Вход
  1. Главная
  2. Журналы
  3. Территория "Нефтегаз"
  4. Территория "Нефтегаз" 9-10.2026
Территория Нефтегаз 9-10.2026

Научная статья

EDN: RIWXJM

УДК 621.791.052::620.178.152.341.4
(UDK 621.791.052::620.178.152.341.4)

Если Вы уже купили журнал

Авторизуйтесь

Или

Купить журнал Купить статью

СВАРКА (WELDING)

ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УДАРНОЙ ОБРАБОТКИ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБНОЙ СТАЛИ 09Г2С

(EFFECT OF ULTRASONIC IMPACT TREATMENT ON THE MICROHARDNESS OF A WELDED JOINT IN 09G2S PIPE STEEL)

Исследовано распределение микротвердости по толщине сварного соединения низколегированной стали 09Г2С после ультразвуковой ударной обработки с внешней и внутренней стороны. Стыковые образцы толщиной 8 мм получали трехпроходной полуавтоматической сваркой в защитном газе. Для каждого режима обработки – при частотах 20 ± 1, 37 ± 1 и 44 ± 1 кГц отдельно для внешней и внутренней стороны – изучено по три независимых сварных образца. Ультразвуковую ударную обработку выполняли контактным инструментом при установленной мощности генератора 200 Вт; диаметр выходной части волновода составлял 6 мм, скорость перемещения ~ 0,5 м/мин. Микротвердость (HV*) определяли методом Виккерса на приборе ПМТ-3М по отдельным линиям в металле шва, зоне термического влияния и основном металле с шагом 0,5 мм. В каждой точке выполняли три технических отпечатка. На глубине 0,5 мм наиболее высокий отклик получен на образце после внутренней обработки при частоте 20 кГц: 111,38 ± 1,59 HV в металле шва против 57,79 ± 5,48 HV до обработки (+ 92,7 %) и 112,14 HV в зоне термического влияния против 60,79 ± 1,69 HV (+ 84,5 %). При внешней обработке с частотой 20 кГц прирост составил 33,9 % для металла шва и 21,0 % для зоны термического влияния. Эффект уменьшался с глубиной, тогда как основной металл не демонстрировал систематического изменения. Металлографические результаты той же экспериментальной программы показали наиболее выраженное измельчение зерна после внутренней ультразвуковой ударной обработки с частотой 20 кГц. Полученные данные характеризуют режимы конкретной колебательной системы при фиксированной установленной мощности и не рассматриваются как универсальная зависимость только от частоты.

The microhardness distribution through the thickness of a welded joint in low-alloy 09G2S steel was investigated after ultrasonic impact treatment applied to the outer and inner sides. Butt-welded specimens 8 mm thick were produced by three-pass semi-automatic gas-shielded welding. For each treatment condition – at frequencies of 20 ± 1, 37 ± 1, and 44 ± 1 kHz, applied separately to the outer and inner sides – three independent welded specimens were examined. Ultrasonic impact treatment was performed with a contact tool at a generator power setting of 200 W; the diameter of the waveguide tip was 6 mm, and the traverse speed was ~ 0.5 m/min. Microhardness (HV) was determined by the Vickers method using a PMT-3M tester along separate lines in the weld metal, heat-affected zone, and base metal with a spacing of 0.5 mm. Three technical indents were made at each point. At a depth of 0.5 mm, the highest response was obtained for the specimen treated on the inner surface at 20 kHz: 111.38 ± 1.59 HV in the weld metal, compared with 57.79 ± 5.48 HV before treatment (+92.7 %), and 112.14 HV in the heat-affected zone, compared with 60.79 ± 1.69 HV (+84.5 %). For treatment of the outer surface at 20 kHz, the increase was 33.9 % in the weld metal and 21.0 % in the heat-affected zone. The effect decreased with depth, whereas the base metal showed no systematic change. Metallographic results from the same experimental program showed the most pronounced grain refinement after ultrasonic impact treatment of the inner surface at 20 kHz. The data obtained characterize the conditions of a specific oscillatory system at a fixed generator output power and are not interpreted as a universal relationship dependent on frequency only.

СТАЛЬ 09Г2С, УЛЬТРАЗВУКОВАЯ УДАРНАЯ ОБРАБОТКА, СВАРНОЙ СТЫК, МИКРОТВЕРДОСТЬ ПО ВИККЕРСУ, ЗОНА ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ

09G2S STEEL, ULTRASONIC IMPACT TREATMENT, BUTT WELD, VICKERS MICROHARDNESS, HEAT-AFFECTED ZONE

А.А. Красников1
А.М. Батыров2

1 ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II» (Санкт-Петербург, Россия).
2 ФГБОУ ВО «Югорский государственный университет» (Ханты-Мансийск, Россия).

A.A. Krasnikov2
A.M. Batyrov1

1 Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University (Saint Petersburg, Russia).
2 Yugra State University (Khanty-Mansiysk, Russia).

Красников А.А., Батыров А.М. Влияние ультразвуковой ударной обработки на микротвердость сварного соединения трубной стали 09Г2С // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2026. № 9–10. С. 88–95. EDN: RIWXJM.

Krasnikov AA, Batyrov AM. Effect of ultrasonic impact treatment on the microhardness of a welded joint in 09G2S pipe steel. Oil and Gas Territory [Territorija “NEFTEGAS”]. 2026; (9–10): 88–95. (In Russian)

James M.N. Residual stress influences on structural reliability // Eng. Failure Anal. 2011. Vol. 18, No. 8. P. 1909–1920. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2011.06.005.

Leggatt R.H. Residual stresses in welded structures // Int. J. Pressure Vessels Piping. 2008. Vol. 85, No. 3. P. 144–151. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2007.10.004.

Sharma S.K., Maheshwari S. A review on welding of high strength oil and gas pipeline steels // J. Nat. Gas Sci. Eng. 2017. Vol. 38. P. 203–217. DOI: 10.1016/j.jngse.2016.12.039.

Пашков Ю.И., Иванов М.А., Губайдуллин Р.Г. Остаточные сварочные напряжения и пути снижения стресс-коррозионных разрушений магистральных газопроводов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Металлургия». 2012. № 15 (274). С. 28–30. EDN: OYGPUP.

Golikov N.I., Sidorov M.M. Redistribution of residual welding stresses in ultrasound impact treatment of welded joints in pipes // Welding International. 2012. Vol. 26, No. 10. P. 765–768. DOI: 10.1080/09507116.2011.653157. EDN: PNEWVE.

Liu C., Ge Q., Chen D., Gao F., Zou J. Residual stress variation in a thick welded joint after ultrasonic impact treatment // Sci. Technol. Weld. Joining. 2016. Vol. 21, No. 8. P. 624–631. DOI: 10.1080/13621718.2016.1149932.

He B., Deng H., Jiang M., et al. Effect of ultrasonic impact treatment on the ultra high cycle fatigue properties of SMA490BW steel welded joints // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2018. Vol. 96. P. 1571–1577. DOI: 10.1007/s00170-017-0608-3.

Liang H., Kan Y., Chen H., et al. Effect of cutting process on the residual stress and fatigue life of the welded joint treated by ultrasonic impact treatment // Int. J. Fatigue. 2021. Vol. 143. Article ID 105998. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2020.105998.

Schork B., Kucharczyk P., Madia M., et al. The effect of the local and global weld geometry as well as material defects on crack initiation and fatigue strength // Eng. Fract. Mech. 2018. Vol. 198. P. 103–122. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2017.07.001.

Полоцкий И.Г., Недосека А.Я., Прокопенко Г.И. Снижение остаточных сварочных напряжений ультразвуковой обработкой // Автоматическая сварка. 1974. № 5. С. 74–75.

Палаев А.Г., Николаев А.К., Духневич Л.Н., Красников А.А. Исследование снижения остаточных сварочных напряжений в результате ультразвуковой обработки сварного соединения на частоте 20, 37 и 44 кГц // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2023. Т. 13. № 6. С. 530–538. EDN: LEKTAJ.

Palaev A.G., Krasnikov A.A. Ultrasonic treatment of welded joint from external, internal and two sides on reduction of residual welding stresses // Int. J. Eng., Trans. B. 2024. Vol. 37, No. 11. P. 2171–2180. DOI: 10.5829/ije.2024.37.11b.04. EDN: LMTKYE.

Красников А.А. Обоснование метода ультразвуковой обработки сварных соединений магистральных трубопроводов для снижения остаточных сварочных напряжений: дис. ... канд. техн. наук. СПб.: Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, 2025. 134 с.

ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников // Кодекс: электрон. фонд правовых и норматив.-техн. док. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200012869 (дата обращения: 09.10.2026).

James MN. Residual stress influences on structural reliability. Eng. Failure Anal. 2011: 18(8): 1909–1920. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2011.06.005.

Leggatt RH. Residual stresses in welded structures. Int. J. Pressure Vessels Piping. 2008; 85(3): 144–151. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2007.10.004.

Sharma SK, Maheshwari S. A review on welding of high strength oil and gas pipeline steels. J. Nat. Gas Sci. Eng. 2017; (38): 203–217. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2016.12.039.

Pashkov YuI, Ivanov MA, Gubaidulin RG. Residual welding stresses and ways to reduce stress-corrosive destruction of trunk gas pipelines. Bulletin of the South Ural State University. Series “Metallurgy” [Vestnik Yuzhno-Ural’skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya “Metallurgiya”]. 2012; 274(15): 28–30. (In Russian)

Golikov NI, Sidorov MM. Redistribution of residual welding stresses in ultrasound impact treatment of welded joints in pipes. Welding International. 2012; 26(10): 765–768. https://doi.org/10.1080/09507116.2011.653157.

Liu C, Ge Q, Chen D, Gao F, Zou J. Residual stress variation in a thick welded joint after ultrasonic impact treatment. Sci. Technol. Weld. Joining. 2016; 21(8): 624–631. https://doi.org/10.1080/13621718.2016.1149932.

He B, Deng H, Jiang M, Wei K, Li L. Effect of ultrasonic impact treatment on the ultra high cycle fatigue properties of SMA490BW steel welded joints. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2018; (96): 1571–1577. https://doi.org/10.1007/s00170-017-0608-3.

Liang H, Kan Y, Chen H, Zhan R, Liu X, Wang D. Effect of cutting process on the residual stress and fatigue life of the welded joint treated by ultrasonic impact treatment. Int. J. Fatigue. 2021; (143): article ID 105998. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2020.105998.

Schork B, Kucharczyk P, Madia M, Zerbst U, Hensel J, Bernhard J, et al. The effect of the local and global weld geometry as well as material defects on crack initiation and fatigue strength. Eng. Fract. Mech. 2018; (198): 103–122. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2017.07.001.

Polotsky IG, Nedoseka AYa, Prokopenko GI. Reduction of residual welding stress by ultrasonic treatment. Automatic Welding [Avtomaticheskaya svarka]. 1974; (5): 74–75. (In Russian)

Palaev AG, Nikolaev AK, Duhnevich LN, Krasnikov AA. Investigation of reduction of residual welding stresses because of ultrasonic treatment of a welded joint at a frequency of 20, 37 and 44 kHz. Science and Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation [Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov]. 2023; 13(6): 530–538. (In Russian)

Palaev AG, Krasnikov AA. Ultrasonic treatment of welded joint from external, internal and two sides on reduction of residual welding stresses. Int. J. Eng., Trans. B. 2024; 37(11): 2171–2180. https://doi.org/10.5829/ije.2024.37.11b.04.

Krasnikov AA. Justification of the ultrasonic treatment method for welded joints of main pipelines to reduce residual welding stresses. PhD thesis. Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University; 2025. (In Russian)

USSR State Committee of Standards. GOST 9450–76. Measurements microhardness by diamond instruments indentation (state standard). Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200012869 [Accessed: 9 October 2026]. (In Russian)
Назад к журналу
ТЕРРИТОРИЯНЕФТЕГАЗ

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

Журналы

Контент

О нас

Контакты