Details

В настоящее время существуют национальные и международные стандарты, регламентирующие содержание диффузионного водорода в металле сварного шва и наплавленном металле. Это обусловлено тем, что диффузионный водород является основным фактором образования так называемых холодных трещин наряду с микроструктурой и сварочными напряжениями. С увеличением прочности стали чувствительность к водороду повышается. Поэтому в настоящее время с ростом доли высокопрочных сталей в сварных конструкциях растет научный и практический интерес к изучению влияния диффузионного водорода на состояние сварных конструкций. В данной работе разработаны математические модели диффузии водорода в аналитической и численной форме, позволяющие прогнозировать и определять локальную концентрацию диффузионного водорода в опасных зонах сварного соединения в любой момент времени для оценки вероятности трещинообразования. Предложена методика оценки температуры и времени подогрева, необходимых для уменьшения концентрации водорода до заданного уровня, исключающего образование индуцированных водородом холодных трещин. В ходе данной работе выполнены эксперименты по определению концентрации диффузионного водорода в шве и наплавленном металле вакуумным методом при сварке сталей. Созданы два расчетных метода (методы аппроксимирующей функции и обратной задачи диффузии) для ускоренного определения содержания диффузионного водорода в стандартном образце по ГОСТ 34061-2017 вакуумным методом, позволяющие сократить время эксперимента в 4-5 раз и определить количество водорода, поступающего в сварное соединение за 24 часа с точностью ±5 %. Также в работе предложена методика сквозного прогнозирования микроструктуры и механических свойств металла зоны термического влияния с учетом термических циклов сварки стали в различных средах (на воздухе и под водой).

Currently there are national and international standards regulating the content of diffusible hydrogen in the weld metal and deposited metal. This is due to the fact that diffusible hydrogen is the main factor in the formation of so-called cold cracking along with microstructure and welding stresses. With increasing strength of steel, the sensitivity to hydrogen increases. Therefore, at present, with the increasing share of high-strength steels in welded structures, scientific and practical interest in studying the influence of diffusible hydrogen on the condition of welded structures is growing. In this research, mathematical models of hydrogen diffusion in analytical and numerical form are developed, which allow to predict and determine the local concentration of diffusible hydrogen in the dangerous zones of the welded joint at any moment of time to estimate the probability of cracking. A methodology for estimation of additional heating temperature and time required to reduce the hydrogen concentration to a given level, which excludes the formation of hydrogen-induced cold cracking is proposed. In this study, experiments to determine the concentration of hydrogen diffusion in the weld and deposited metal by vacuum method during welding of steels are performed. Two calculation methods (methods of approximating function and inverse diffusion problem) for accelerated determination of diffusible hydrogen content in a standard specimen according to GOST 34061-2017 by vacuum method are created, allowing to reduce the experiment time by 4-5 times and determine the amount of hydrogen entering the welded joint in 24 hours with an accuracy of ±5 %. Also, in this research the methodology for end-to-end prediction of microstructure and mechanical properties of heat affected zone metal taking into account thermal cycles of welding steel in various media (in air and under water) is proposed.