vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2023-4(46)-21-29vsgiu-100Research ArticleРаздел 1. Физика конденсированного состоянияSection 1. Condensed Matter PhysicsВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА СТРУКТУРНО-ФАЗОВОЕ СОСТОЯНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ПАРАМЕТРЫ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ В КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЯХINFLUENCE OF DEFECTS ON THE STRUCTURAL-PHASE STATE OF WELDED JOINTS AND PARAMETERS OF ACOUSTIC EMISSION SIGNALS IN STRUCTURAL STEELShttps://orcid.org/0009-0002-0741-0291ОжигановЕвгений АнатольевичOzhiganovEvgenii

главный специалист по неразрушающему контролю

Chief Specialist For Non-Destructive Testing

zhigan84@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4809-8660КоноваловСергей ВалерьевичKonovalovSergey

д.т.н., профессор, проректор по научной и инновационной деятельности

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Vice-Rector for Scientific and Innovative Activities

konovalov@sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1631-9644ПанченкоИрина АлексеевнаPanchenkoIrina

к.т.н., заведующий научной лабораторией электронной микроскопии и обработки изображений

Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory of Electron Microscopy and Image Processing

i.r.i.ss@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1751-7554БаженоваМария МихайловнаBazhenovaMariya

лаборант в управлении научных исследований

Laboratory assistant

kotok04@bk.ruООО «Кузбасский центр сварки и контроля»РоссияLimited Liability Company «Kuzbass Center for Welding and Control»Russian FederationСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation202329122023042129Copyright © Ожиганов Е.А., Коновалов С.В., Панченко И.А., Баженова М.М., 20252025Ожиганов Е.А., Коновалов С.В., Панченко И.А., Баженова М.М.Ozhiganov E., Konovalov S., Panchenko I., Bazhenova M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/100

Работа выполнена с применением физических методов материаловедения, разрушающих и неразрушающих испытаний. Исследованы образцы конструкционных углеродистых и низколегированных сталей марок Ст3сп, 10, 09Г2С, 17ГС. Проведен анализ изменений в структуре сварных соединений из конструкционных сталей под действием пластической деформации. Материалом для искусственных дефектов служили графит и толченое стекло, которые вводили в сварочную ванну. Представлены результаты исследования образцов с искусственными дефектами и бездефектных образцов, выполненных ручной дуговой сваркой и сваркой модулированным током. На основе математических закономерностей изменения параметров акустической эмиссии (АЭ) сигнала для исследуемых сталей марок Ст3сп, 10, 09Г2С, 17ГС разработан четырехпараметрический трехуровневый критерий определения стадии пластической деформации. Рассматриваемый критерий позволяет качественно оценить степень пластической деформации при стресс-испытаниях трубопроводов (по всей области локации АЭ), что особенно важно для труб с различным утонением стенки. В тонкой структуре зоны термического влияния сварки у линии сплавления и в наплавленном металле выявлены изгибные экстинкционные контуры, свидетельствующие о наличии внутренних напряжений. Число контуров возрастает по мере приближения к линии сплавления. Морфологическими составляющими независимо от способа сварки в структуре основного металла являются пластинчатый перлит и феррит, в структуре металла шва – пластинчатый перлит, феррит и мартенсит (объемная доля зависит от способа сварки)

The work was performed using physical methods of materials science, destructive and non-destructive testing. Samples of structural carbon and low-alloy steels of grades St3sp, 10, 09G2S, 17GS have been studied. The analysis of changes in the structure of welded joints made of structural steels under the influence of plastic deformation is carried out. The material for artificial defects was graphite and crushed glass, which were introduced into the welding bath. The results of the study of samples with artificial defects and defect-free samples made by manual arc welding and modulated current welding are presented. Based on the mathematical patterns of changes in the parameters of acoustic emission (AE) of the signal for the studied steels of grades St3sp, 10, 09G2S, 17GS, a four-parameter three-level criterion for determining the stage of plastic deformation has been developed. The criterion under consideration allows us to qualitatively assess the degree of plastic deformation during stress tests of pipelines (throughout the AE location area), which is especially important for pipes with different wall thinning. In the fine structure of the zone of thermal influence of welding at the fusion line and in the deposited metal, bending extinction contours were revealed, indicating the presence of internal stresses. The number of contours increases as you approach the fusion line. The morphological components, regardless of the welding method, in the structure of the base metal are lamellar perlite and ferrite, in the structure of the seam metal – lamellar perlite, ferrite and martensite (the volume fraction depends on the welding method).

ручная дуговая сваркамодулированный токмикроструктурауглеродистая стальнизколегированная стальmanual arc weldingmanual arc welding with modulated currentmicrostructurecarbon and low alloy steelsReferencesНосов В.В., Григорьев Е.В., Артюшенко А.П., Перетятко С.А. Многоуровневая модель временных зависимостей параметров акустической эмиссии как основа нанодиагностики состояния технических объектов. В кн.: Нанофизика и наноматериалы: Сборник научных тру-дов. Санкт-Петербургский горный университет. 2019. С. 173–178.Nosov V.V., Grigor'ev E.V., Artyushenko A.P., Peretyatko S.A. Multilevel model of time dependences of acoustic emission parameters as a basis for nanodiagnostics of the state of technical objects. In: Nanophysics and Nanomaterials: Collection of scientific papers. St. Petersburg Mining University. 2019:173–178. (In Russ.).Иванов В.И., Барат В.А. Акустико-эмиссионная диагностика. Москва: Спектр, 2017. 362 с.Ivanov V.I., Barat V.A. Acoustic emission diagnostics. Moscow: Spektr, 2017, 362 p. (In Russ.).Zubova E.M., Strungar E.M., Lobanov D.S., Wildemann V.E. Experimental study of the damage accumulation in composite materials and ceramic coatings by using of acoustic emission technique. Procedia Structural Integrity. 2019;17:822–827. https://doi.org/10.1016/ j.prostr.2019.08.109Zubova E.M., Strungar E.M., Lobanov D.S., Wildemann V.E. Experimental study of the damage accumulation in composite materials and ceramic coatings by using of acoustic emission technique. Procedia Structural Integrity. 2019;17:822–827. https://doi.org/10. 1016/j.prostr.2019.08.109Смирнов А.Н., Ожиганов Е.А. Акустиче-ская эмиссия при различных степенях де-формации и способах сварки стали Ст3сп. Вестник КузГТУ. 2014;6:68–72.Smirnov A.N., Ozhiganov E.A. Acoustic emission at various degrees of deformation and welding methods of steel St3sp. Vestnik KuzGTU. 2014;6:68–72. (In Russ.).Сыромятникова А. С., Гуляева Е.М., Алексеева К.И. Расчетно-экспериментальная оценка прочностных свойств металла длительно эксплуатируемого газопровода. Ме-талловедение и термическая обработка металлов. 2016;8:61–65.Syromyatnikova A.S., Gulyaeva E.M., Ale-kseeva K.I. Computational and experimental evaluation of the strength properties of the metal of a long-term gas pipeline. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2016;8:61–65. (In Russ.).Nikolaev S., Benin A. Analysis of the possibility of detecting inhomogeneous metal inclusions in welded joints of rails under ultrasonic control. International scientific siberian transport forum TransSiberia. 2021;1:674–682. https://doi.org/10.1007/978-3-030-96380-4_73Nikolaev S., Benin A. Analysis of the possibility of detecting inhomogeneous metal inclusions in welded joints of rails under ultrasonic control. International scientific siberian transport forum TransSiberia. 2021;1:674–682. https://doi.org/10. 1007/978-3-030-96380-4_73Rafikov S.K., Sharnina G.S., Kozhaeva K.V., Vatolin A.P. analysis of reliability of welded connections liquefied gas and condensate pipelines. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022;988:022053 https://doi.org/10.1088/ 1755-1315/988/2/022053Rafikov S.K., Sharnina G.S., Kozhaeva K.V., Vatolin A.P. analysis of reliability of welded connections liquefied gas and condensate pipelines. Iop Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022;988:022053 https://doi.org/10.1088/1755-1315/988/2/022053Grin' E.A., Zelenskii A.V. Performance of a steam pipeline with defects in knot welded joints. Power technology and engineering. 2021;54(5):714–719 https://doi.org/10.1007 /s10749-020-01275-yGrin' E.A., Zelenskii A.V. Performance of a steam pipeline with defects in knot welded joints. Power Technology and Engineering. 2021;54;5:714–719 https://doi.org/10.1007/ s10749-020-01275-yChen H., Liu H., Chen Zh. Failure pressure of welded hollow spherical joints containing grooving corrosion defects and wall reduction. International Journal of Steel Structures. 2021;21(1):35–51. https://doi.org/10.1007/ s13296-020-00414-5Chen H., Liu H., Chen Zh. Failure pressure of welded hollow spherical joints containing grooving corrosion defects and wall reduction. International Journal of Steel Structures. 2021;21(1):35–51. https://doi.org/10.1007/s13296-020-00414-5Malikov V., Ishkov A., Nikonov L. Applica-tion of an ultra-compact eddy-current trans-ducer for investigation of defects in welded joints of high-strength steel. Materials Sci-ence Forum. 2021;1037:400–408. https://doi.org/ 10.4028/www.scientific.net/MSF.1037.400Malikov V., Ishkov A., Nikonov L. Applica-tion of an ultra-compact eddy-current trans-ducer for investigation of defects in welded joints of high-strength steel. Materials Science Forum. 2021;1037:400–408. https://doi.org/ 10.4028/www.scientific.net/MSF.1037.400Смирнов А.Н., Абабков Н.В., Попова Н.А., Никоненко Е.Л., Ожиганов Е.А., Калашников М.П., Конева Н.А. Влияние способа сварки на структурно-фазовое состояние зоны термического влияния сварного соединения стали 09Г2С. В кн.: Структура. Напряжения. Диагностика. Ресурс. Сборник трудов, посвященный 70-летию доктора технических наук, профессора А.Н. Смирнова. Кемерово: КузГТУ, 2017:266–276.Smirnov A.N., Ababkov N.V., Popova N.A., Nikonenko E.L., Ozhiganov E.A., Kalashnikov M.P., Koneva N.A. The influence of the welding method on the structural and phase state of the zone of thermal influence of the welded joint of steel 09G2S. In: Structure. Tension. Diagnostics. Resource: collection of works dedicated to the 70th anniversary of Doctor of Technical Sciences, Professor A.N. Smirnov. Kemerovo: KuzSTU, 2017:266–276. (In Russ.).Гомера В. П., Смирнов А. Д., Нефедьев Е. Ю., Потапов А.И., Зотов К.В. Обнаружение методом акустической эмиссии трещин в сварном шве в процессе сварки. Контроль. Диагности-ка. 2016;7:25–32.Gomera V.P., Smirnov A.D., Nefed'ev E.Yu., Potapov A.I., Zotov K.V. Detection by acoustic emission of cracks in the weld during welding. Kontrol'. Diagnostika. 2016;7:25–32. (In Russ.).Науменко А.П., Язовский А.В. Эмпириче-ские характеристики акустико-эмиссионных сигналов. Актуальные проблемы метода акустической эмиссии (АПМАЭ-2018) Сборник материалов. 2018:144–145.Naumenko A.P., Yazovskii A.V. Empirical charac-teristics of acoustic emission signals. Aktual'nye problemy metoda akusticheskoi emissii (APMAE-2018) Sbornik materialov. 2018:144–145. (In Russ.).Ожиганов Е.А., Коновалов С.В. Акустическое отображение стадийности процесса деформации конструкционной стали 09Г2С. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2021;18(1):43–48.Ozhiganov E.A., Konovalov S.V. Acoustic display of the stages of the deformation process of structural steel 09G2S. Fundamental'nye problemy sovremennogo materialovedeniya. 2021;18(1):43–48. (In Russ.).Смирнов А.Н., Попова Н.А., Ожиганов Е.А., Никоненко Е.Л., Абабков Н.В., Калашникова М.П., Конева Н.А. Формирование структурно-фазового состояния в сварном шве при дефор-мации. В кн.: Структура. Напряжения. Диагностика. Ресурс. Сборник научных трудов, посвященный 70-летию доктора технических наук, профессора А.Н. Смирнова. Кемерово: КузГТУ, 2017:153–166.Smirnov A.N., Popova N.A., Ozhiganov E.A., Ni-konenko E.L., Ababkov N.V., Kalashnikova M.P., Koneva N.A. Formation of the structural-phase state in the weld during deformation. In: Structure. Ten-sion. Diagnostics. Resource collection of scientific papers dedicated to the 70th anniversary of Doctor of Technical Sciences, Professor A.N. Smirnov. Ke-merovo: KuzSTU, 2017:153–166. (In Russ.).Зорич В.А. Математический анализ. Ч. I. Москва: МЦНМО, 2019:564.Zorich V.A. Mathematical analysis. Part I. Moscow: MTsNMO, 2019:564. (In Russ.).Туганбаев А.А. Математический анализ. Ряды. Москва: Флинта, 2012:48.Tuganbaev A.A. Mathematical analysis. Rows: textbook. Moscow: Flinta, 2012:48. (In Russ.).Ghader Faraji, Kim H.S., Hessam Tor-abzadeh Kashi. Severe plastic deformation: methods, processing and properties. 2018:324.Ghader Faraji, Kim H.S., Hessam Tor-abzadeh Kashi. Severe plastic deformation: methods, processing and properties. 2018:324.Томилин Н.Г., Махмудов Х.Ф. Физи-ческие основы акустико-эмиссионного мониторинга. Актуальные научные исследования в современном мире. 2017;10-4(30):145–152.Tomilin N.G., Makhmudov Kh.F. Physical fundamentals of acoustic emission monitoring. Aktual'nye nauchnye issledovaniya v sovremennom mire. 2017;10-4(30):145–152. (In Russ.).Матвиенко Ю.Г., Васильев И.Е., Иванов В.И., Елизаров С.В. Акустико-эмиссионные свойства оксидных тензоиндикаторов и распознавание сигналов при образовании трещин в хрупком слое покрытия. Дефектоскопия. 2015;2:48–60.Matvienko Yu.G., Vasil'ev I.E., Ivanov V.I., Elizarov S.V. Acoustic-emission properties of oxide strain indicators and signal recognition during crack formation in a brittle coating layer. Defektoskopiya. 2015;2:48–60. (In Russ.).Крюков Л.Т. Определение момента перехода материала из пластичного состояния в хрупкое с использованием параметров микропластической деформации. Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2013;5(102):48–53.Kryukov L.T. Determination of the moment of transition of a material from a plastic state to a brittle one using the parameters of microplastic deformation. Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva. 2013;5(102):48–53. (In Russ.).Никитин Е.С., Семухин Б.С., Зуев Л.Б. Локали-зованное пластическое течение и простран-ственно-временное распределение сигналов акустической эмиссии. Письма в Журнал Тех-нической Физики. 2008;34(15):70–74.Nikitin E.S., Semukhin B.S., Zuev L.B. Localized plastic flow and spatio-temporal distribution of acoustic emission signals. Pis'ma v Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki. 2008;34(15):70–74. (In Russ.).Зуев Л.Б., Данилов В.И., Баранникова С.А. Физика макролокализации пластического течения. Новосибирск: Наука, 2008:327.Zuev L.B., Danilov V.I., Barannikova S.A. Physics of macrolocalization of plastic flow. Novosibirsk: Nauka, 2008:327. (In Russ.).Sizyakin R., Voronin V., Gapon N., Zelensky A., Pizurica A. Automatic de-tection of welding defects using the convolutional neural network. Proceedings of spie the international society for optical engineering. 2019:110610E. http://dx.doi.org/10.1117/12.2525643Sizyakin R., Voronin V., Gapon N., Zelensky A., Pizurica A. Automatic de-tection of welding defects using the convolutional neural network. Proceedings of spie the international society for optical engineering. 2019:110610E. http://dx.doi.org/10.1117/12.2525643Bovyrin D.A., Surikov P.V., Filippova O.V., Kalugina E.V. On the causes of defects in the welded joints of pipes made of pe100. Moscow University Chemistry Bulletin. 2020:142–147. https://doi.org/10.3103/S0027131420020030Bovyrin D.A., Surikov P.V., Filippova O.V., Kalugina E.V. On the causes of defects in the welded joints of pipes made of pe100. Moscow University Chemistry Bulletin. 2020:142–147. (In Russ.). https://doi.org/10.3103/ S0027131420020030Muravyov S.V., Pogadaeva E.Y. Computer-aided recognition of defects in welded joints during visual inspections based on geometric attributes. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2020: 259–267. https://doi.org/10. 1134/S1061830920030055Muravyov S.V., Pogadaeva E.Y. Computer-aided recognition of defects in welded joints during visual inspections based on geometric attributes. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2020:259–267. (In Russ.). https://doi. org/10.1134/S1061830920030055Szeleziński A., Murawski L., Muc A., Mu-chowski T., Kluczyk M. Application of laser vibrometry to assess defects in ship hull’s welded joints’ technical condition. Sensors. 2021;21(3):895. https://doi.org/10.3390/s21030895Szeleziński A., Murawski L., Muc A., Mu-chowski T., Kluczyk M. Application of laser vibrometry to assess defects in ship hull’s welded joints’ technical condition. Sensors. 2021;21(3):895. https://doi.org/10.3390/s21030895Терентьев В.Ф., Рощупкин В.В., Пенкин А.Г., Пенкин М.А. Влияние содержания мартенсита на механическое поведение и акустико-эмиссионные характеристики тонколистовой трип-стали при статическом растяжении. Деформация и разрушение материалов. 2019;2:36–41. https://doi.org/10. 31044/1814-4632-2019-2-36-41Terent'ev V.F., Roshchupkin V V., Penkin A.G., Penkin M.A. Influence of the martensite content on the mechanical behavior and acoustic emission characteristics of thin-sheet trip steel under static tension. Deformatsiya i razrushenie materialov. 2019;2:36–41. (In Russ.). https://doi.org/10. 31044/1814-4632-2019-2-36-41Иншаков Д.В., Кузнецов К.А. Диа-гностика технического состояния теплообменных аппаратов методом акустической импульсной рефлектометрии на опасных производ-ственных объектах. Наука и техника. 2019;12:24–29. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2019-12-24-29Inshakov D.V., Kuznetsov K.A. Diagnostics of the technical condition of heat exchangers by acoustic pulse reflectometry at hazardous production facilities. Nauka i tekhnika. 2019;12:24–29. (In Russ.). https://doi.org/ 10.24000/0409-2961-2019-12-24-29

The authors declare that there are no conflicts of interest present.