Ученые ЮУрГУ разработали новую технологию сварки сталей, эксплуатируемых в экстремальных условиях

В Южно-Уральском государственном университете разработана новая технология сварки, мартенситных и аустенитных сталей, эксплуатируемых в экстремальных условиях.

В частности, речь идёт об устойчивой работе узлов теплоэлектростанций с ультракритическим режимом работы (так называемый режим AUSC допускает температуры до 700 градусов Цельсия и давление свыше 430 бар).

Новая технология разработана на кафедре «Оборудование и технология сварочного производства» Политехнического института ЮУрГУ под руководством старшего научного сотрудника Сонара Тушара, родом из Мумбаи (Индия).

Для котлов, коллекторов, сосудов высокого давления на теплоэлектростанциях используются два разных типа сталей. Мартенситные стали ценят за их механические свойства, а аустенитные – за антикоррозийные.

Обычно в таких случаях применяется аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом (TIG), в основном металле выполняется V-образная разделка кромок. Разработанная учеными ЮУрГУ технология сварки таких сталей предполагает использование A-TIG – сварки с активным флюсом, без разделки кромок, при этом между двумя слоями разного типа – мартенситным и аустенитным добавляется прослойка высокоэнтропийного сплава, которая хорошо сваривается с каждым из соединяемых металлов. Сварка производится с помощью робота.

Швы, выполненные по технологии сварки, разработанной в Южно-Уральском государственном университете, демонстрируют надёжность, не уступающую традиционному методу. При этом удалось достичь снижения остаточных деформаций шва на 55%, а также повысить производительность процесса на 80%. Дополнительно был осуществлён отказ от использования дорогостоящей импортной присадочной проволоки Inconel 82 и предварительной V-образной разделки кромок.

«Мы создали технологию для улучшения прочностных характеристик разнородных соединений, эксплуатируемых при высоких температурах, – рассказывает старший научный сотрудник Сонар Тушар. – Исследование было масштабным и сложным. Мы столкнулись с массой трудностей как на этапе планирования, так и при реализации проекта, закупки материалов, разработки промежуточного слоя из высокоэнтропийного сплава, конструирования сварочного оборудования, получения сварных соединений без дефектов, оптимизации параметров процесса, проведения механических испытаний, определения микроструктурных характеристик и анализа полученных данных. Успех проекта – результат слаженной и кропотливой работы нашей команды, куда кроме меня входят Игорь Щербаков, Михаил Иванов, Эмилия Хасанова, Ильсия Сулейманова (кафедра оборудования и технологий сварочного производства), Арман Бильгенов (кафедра пирометаллургических и литейных технологий), Евгений Трофимов и Наталья Шабурова (кафедра материаловедения и физико-химии материалов), Павел Самойловских (лаборатория машиностроения), Сергей Самойлов (лаборатория физического моделирования термомеханических процессов)».

Результаты проекта опубликованы в высокорейтинговых журналах: “Journal of Manufacturing Processes - https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2024.11.081 (Top 10% Q1)” и “Journal of Manufacturing and Materials Processing - https://doi.org/10.3390/jmmp8060283 (Q1)”.

В ноябре 2024 года в Москве исследование было представлено на Всероссийской научно-технической конференции "Сварка и диагностика".

Работа выполнена в рамках реализации первого этапа гранта Российского научного фонда (№ 24-29-20141).