat of energy input, realized in the process of welding at positive temperature. The effect of the weld metal structure refinement using adaptive pulse-arc welding with coated electrodes is confirmed, including in conditions of negative ambient air temperature (down to 45 °С below zero). The presented results confirm the prospects of the developed approach aimed at obtaining new classes of materials and products, intended for operation in the conditions of the North and the Arctic.

About the authors

Y. N Sarayev

Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the RAS

Email: litsin@ispms.tsc.ru
2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation

N. I Golikov

Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS

Email: n.i.golikov@mail.ru
1, Oktyabrskaya str., Yakutsk, 677891, Russian Federation

M. M Sidorov

Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS

Email: sidorovmm@bk.ru
1, Oktyabrskaya str., Yakutsk, 677891, Russian Federation

E. M Maksimova

Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS

Email: nikiforova_em@mail.ru
1, Oktyabrskaya str., Yakutsk, 677891, Russian Federation

S. V Semyonov

Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS

Email: s1789@mail.ru
1, Oktyabrskaya str., Yakutsk, 677891, Russian Federation

M. V Perovskaya

Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the RAS

Email: mv_perovskaya@inbox.ru
2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation

References

  1. Хладостойкость материалов и элементов конструкций: результаты и перспективы / В.П. Ларионов [и др.]; отв. ред. В.В. Филиппов. - Новосибирск: Наука, 2005. - 290 с. - ISBN 5-02-032442-6.
  2. Повышение прочности сварных металлоконструкций, горнодобывающей и транспортной техники в условиях Севера / О.И. Слепцов [и др.]; отв. ред. С.П. Яковлева. - Новосибирск: Наука, 2012. - 183 с. - ISBN 978-5-02-019108.
  3. Солнцев Ю.П., Титова Т.И. Стали для Севера и Сибири. - СПб.: Химиздат, 2002. - 352 c. - ISBN 5-93808-049-5.
  4. Wang J.-M., Wu S.-T. Implementation of an improved power supply with simple inverters for arc welding machine // International Transactions on Electrical Energy Systems. - 2015. - Vol. 25, iss. 6. - P. 1075-1082. - doi: 10.1002/etep.1890.
  5. Investigation of the stability of melting and electrode metal transfer in consumable electrode arc welding using power sources with different dynamic characteristics / Yu.N. Saraev, D.A. Chinakhov, D.I. Ilyashchenko, A.S. Kiselev, A.S. Gordynets // Welding International. - 2017. - Vol. 31, iss. 10. - P. 784-790. - doi: 10.1080/09507116.2017.1343977.
  6. Low temperature impact toughness of structural steel welds with different welding processes / H.-S. Shin, K.-T. Park, C.-H. Lee, K.-H. Chang, V.N. Van Do // KSCE Journal of Civil Engineering. - 2015. - Vol. 19, iss. 5. - P. 1431-1437. - doi: 10.1007/s12205-015-0042-8.
  7. Повышение прочности сварных конструкций для Севера / О.И. Слепцов, В.Е. Михайлов, В.Г. Петушков, Г.П. Яковлев, С.П. Яковлева. - Новосибирск: Наука, 1989. - 223 с. - ISBN 5-02-028754-7.
  8. In situ strain and temperature measurement and modelling during arc welding / J. Chen, X. Yu, R.G. Miller, Z. Feng // Science and Technology of Welding and Joining. - 2015. - Vol. 20, iss. 3. - P. 181-188. - doi: 10.1179/1362171814Y.0000000270.
  9. Influence of Y on microstructures and mechanical properties of high strength steel weld metal / Y.C. Cai, R.P. Liu, Y.H. Wei, Z.G. Cheng // Materials and Design. - 2014. - Vol. 62. - P. 83-90. - doi: 10.1016/j.matdes.2014.02.057.
  10. Liu C., Bhole S.D. Challenges and developments in pipeline weldability and mechanical properties // Science and Technology of Welding and Joining. - 2013. - Vol. 18, iss. 2. - P. 169-181. - doi: 10.1179/1362171812Y.0000000090.
  11. Sharma S.K., Maheshwari S. 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. - doi: 10.1016/j.jngse.2016.12.039.
  12. Пояркова Е.В. Эволюция структурно-механической неоднородности материалов сварных элементов конструкций в рамках концепции иерархического согласования масштабов: дис.. д-ра техн. наук: 05.16.09. - Уфа, 2015. - 392 с.
  13. Остсемин А.А. Прочность и напряженное состояние несимметричных механически неоднородных сварных соединений с непроваром в центре шва при двухосном нагружении // Проблемы прочности. - 2009. - № 5. - С. 154-168.
  14. Saraev Y. Adaptive pulse-arc welding methods for construction and repair of the main pipelines // Welding - HIGH-TECH Technology in 21st century: 2nd South-East European IIW International Congress, Sofia, Bulgaria, October 21st-24th 2010: proceedings. - Sofia, 2010. - P. 174-177.
  15. Saraev Y.N., Bezborodov V.P. Effect of the energy parameters of the welding process on the structure and properties of welded joints in low-alloy steels // Welding International. - 2013. - Vol. 27, iss. 9. - P. 678-680. - doi: 10.1080/09507116.2012.753276.
  16. Improving the reliability of metallic structures in service in the conditions with low climatic temperatures by efficient application of advanced methods of modification of the zone of the welded joint / Yu.N. Saraev, V.P. Bezborodov, S.V. Gladkovskiy, N.I. Golikov // Welding International. - 2017. - Vol. 31, iss. 8. - P. 631-636. - doi: 10.1080/09507116.2017.1307512.
  17. Ларионов В.П. Электродуговая сварка конструкций в северном исполнении. - Новосибирск: Наука, 1986. - 256 с.
  18. Аммосов А.П. Термодеформационные процессы и разрушение сварных соединений. - Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1988. - 136 с.
  19. Сварка в машиностроении: в 4 т.: т. 3: справочник / под ред. В.А. Винокурова. - М.: Машиностроение, 1979. - 567 с.
  20. Леонов В.П., Мизецкий А.В. Влияние локальных остаточных сварочных напряжений на начальную стадию развития трещин в сварных соединениях // Вопросы материаловедения. - 2008. - № 4 (56). - С. 54-65.
  21. Temperature distribution and residual stresses due to multipass welding in type 304 stainless steel and low carbon steel weld pads / S. Murugan, S.K. Rai, P.V. Kumar, T. Jayakumar, B. Raj, M.S.C. Bose // International Journal of Pressure Vessels and Piping. - 2001. - Vol. 78, iss. 4. - P. 307-317. - doi: 10.1016/S0308-0161(01)00047-3.
  22. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках / под ред. В.И. Труфякова. - Киев: Наукова думка, 1990. - 256 с. - ISBN 5-12-009392-2.
  23. Матохин Г.В., Воробьев А.Ю., Игуменов А.А. Оценка влияния остаточных сварочных напряжений на предел выносливости различных зон сварных соединений феррито-перлитных сталей // Сварка и диагностика. - 2015. - № 1. - С. 32-34.
  24. Terada H. Stress intensity factor analysis and fatigue behavior of a crack in the residual stress field of welding // Journal of ASTM International. - 2005. - Vol. 2, iss. 5. - P. 1-11. - doi: 10.1520/JAI12558.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».