МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Область техники

Изобретение относится к областям сварки, точнее к способам соединения изделий из коррозионностойких многослойных металлических материалов с помощью сварки и может быть использовано в машино- и судостроении, в химической, нефтехимической, добывающей и перерабатывающей промышленности, в энергетике, включая атомную, строительстве и других отраслях.

Уровень техники

До настоящего времени решение задач, связанных с повышением коррозионной стойкости сварных изделий, и, в частности, повышением коррозионной стойкости сварных швов, было основано на применении дорогостоящих металлов и специальных сплавов, в т.ч. двухслойных металлических коррозионностойких материалов.

При этом в качестве рабочей среды рассматривались абстрактные агрессивные среды без учета степени их агрессивности, состава и конкретных условий эксплуатации. Это не позволяет проводить оптимизацию состава металла сварного шва при его формировании каким-либо способом сварки.

При изготовлении сварных конструкций коррозионная стойкость сварного шва не должна быть ниже коррозионной стойкости основного металла. Это обеспечивается соответствующим химическим составом металла сварного шва, который обусловлен химическим составом основных и сварочных материалов с учетом применяемых способов сварки.

Известен способ сварки двухслойного металла, состоящего из плакируемого слоя углеродистой стали и плакирующего слоя легированной стали. В качестве углеродистой стали использовали сталь марки СтЗ, а в качестве плакирующего слоя могли быть использованы легированные стали 1X13, Х18Н10Т или 10Х17Т. Разделка и формирование шва в данном способе сварки производится со стороны легированного (плакирующего) слоя. Формирование сварного шва производится электродуговой сваркой электродом марки ЦЛ-9 и типа ЭА-2Б. Сформированный сварной шов состоит из стали, которая по химическому составу соответствует марке легированной стали ОХ25Н13Б. (См. Каховский Н.И. Сварка нержавеющих сталей. - Киев: Изд-во «Техшка», 1968.-312 с, стр.291).

Данный способ позволяет обеспечить стойкость сварного шва против межкристаллитной коррозии. Однако он разработан без учета свойств реальных рабочих сред и не позволяет использовать материал для наплавки (формирования) сварного шва оптимального химического и фазового составов, например, для повышения его коррозионной стойкости и уменьшения затрат на его формирование.

Известен способ ручной дуговой сварки покрытыми электродами конструкций из двухслойных сталей (см. ГОСТ 16098-80, ГОСТ Р 52630-2006, ОСТ 26.260.480-2003). Разделка кромок и формирование сварного шва производится со стороны легированного (плакирующего) слоя из коррозионностойких сталей, входящих в состав двухслойных коррозионностойких сталей, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 10885-85 и ОСТ 26.260.480-2003. Формирование шва плакирующего слоя и переходной зоны производится высоколегированными электродами в соответствии с требованиями ГОСТ 10052-75 и ОСТ 26.260.480-2003. Формирование шва плакируемого слоя производится электродами, удовлетворяющими требованиям ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75.

Данный способ обеспечивает получение сварных швов двухслойных материалов с составом и свойствами, соответствующими свариваемым слоям с допускаемой зоной перемешивания, что в целом обеспечивает требуемую коррозионную стойкость конструкции. Однако, указанный способ не может быть использован при сварке коррозионностойких многослойных металлических материалов, состоящих из трех слоев и боле, в которых слои высоколегированных сталей или специальных сплавов чередуются со слоями углеродистой или низколегированной конструкционной стали, т.к. сварка не может быть выполнена путем наплавления углеродистого металла на высоколегированный. Также, он не может быть осуществлен при сварке двухслойных и многослойных материалов, толщина слоев в которых меньше указанной в стандартах.

Известен способ сварки двухслойных сталей, состоящих из основного плакируемого и внешнего плакирующего коррозионностойкого слоев, работающих в агрессивных средах в химическом и нефтехимическом производстве. В качестве основного (базового) слоя используются стали марок СтЗ, сталь 10, сталь 15ХМ и др. В качестве коррозионностойкого, плакирующего слоя используются стали Х18Н10Т, Х18Н12Т, 1Х18Н9Т и др. Сварка основного плакируемого слоя производится по обычной для данной конструкции стали технологии (под флюсом, покрытыми электродами, электрошлаковой и т.д.).

Сварка коррозионностойкого плакирующего слоя производится в один или несколько слоев (в зависимости от его толщины). Формирование сварного шва производится с помощью сварочной проволоки, например, марки 08Х25Н13БТЮ (ЭП389) под флюсом марки АН-26 или АНФ-14. (См. Справочник по сварке. Том 4. Под редакцией д-ра техн. наук проф. А.И. Акулова. - М: Машиностроение, 1971-416 с. Стр. 123-138).

Данный способ позволяет получать сварные изделия из двухслойных сплавов с достаточно высокой коррозионной стойкостью материала сварного шва. Однако и в этом случае описанный способ не учитывает электрохимическую активность используемых агрессивных рабочих сред, что не позволяет более эффективно произвести выбор оптимального состава материала сварного шва для достижения более высокой его стойкости против коррозии в той или иной агрессивной рабочей среде.

Известен способ сварки двухслойных сталей, состоящих из плакирующего коррозионностойкого, толщиной до 12 мм, и основного плакируемого, толщиной до 150 мм, слоев, работающих в коррозионно-активной среде. Разделку кромок шва в данном способе производят по типажу и конструктивным элементам регламентированными ГОСТ 16098-80 в зависимости от способа сварки. Сварку двухслойных сталей в данном способе могут производить, в зависимости от толщины слоев стали, как с одной стороны, так и с двух сторон. Формирование материала сварного шва производится раздельно по слоям стали, используя различные сварочные материалы. В первую очередь вьшолняют сварку основного (базового) слоя, а затем сваривают облицовочный (плакирующий) слой, исключая его повторный нагрев. Сварку облицовочного (плакирующего) слоя производят в один или два сварных слоя с использованием электродов типа Э-11Х15Н25М6АГ2. (См. Чернышов Г.Г. Технология электрической сварки плавлением: Учебник/ Г.Г. Чернышов. - М: Издательский центр «Академия», 2006.-448с. Стр. 440-442).

Данный способ позволяет получать сварные изделия из двухслойных материалов с достаточно высокой коррозионной стойкостью сварных швов. Однако в этом случае описанный способ не учитывает реальные свойства используемых агрессивных рабочих сред, что не позволяет более эффективно произвести выбор оптимального состава материала сварного шва для достижения более высокой его стойкости против коррозии в конкретно используемой агрессивной среде. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления сварного изделия из коррозионностойких многослойных металлических материалов для работы в условиях агрессивных коррозионных сред, включающий сварку коррозионностойких многослойных металлических материалов, выполненных из чередующихся между собой рабочих коррозионностойких плакирующих пассивирующихся в рабочей среде слоев, нечетных по расположению, и плакируемых протекторных слоев, четных по расположению, при этом осуществляют одно- или двух стороннюю разделку кромок под сварку и формирование сварного шва путем заполнения разделки различным сварочным материалом за один или несколько проходов. В качестве основного плакируемого слоя используется низкоуглеродистая сталь, а в качестве легированного плакирующего слоя используется легированная сталь марки 1Х18Н9Т. Легированный плакирующий слой по отношению к рабочей среде можно считать первым слоем, т.е. нечетным, а основной плакируемый слой — вторым слоем, т.е. четным. Разделка кромок сварного шва производится с двух сторон. Формирование сварного шва со стороны низкоуглеродистой стали основного слоя ведется автоматической сваркой с применением сварочной проволоки Св-08 и флюса ОСЦ-45. Со стороны легированного плакирующего слоя сварной шов в зоне низколегированной стали формируется ручной дуговой сваркой электродами К-5А (Э-50А), а в зоне легированного плакирующего слоя формируется дуговой сваркой электродами АБ-4 из проволоки Х25Н13Б, а затем электродами из проволоки ОХ18Н9Б. (См. Е.Н. Уколова. Автоматическая сварка. - М.- Свердловск: Машгиз, 1960.-148 с. Стр. 88-90).

Данный способ сварки позволяет обеспечить достаточно высокую коррозионную стойкость сварных изделий и, в частности, сварного шва. Однако подбор материала шва в данном способе не учитывает степени агрессивности и состава конкретных рабочих сред, которые будут реально воздействовать на сварное изделие представленное выше. Это не позволяет более качественно производить оптимизацию в конкретном случае материала сварного шва при его формировании каким-либо способом сварки многослойных неразъемных коррозионностойких металлических материалов.

Данный способ также не может быть использован при сварке коррозионностойких многослойных металлических материалов, состоящих из трех слоев и более, в которых коррозионностойкие слои из высоколегированных сталей или специальных сплавов чередуются со слоями углеродистой или низколегированной конструкционной стали. Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание способа получения неразъемных соединений с применением сварочных процессов в изделиях из коррозионностойких многослойных металлических материалов, приспособленных для работы в условиях контакта с агрессивными средами, в том числе и для многослойных материалов.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении коррозионной стойкости сварного шва в различных агрессивных средах.

Для этого в способе изготовления сварного изделия из коррозионностойких многослойных металлических материалов для работы в условиях агрессивных коррозионных сред, включающем сварку коррозионностойких многослойных металлических материалов, выполненных из чередующихся между собой рабочих коррозионностойких плакирующих пассивирующихся в рабочей среде слоев, нечетных по расположению, и плакируемых протекторных слоев, четных по расположению, при этом осуществляют одно- или двух стороннюю разделку кромок под сварку и формирование сварного шва путем заполнения разделки сварочным материалом за один или несколько проходов, при этом используют сварочный материал, характеризующийся в условиях контакта с рабочей средой стационарным электрохимическим потенциалом, большим значением стационарного электрохимического потенциала рабочего плакирующего коррозионностойкого нечетного слоя многослойного материала, контактирующего с рабочей средой. Материал сварочного шва характеризуется анодной (Аш) и катодной (Кш) кривыми (фиг. 1). При контакте данного слоя с агрессивной средой, не содержащей окислители, на нем устанавливается стационарный потенциал (Еш).

Материал первого слоя характеризуют анодная (Ам) и катодная (Км) кривые (фиг. 1). При контакте данного слоя с агрессивной средой, не содержащей окислители, на нем устанавливается стационарный потенциал (Ем).

При совместном контакте материала первого слоя и материала сварочного шва устанавливается стационарный потенциал (Емш). При этом материал первого слоя является анодом, а материал шва катодом. В результате действия среды в наружном слое (в материале первого слоя) возникают очаги поражения в виде питтинга, которые с течением времени увеличивают глубину и достигают второго слоя. Материал второго слоя выбирается таким образом, чтобы величина его стационарного электрохимического потенциала (Е2) в условиях контакта с рабочей средой была меньше стационарного электрохимического потенциала металла первого слоя и материала сварного шва. Состояние материала второго слоя - протектора - характеризуется анодной (А2) и катодной (К2) кривыми.

При достижении питтингом металла второго слоя на материале первого слоя и материале сварного шва устанавливается стационарный потенциал, который расположен между стационарными потенциалами Ем2 и Еш2, обусловленный контактной разностью потенциалов металла шва, первого и второго слоев, соответственно. При этом металл второго слоя становится анодом, а металлы первого слоя и материал шва - катодами.

Второй слой становится протектором, т.е. жертвенным электродом, и постепенно растворяется. Реакция анодного растворения может протекать до образования в протекторе полости значительных размеров - линзы. На материале первого слоя и материале шва в зависимости от состава среды происходит выделение водорода, восстановление кислорода или другие электрохимические реакции, не приводящие к их растворению.

Осуществление изобретения

В способе получения неразъемных соединений с применением сварочных процессов в изделиях из коррозионностойких многослойных металлических материалов учитывается, что слои многослойного материала имеют различный химический состав и отличаются значениями электрохимических потенциалов. Каждый из них имеет определенные характеристики их электрохимического взаимодействия в контакте с предполагаемой коррозионной средой, обуславливающие их пассивное или активное состояние в данной среде. Поскольку плакирующие слои многослойного материала состоят из коррозионностойких сталей, которые в процессе длительного контакта с агрессивной средой переходят в состояние электрохимической анодной пассивации, то при одновременном воздействии окислителей и активирующих анионов, пассивное состояние материала может быть нарушено с образованием анодных и катодных участков. В анодной зоне происходит образование питтингов.

Протекторные слои многослойного материала обладают более отрицательным электрохимическим потенциалом по сравнению с рабочими плакирующими слоями и обеспечивают их пассивацию. В данных материалах развивается общая коррозия с разрушением протекторного слоя и образованием продуктов коррозии.

При изготовлении неразъемных соединений с применением сварочных процессов в изделиях из коррозионностойких многослойных металлических материалов формирование сварного шва производят таким образом, чтобы материал сварного шва обладал повышенным электрохимическим потенциалом по сравнению с материалом рабочих коррозионностойких плакирующих слоев. Образование питтингов в этом случае на поверхности сварного шва становится невозможным и питтинги будут развиваться только в рабочем слое, до тех пор пока глубина питтинга не станет равной толщине рабочего слоя. В этом случае происходит пассивация рабочего слоя и происходит общая коррозия протекторного четного слоя.

Ниже приведены 18 примеров испытаний различных вариантов способов сварки многослойных материалов в условиях одностороннего воздействия агрессивной среды с различными комбинациями материалов рабочего и протекторных слоев, которые подтверждают основные положения предлагаемого изобретения.

В таблице 1 представлены материалы, которые используются в качестве рабочих коррозионностойких нечетных слоев многослойного материала, подвергаемого сварке и испытанию на коррозионную стойкость в примерах.

В таблице 2 и 3 представлены зарубежные аналоги данных материалов.

В таблице 4 представлены материалы, которые используются в качестве протекторного слоя многослойного материала, подвергаемого сварке и испытанию на коррозионную стойкость в примерах.

В таблицах 5, 6 и 7 представлены их зарубежные аналоги.

Многослойные материалы в виде пластин сваривались между собой встык с односторонней или двухсторонней разделкой кромок шва различными способами электродуговой сварки. Сварочные материалы в виде покрытых электродов, проволоки сплошного сечения и порошковой, защитные газы и флюсы выбирали из условия заданного соотношения электрохимических потенциалов металла сварного шва, рабочего нечетного и протекторного четного слоев.

Химический состав материала сформированного сварного шва определялся стилоскопированием.

В качестве коррозионной среды использовались жидкие среды, содержащие водные растворы солей кислот, щелочей или кислот, анионы которых не являются окислителями. Сваренные между собой многослойные материалы предлагаемым способом сварки подвергали длительному воздействию рабочих сред, указанных выше. Коррозионную стойкость многослойного материала и материала сварного шва оценивали по ГОСТ 9.905- 82, ГОСТ 9.908-85, ГОСТ 9.909-86, ГОСТ 9.912-89. Затем сравнивали коррозионную стойкость материала сварного шва с коррозионной стойкостью свариваемого многослойного материала.

Химический состав металла сформированных сварных швов многослойных материалов согласно предлагаемым способам сварки представлен в таблице 8.

Структура многослойного материала, подвергаемого сварке, используемая рабочая коррозионная среда, материал сформированного шва, значения электрохимических потенциалов плакирующих слоев свариваемых многослойных материалов и материала сварного шва, коррозионная стойкость сварных швов (Ci) в условных единицах по отношению к коррозионной стойкости свариваемого многослойного материала представлены в таблице 9.

Примеры J sJYo 1, 2 и 3

Две пластины из многослойного материала, состоящего из трех слоев, средний из которых из стали Ст.Зсп (шифр D табл. 4) толщиной 3,0 мм является протекторным и два внешних слоя толщиной 2,5 мм каждый, выполненные из стали 08Х18Н10Т (шифр В табл. 4) сваривали между собой электродуговой сваркой встык с двухсторонней разделкой кромок шва (тип сварного соединения С25, ГОСТ 14771-76). Сварной шов формировали с каждой стороны. Плакирующие слои трехслойного материала состояли из хромоникелевой стали марки 08Х18Н10Т (шифр А, табл.1), а базовый слой состоял из низкоуглеродистой конструкционной стали D (см. табл. 4).

Сварное соединение из трехслойного материала должно эксплуатироваться в условиях двухстороннего контакта с рабочей средой, содержащей 1%-ный водный раствор хлорида натрия.

В данной рабочей среде плакирующий слой из материала А обладает свойством электрохимической пассивации и имеет электрохимический стационарный потенциал ESPA = +0,2В, электрохимический потенциал полной пассивации ЕОРА ⁼ +0,05В и электрохимический потенциал перепассивации EPRPA - +0,40В. Базовый слой из материала D в данной рабочей среде имеет электрохимический стационарный потенциал ESPD ⁼ - 0,44В.

Формирование сварного шва производили из трех различных материалов: материал МНИ ; материал МШ2 и материал МШЗ (см.табл. 8). Все три материала согласно изобретению обладали свойствами электрохимической пассивации в указанной рабочей среде и, по значениям электрохимических потенциалов пассивации и перепассивации, зона их пассивации в основном совмещена с зоной электрохимической пассивации плакирующего слоя из материала А. Однако значения их электрохимического стационарного потенциала были различны.

В примере 1 материал МШ1 сварного шва обладал в указанной рабочей среде электрохимическим стационарным потенциалом Espun ⁼ +0,25В. Это значение электрохимического стационарного потенциала материала шва согласно предлагаемому изобретению находилось в диапазоне от значения стационарного электрохимического потенциала до значения электрохимического потенциала перепассивации плакирующего слоя А в той же рабочей среде (ESPA < Espmi < EPRPA).

В примере 2 материал МШ2 сварного шва обладал в указанной рабочей среде электрохимическим стационарным потенциалом ESPUD ⁼ +0,15В. Это значение электрохимического стационарного потенциала материала шва ниже, чем значение стационарного электрохимического потенциала плакирующего слоя А в данной среде (ESPA > ESPUE), что выходит за рамки предлагаемого изобретения.

В примере 3 материал МШЗ сварного шва обладал в указанной рабочей среде электромеханическим стационарным потенциалом ESPUD ⁼ +0,42В. Данное значение электрохимического стационарного потенциала материала сварного шва выше, чем значение электрохимического потенциала перепассивации плакирующего слоя А в данной среде (ES _P UD > E _P RP _A ), что также выходит за рамки предлагаемого изобретения.

Образцы сваренных трехслойных пластин (А-Д-А) по 1, 2 и 3 примерам были подвергнуты испытаниям в условиях контакта с указанной средой (1% водный раствор NaCl) в течение длительного периода времени - 4350 часов. При этом проводили мониторинг состояния трехслойного материала и материала сварного шва. В том числе, исследовали очаги коррозии и образующиеся продукты коррозии при различных температурах в диапазоне от +5°С до +220°С.

В результате испытаний было установлено, что в примере 1 коррозионная стойкость материала сварного шва была в 1,0-1,1 выше коррозионной стойкости свариваемого трехслойного материал А-Д-А. В примере 2 коррозионная стойкость материала сварного шва уступала коррозионной стойкости свариваемого трехслойного материала и составляла 0,5-0,6 от его стойкости. В примере 3 коррозионная стойкость сварного шва также уступала коррози- онной стойкости трехслойного материала и составляла 0,7-0,8 от его стойкости. Т.е. предлагаемый способ сварки многослойных материалов, осуществленный в примере 1, повышает коррозионную стойкость сварных швов.

Примеры jVs-Ns? 4, 5 и 6

Две пластины из трехслойного материала типа A-G-A (см.табл.1, 4 и 9) сваривали между собой электродуговой сваркой встьж с односторонней разделкой кромок шва (тип сварного соединения С 18, ГОСТ 14771-76). В данном случае базовый слой состоял из углеродистой низколегированной хромо-никелевой стали типа G (см.тал. 4). Толщина базового слоя 10 мм. В качестве материала плакирующих слоев была использована такая же коррозионно-стойкая сталь, как в примерах 1, 2, 3. Толщина плакирующего слоя составляла 5 мм.

Сварной шов формировали тремя разными материалами (материал МШ4; материал МШ5 и материал МШ6) (см.табл. 8) в один проход. В данных примерах сварное соединение из трехслойного материала, также как и в описанных выше примерах, должно эксплуатироваться в условиях двухстороннего контакта с рабочей средой, содержащей 1%- ный водный раствор хлорида натрия. В данной среде, как уже отмечено ранее, плакирующий слой из материала А обладает свойством электрохимической пассивации и имеет стационарный электрохимический потенциал ESPA = +0,20В, электрохимический потенциал полной пассивации ЕОРА ⁼ +0,05В и электрохимический потенциал перепассивации EPRPA = +0,40В. Базовый слой из материала G в данной среде имеет электрохимический стационарный потенциал ESPG ⁼ -0,42В.

Все три материала, из которых формировали сварной шов, согласно предлагаемому изобретению обладали свойствами электрохимической пассивации в указанной рабочей среде и по значениям электрохимических потенциалов пассивации и перепассивации зона их пассивации в основном сов- мещена с зоной электрохимической пассивации плакирующего слоя из материала А.

Однако значения их электрохимического стационарного потенциала отличались друг от друга.

В примере 4 материал МШ4 сварного шва обладал в указанной рабочей среде электрохимическим потенциалом ESPUM ⁼ +0,31 В. Это значение электрохимического стационарного потенциала согласно предлагаемому изобретению находится в диапазоне от значения стационарного электрохимического потенциала Е5рд до значения электрохимического потенциала перепассивации EPRPA плакирующего слоя из материала А, в той же рабочей среде (ESPA < Es im < EPRPA). В примере 5 материал МШ5 сварного шва обладает в указанной рабочей среде электрохимическим стационарным потенциалом Espuis ⁼ +0,15В. Данное значение электрохимического стационарного потенциала материала шва ниже, чем значение стационарного электрохимического потенциала ESPA (Espms < ESPA) плакирующего слоя из материала А в данной среде, что выходит за рамки предлагаемого изобретения.

В примере 6 материал сварного шва МШ6 обладал в указанной рабочей среде электрохимическим стационарным потенциалом ESPUK ⁼ +0,42В. Данное значение электрохимического стационарного потенциала материала сварного шва выше, чем значение электрохимического потенциала перепассивации EPRPA плакирующего слоя из материала A (Espui6 > Eppj> _A ) в данной среде, что также выходит за рамки предлагаемого изобретения.

Образцы сварных трехслойных пластин (A-G-A), сваренных способами сварки по примерам 4, 5 и 6, были подвергнуты испытаниям в условиях контакта с 1%-м водным раствором NaCl в течение длительного срока - 4350 часов, при тех же условиях, что и в первых трех примерах.

В результате испытаний было установлено, как и в первых трех примерах, что в примере 4 коррозионная стойкость материала сварного шва была в 1,05-1,20 выше коррозионной стойкости свариваемого трехслойного материала A-G-A. В примере 5 коррозионная стойкость материала сварного шва уступала коррозионной стойкости свариваемого трехслойного материала и составляла 0,60-0,65 от его стойкости. В примере 6 коррозионная стойкость сварного шва также уступала коррозионной стойкости трехслойного материала и составляла 0,8-0,9 его стойкости.

Т.е. предлагаемый способ сварки многослойных коррозионностойких материалов, осуществленный в примере 4, повышает коррозионную стойкость сварного шва.

Примеры ЖМ° 7, 8 и 9

Две пластины из трехслойного материала типа C-G-C (см.табл.1, 4 и 9) сваривали между собой электродуговой сваркой встык с двухсторонней разделкой кромок шва (тип сварного соединения С25, ГОСТ 14771-76). Сварной шов формировали с каждой стороны в один проход. Базовый слой состоял из низколегированной хромо-никелевой стали типа G (см.табл. 4). Толщина базового слоя 20 мм.

Плакирующие слои трехслойного материала состояли из коррозионно-стойкой хромоникелевой стали марки 25Х22Н7Г2 (Шифр С, табл.1). Толщина плакирующего слоя 5 мм. Сварное соединение из данного трехслойного материала должно эксплуатироваться в условиях контакта с рабочей средой, содержащей 1 %-ный водный раствор хлорида натрия. В данной рабочей среде плакирующий слой из материала С обладает свойством электрохимической пассивации и имеет электрохимический стационарный потенциал ESPC = +0,18В, электрохимический потенциал полной пассивации ЕОРС = +0,04В и электрохимический потенциал перепассивации EPRPC = +0,3 5В. Базовый слой из материала G в данной среде имеет электрохимический стационарный потенциал ESPG = - 0,42В.

Формирование сварного шва производили из трех различных материалов (материал МШ7; материал МШ8; материал МШ9; см.табл. 8). Все три материала согласно изобретению обладали свойствами электрохимической пассивации в указанной рабочей среде, и по значениям электрохимических потенциалов пассивации и перепассивации, их зона пассивации в основном совмещена с зоной электрохимической пассивации плакирующего слоя из материала С. Однако значение их электрохимического стационарного потенциала было различно. В примере 7 материал МШ7 сварного шва обладал в указанной среде стационарным электрохимическим потенциалом Espun ⁼ 0,20В. Это значение электрохимического стационарного потенциала согласно предлагаемому изобретению находится в диапазоне от значения стационарного электрохимического потенциала перепассивации EPRPC плакирующего слоя из материала С, в той же рабочей среде (ESPC< E _S pm7 < E _PR p _C ).

В примере 8 материал МШ8 сварного шва обладает в указанной рабочей среде электрохимическим стационарным потенциалом Espms ⁼ +0,16В. Данное значение электрохимического стационарного потенциала материала шва ниже, чем значение стационарного электрохимического потенциала Espc плакирующего слоя из материала С в данной среде (Es ms < ESPC),HTO выходит за рамки предлагаемого изобретения.

В примере 9 материал МШ9 сварного шва обладает в указанной рабочей среде электрохимическим стационарным потенциалом ES UJ9 ⁼ +0,40В. Данное значение электрохимического стационарного потенциала сварного шва выше, чем значение электрохимического потенциала перепассивации EPRPC плакирующего слоя из материала С (ESPLU9 > EPRPC) в данной среде, что выходит за рамки предлагаемого изобретения.

Образцы сварных трехслойных пластин (C-G-C), сваренные способом сварки по примерам 7, 8 и 9 были подвергнуты в контакте с 1 %-м водным раствором NaCl точно таким же испытаниям, как и в предьщущих примерах. В результате испытаний было установлено, что в примере 7 коррозионная стойкость материала сварного шва была в 1,10-1 ,15 выше коррозионной стойкости свариваемого трехслойного материла C-G-C. В примере 8 коррозионная стойкость материала сварного шва уступала коррозионной стойкости свариваемого трехслойного материала и составила 0,55-0,60 от его стойкости. В примере 9 коррозионная стойкость сварного шва также уступала коррозионной стойкости трехслойного материала и составила 0,80-0,85 от его стойкости.

Т.е. предлагаемый способ сварки многослойных коррозионностойких материалов, осуществленный в примере 7, повышает коррозионную стойкость сварного шва.

Примеры Ха а 10, 11 и 12

Две пластины из трехслойного материала типа C-D-C (см.табл.1, 4 и 9) сваривали между собой электродуговой сваркой встык с односторонней разделкой кромок шва (тип сварного соединения С 18, ГОСТ 14771-76). В данном случае базовый слой состоял из низкоуглеродистой стали типа D (см.табл. 4). Толщина базового слоя составляла 10 мм. В качестве материала плакирующих слоев была использована такая же коррозионно-стойкая сталь, как в примерах 7, 8 и 9. Толщина плакирующего слоя составляла 5 мм.

Сварной шов формировали тремя различными материалами (МШ10; МШ11; МШ12, см.табл. 8) в один проход.

В данных примерах сварное соединение из трехслойного материала, также как и в описанных выше примерах, должно эксплуатироваться в условиях контакта с рабочей средой, содержащей 1 %-ный водный раствор хлорида натрия. В данной среде, как уже отмечено ранее, плакирующий слой из материала С обладает свойством электрохимической пассивации и имеет стационарный электрохимический потенциал Espc = +0Д8В, электрохимический потенциал полной пассивации ЕОРС = +0,04В и электрохимический потенциал перепассивации EPRPC = +0,35В. Базовый слой из материала D в данной среде имеет электрохимический стационарный потенциал ESPD = -0,44В.

Все три материала, из которых формировали сварной шов, согласно предлагаемому изобретению обладали свойствами электрохимической пассивации в указанной рабочей среде, и по значениям электрохимических потенциалов пассивации и перепассивации, их зона пассивации в основном совмещена с зоной электрохимической пассивации плакирующего слоя из материала С. Однако значение их электрохимического стационарного потенциала отличалось друг от друга.

В примере 10 материал МШ10 сварного шва обладал в указанной рабочей среде стационарным электрохимическим потенциалом ES _PL UI _O = +0,25В. Данное значение стационарного электрохимического потенциала согласно предлагаемому изобретению находится в диапазоне от значения стационарного электрохимического потенциала ESPC до значения электрохимического потенциала перепассивации E RPC плакирующего слоя из материала С, в той же рабочей среде (ESPC < Espuiio < EPRPC).

В примере 11 материал МИШ сварного шва обладает в указанной рабочей среде электрохимическим стационарным потенциалом Espmii ⁼ +0,16В. Данное значение стационарного электрохимического потенциала материала шва ниже, чем значение стационарного электрохимического потенциала ESPC плакирующего слоя из материала С в данной среде (Espmii < ESPC), что выходит за рамки предлагаемого изобретения.

В примере 12 материал МШ12 сварного шва обладал в указанной рабочей среде электрохимическим стационарным потенциалом Espum ⁼ +0,40В. Данное значение стационарного электрохимического потенциала материала сварного шва выше, чем значение электрохимического потенциала перепассивации EPRPC плакирующего слоя из материала С (Espum > EPRPC) В данной среде, что также выходит за рамки предлагаемого изобретения.

Образцы сварных трехслойных пластин (C-D-C), сваренных способами сварки по примерам 10, 11 и 12 были подвергнуты в условиях контакта с 1 %-м водным раствором NaCl точно таким же испытаниям, как и в предыдущих примерах.

В результате испытаний было установлено, что в примере 10 коррозионная стойкость материала сварного шва была в 1,20-1,25 выше коррозионной стойкости сварного трехслойного материала C-D-C. В примере 11 коррозионная стойкость материала сварного шва уступала коррозионной стойкости свариваемого трехслойного материала и составляла 0,6-0,7 от его стойкости.

В примере 12 коррозионная стойкость сварного шва также уступала коррозионной стойкости трехслойного материала и составляла 0,7-0,8 от его стойкости.

Т.е. предлагаемый способ сварки многослойных коррозионностойких материалов, осуществленный в примере 10, повышает коррозионную стойкость сварного шва.

Примеры -Ч°>Г° 13,14 и 15

Две пластины из трехслойного материала, состоящего из двух внешних плакирующих слоев толщиной 15 мм и внутреннего базового слоя толщиной 15 мм сваривали между собой электродуговой сваркой встык с односторонней разделкой кромок шва (тип сварного соединения С18, ГОСТ 14771-76). Сварной шов формировали в один проход. Плакирующие слои трехслойного материала состояли из коррозионно-стойкой стали марки 10Х20Н9Г6Т (шифр В, табл1), а базовый слой состоял из низколегированной марганцово-кремнистой стали F (табл.2).

Данное сварное соединение должно эксплуатироваться в условиях двухстороннего контакта с рабочей средой, содержащей 5% водный раствор сульфата калия. В данной рабочей среде плакирующий слой из материала В обладает свойством электрохимической пассивации и имеет электрохимический стационарный потенциал ESPB = +0,22В, электрохимический потенциал полной пассивации EOPB ⁼ +0,06В, электрохимический потенциал перепассивации

EPRPB - +0,45В. Базовый слой из материала F в данной рабочей среде имеет электрохимический стационарный потенциал ESPF = -0,4В.

Формирование сварного шва производили из трех различных материалов (материал МШ13; материал МШ14; материал МШ15, см.табл. 8).

Все три материала согласно изобретению обладали свойствами электрохимической пассивации в указанной рабочей среде, и по значениям электрохимических потенциалов пассивации и перепассивации, зона их пассивации в основном совмещена с зоной электрохимической пассивации плакрующего слоя из материала В. Однако значение их электрохимического стационарного потенциала в этой среде отличается друг от друга. В примере 13 материал МШ13 сварного шва обладал в указанной рабочей среде электрохимическим стационарным потенциалом ESPUIB ⁼ +0,25В. Такое значение электрохимического стационарного потенциала материалов шва согласно предлагаемому изобретению находилось в диапазоне от значения стационарного электрохимического потенциала ESPHJB ДО значения электрохимического потенциала перепассивации EPRPB плакирующего слоя В в той же рабочей среде (ESPB < Espum < EPRPB).

В примере 14 материал МШ14 сварного шва обладал в указанной рабочей среде электрохимическим стационарным потенциалом Espmi4 ⁼ +0,20В. Данное значение электрохимического стационарного потенциала материала шва ниже, чем значение стационарного электрохимического потенциала ESPB плакирующего слоя В в данной рабочей среде (ESPB > Espum), что выходит за рамки предлагаемого изобретения.

В примере 15 материал МШ15 сварного шва обладал в указанной рабочей среде электрохимическим стационарным потенциалом Espmis - +0,48В. Данное значение электрохимического потенциала материала сварного шва выше, чем значение электрохимического потенциала перепассивации EPRPB плакирующего слоя В в данной среде (Е ₅ рш15 > E _PR PB), что также выходит за рамки предлагаемого изобретения. Образцы сварных изделий, представленных выше, согласно способу сварки, описанных в примерах 13, 14 и 15, были подвергнуты испытаниям в условиях контакта с указанной средой в течении длительного периода времени - 4350 часов, при температурах от +5°С до +220°С.

В результате испытаний было установлено, что в примере 13 коррозионная стойкость материала сварного шва была в 1,0-1 ,2 раза выше коррозионной стойкости свариваемого трехслойного материала B-F-B. В примере 14 коррозионная стойкость материала сварного шва уступала коррозионной стойкости свариваемого трехслойного материала и составляла 0,6-0,7 от его стойкости. В примере 15 коррозионная стойкость сварного шва также уступала коррозионной стойкости трехслойного материала и составляла 0,7-0,8 от его стойкости.

Т.е. предлагаемый способ сварки многослойных материалов, осуществленный в примере 13, повышает коррозионную стойкость сварных швов.

Примеры 16, 17 и 18

Две пластины из трехслойного материала M-F-M (см.табл.1, 4, 9) состоящего из двух внешних плакирующих слоев толщиной 10 мм и внутреннего базового слоя толщиной 30 мм сваривали между собой электродуговой сваркой встык с двухсторонней разделкой кромок шва (тип сварного соединения С25, ГОСТ 14771-76). Сварной шов сваривали с каждой стороны в один проход. Плакирующие слои трехслойного материала состояли из коррозионно-стойкой хромо-никелевой стали М (см.табл. 1), а базовый слой состоял из низколегированной стали F (см.табл. 4).

Данное сварное соединение должно эксплуатироваться в условиях контакта с рабочей средой, содержащей 20%-ный водный раствор нитрата калия при температуре от +5°С до +150°С.

В данной рабочей среде плакирующий слой из материала М обладает свойством электрохимической пассивации и имеет электрохимический стационарный потенциал ESPM = -0,23В, электрохимический потенциал полной пассивации ЕОРМ ⁼ -0,75В и электрохимический потенциал перепассивации EPRPM =-0,04В.

Формирование сварного шва производили из трех материалов: МШ16; МШ17; МШ18 (см.табл. 8). Данные материалы согласно изобретению обладали свойствами электрохимической пассивации в указанной рабочей среде, и по значениям электрохимических потенциалов пассивации и перепассивации, зона их пассивации в основном совмещена с зоной электрохимической пассивации плакирующего слоя из материала M. Однако значения их электрохимического стационарного потенциала были различны.

В примере 16 материал МШ16 сварного шва обладал в указанной рабочей среде электрохимическим стационарным потенциалом Espmi6 ⁼ -0,10В. Это значение электрохимического стационарного потенциала материала шва согласно предлагаемому изобретению находилось в диапазоне от значения стационарного электрохимического потенциала ESPM ДО значения электрохимического потенциала перепассивации EPRPM плакирующего слоя М в той же рабочей среде (ESPM < Espmi6 < EPRPM)-

В примере 17 материал МШ17 сварного шва обладал в указанной рабочей среде электрохимическим стационарным потенциалом Espum ⁼ -0,25В. Это значение электрохимического стационарного потенциала материала шва ниже, чем значение стационарного электрохимического потенциала ESPM материала плакирующего слоя М в данной среде (ESPM > Espuin), что выходит за рамки предлагаемого изобретения.

В примере 18 материал МШ18 сварного шва обладал в указанной среде электрохимическим стационарным потенциалом Espmis ⁼ -0,01В. Данное значение электрохимического стационарного потенциала материала сварного шва выше, чем значение электрохимического потенциала перепассивации EPR M плакирующего слоя М в данной среде (Espum > EPRPM), ЧТО также выходит за рамки предлагаемого изобретения.

Образцы сваренных трехслойных пластин в данных примерах так же были подвергнуты испытанию в условиях контакта с 20% водным раствором KN0 ₃ в течении длительного времени при температурах от +5°С до +150°С.

В результате испытаний было установлено, что в примере 16 коррозионная стойкость материала сварного шва в 1,01-1,02 выше чем коррозионная стойкость свариваемого трехслойного материала M-F-M. В примере 17 коррозионная стойкость материала сварного шва уступала коррозионной стойкости свариваемого трехслойного материала и составляла 0,5-0,7 от его стойкости. В примере 18 коррозионная стойкость сварного шва также уступала коррозионной стойкости трехслойного материала и составляла 0,80-0,85 от его стойкости.

Все данные испытаний в различных агрессивных средах и сравнительной коррозионной стойкости сварных швов по сравнению с коррозионной стойкостью свариваемых многослойных материалов, проведенные по 18-ти примерам формирования сварных швов представлены в табл. 9.

Из приведенных всех 18-ти примеров следует, что предлагаемый способ сварки многослойных коррозионно-стойких материалов позволяет повысить коррозионную стойкость сварных швов и довести ее значений коррозионной стойкости самих свариваемых многослойных материалов даже выше в 1,0-1,2 раза, при работе в различных агрессивных средах.

19

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) В таблицах 2 и 3 приведены зарубежные аналоги основных материалов, представленных в таблице 1.

Табли

Табли

В таблицах 5, 6 и 7 приведены зарубежные аналоги основных материалов, представленных в таблице 4.

Таблица 5

Продолжение таблицы 5

Продолжение таблицы 6

Таблица 7

Германия Япония Китай Болгария Венгрия Румыния

DIN,WNr JIS GB BDS MSZ STAS

13Mn6 SB49 12Mn 09G2S VH2 9SiMnl6

25

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Таб