Influence of geometry of fusion line on decarbonization in dissimilar weld joints after heat treatment

Abstract

Welded joints of dissimilar steels are widely used in various components of the steam-water circuit at thermal and nuclear power plants. In such welded joints after tempering and during high-temperature operations, carbon migrates through the fusion surface from less alloyed steel to more alloyed steel due to the difference in the chemical potential of carbon in these steels. Decarburization in the weld-adjacent area of the heat affected zone of less alloyed steel, which occurs due to carbon migration, can lead to the formation of defects and subsequent failures in service. It was noticed that the thickness of the decarburized layer varies depending on the geometry of the fusion line: after heat treatment in places of convexity of the more alloyed weld in the base metal the thickness of the decarburized layer in the heat affected zone is less than in places of concavity of the weld. To numerically estimate the influence of the shape of the fusion line on the intensity of decarburization in the weld-adjacent zone, it is proposed to use a geomtric factor. The aim of the work was to find such a function for use as the geometric factor, which would allow to estimate locally the variable concavity of a complex curve (in our case - the fusion line) from a point outside the curve and express it through a scalar parameter. An integral function Фʟ(t) is proposed, which "scans" the fusion line L from the point t in the heat affected zone; the obtained numerical value of this function for each point t can be interpreted as the order of decarburization of this point during tempering or high-temperature operation at a given geometry of the fusion line L, and can be used to construct a scalar field of the decarburization order in the heat affected zone of less alloyed steel by implementation of Фʟ(t) using computer vision software.

Зварні з’єднання різнорідних сталей широко використовуються в різних вузлах контуру пароводяної суміші на теплових та атомних електростанціях. Внаслідок різниці в хімічному потенціалі вуглецю після відпуску та при високотемпературній експлуатації в них відбувається міграція вуглецю через поверхню сплавлення з боку менш легованої сталі в більш леговану сталь. Зневуглецювання в пришовній ділянці зони термічного впливу менш легованої сталі, що виникає внаслідок міграції вуглецю, може призводити до утворення дефектів та послідуючих руйнувань при експлуатації. Помічено, що товщина зневуглецьованого прошарку варіюється в залежності від геометрії лінії сплавлення: після термічної обробки в місцях випуклості більш легованого шва в основний метал товщина прошарку в зоні термічного впливу менша, ніж в місцях увігнутості шва. Для числової оцінки впливу форми лінії сплавлення на інтенсивність зневуглецювання в пришовній зоні було запропоновано використовувати геометричний фактор. Метою роботи було знаходження такої функції для використання в якості геометричного фактору, яка давала б змогу локально оцінити перемінну увігнутість складної кривої (в нашому випадку – лінії сплавлення) з точки поза кривою та виражалася через скалярний параметр. Запропоновано інтегральну Фʟ(t), що «сканує» лінію сплавлення L з точки t в зоні термічного впливу; отримане числове значення цієї функції для кожної точки t може бути інтерпретоване як порядок зневуглецювання цієї точки при відпуску чи високотемпературній експлуатації при даній геометрії лінії сплавлення L, та може бути використане для побудови скалярного поля порядку зневуглецювання в зоні термічного впливу менш легованої сталі при імплементації цієї функції Фʟ(t) за допомогою програм комп’ютерного бачення.