Способ изготовления сварных соединений из высокопрочного чугуна

 

Изобретение относится к сварке, а именно к термической обработке сварных соединений, и может быть использовано при контактной стыковой сварке изделий из высокопрочного чугуна. Цель изобретения - улучшение качества сварного соединения путем обеспечения однородности механических свойств сварного соединения и основного металла. Способ включает предварительный подогрев торцов изделий до 700-800°С, нагрев свариваемых изделий в процессе сварки, охлаждение сварного соединения после сварки на воздухе до 800-820°С, выдержку, охлаждение со скоростью 10-20°С/мин до 600°С и окончательное охлаждение на воздухе. Способ позволяет повысить в 3-3,5 раза пластичность и в 3 раза ударную вязкость шва и околошовной зоны, что обеспечивает однородность механических свойств сварного соединения и основного металла. 1 табл.

СО!03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИ>(А1

Я @ (5Ц5 С 21 D 9/50. („", .:.;;. ь, !Ъг. - ..., Ггг !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 464 "6 70/31-02 (22) 30.01.89 (46) 15. 12.90. Вк3л. E 46 (71) Ли.;"цкий политехнический инстиГ (72) В.В.F>c-,ер, Г.Л.Кострык3333, II, 3>. Соболев, F.. В.Харин, A.P 1. !ìóròèíз о н и Л . Л . !(али мулл гг н (53) 621. 785. 08 (088.8) (56) Гельггап Л.С., !еловый В.В.Стыко 3ая сварк;. оплавлением шгсокоггроч— нг го гуг у га . — Сггарочное гтроизводстt3n, 1973, !" 1. (54. СПОСОВ IEÇI ÎÒÎÂËÅEII!ß СВЛР!!Е!Х

001;,г11!!!Г!П!!! ИЗ В!.!СОЕОПРО3!!!ОГО ЧУГУ!1Л (57) Изобретс шге относгггcst к сварке, а t rt, tttt<> .:. тсргггг Зеской обработке с tt lpльгх с оед3ггге33 гй, и может бьгть ис— .о t зовдгго ttptt t аггтактлой стыковой

Изобретегше относится к области сварки, а и.tettttu к терми геской обра— боткс сварных соединений, и может быть ггспользова33о ггри контактной с т ы к о st О и с в 3 р к с. t t ад ел и и и . 3 В ыс О к О проч3.. гс чугуна, Пел ьгс3 ггзобретс-ния является улуч—

t.;сигие качества сварнс го сосдинения.tót ått цостижешгя однородности механических свойств сварного соединения

tt ос новлогo металла .

Изобретеш<е осуществляется следующим образом.

Перед контактной стыковой сваркой изделий из ttttcutcottpo tttot чугуна

ПрОИЗВСд33тея грсдВарИтЕЛЬ33ЬГ33 ПОДО2 сварке изделий из высокопрочного чугуна. Цель изобретения — улучшение качества сварного соединения путем обеспечения однородности механических свойств сварного соединения и основного металла. Способ включает предварительньпf подогрев торцов иэделий до 700-800 С, нагрев свариваео

rtttx изделий в процессе сварки, охлаждеггие сварного соединения после сварки на воздухе до 800-820 С, выдержку, о охлаждение со скоростью 10-20 С/мин до 600 С и окончательное охлаждение о на воздухе. Способ позволяет повысить в 3-3,5 раза пластичность и в

3 раза ударную вязкость шва и околошовной зоны, что обеспечивает однородность механических свойств сварного соединения и основного металла.

1 табл. грев торцов свариваемых изделий до

700-800 С за счет электр оконтакт ного

33егрева. В процессе сварки происходит нагрев изделий в зоне стыка до расгшавлеггия. Сразу после окончания сварки температура свар»ot о соединения 950-1050 С. Экспериментально установлено, что скорость охлаждения в интервале температур 1000 — 800 С несмотря на предварительный подогрев

6 — 10 С/с в зависимости от толщины иэделий. При та.лгх скоростях охлажде- . ния в структуре шва и околошовной зоны происходит образование цементита. 3а промежуток времени, в течение которого происходит ох1613 399 лаждение изделий с температуры 9501050 С до 800 — 820 С, котор«п1 в зависимостии от толшины составит 15-35 с, сварное соединение помещают в нагревающее устройство, предварител ьно нагретое до 800-820 С, что на 40о

60 С выше точки Л с, При этой температуре производится г<«.держка иэделий в течение времени

< . определяемого по формуле:

Ог22 + 0 36

7 С, результате ньдержки происходит .; спа . цементита, образовавшегося н св р ii . оединении в процессе охлажО дения после сварки до 800-820 С.

Время вьдержки прямо пропорцио lë ьно колич ест ну обра зона вшег ося цем<з»т«гта, которое за висит от скорости

;; I..ждения сварного соединения и эк— зонта угггерода в свариваемых из.гиях. С увеличением скорости ох",аж -,ения при уменьшении толщины изделий количество цементита увеличиt3;3c ся и с оответственно увеличивает— ся время вьдержки, необходимое для

etо распада. С увеличением эквивал ента углерода количество обра зонавшегося цементита уменьшается и требуетсяя меньшее время вьдержки .

Экспериментально установлено, что

0 2 -0 36 при вр емени выдержки — -.л — — -- мин а С происходит полный распад обра зонавпегося цементита, при уменьшении

0 22 времени вьдержки менее -Я---- мин в ьС, структуре шна имеются отдельные включения цементита, что снижает пластичность и ударную вязкость сварного соединения, увеличение вре0 36 мени вгдержки более --k--- мин нецеЬС, лесообразно, так как не улучшает качества сварного соединения и увеличивает время термообработки .

Уменьшение температуры вьдержки о ниже 800 С снижает скорость графитизации и приводит к увеличению времени выдержки, что влечет за собой с ниже ни е пр ои з водит ел ь ности с пос оба .

Увеличение температуры выдержки выше о

820 С нецелесообразно, так как незначительно сокращает время вьдержки, но приводит к замедленному охлаждению с более высоких температур, что снижает производительность способа .

Охлажле>ги(<.парного соединения с

««ttt(.t>an.ót>t i 800-820 С недс тся со о

< «- росты > 10 — 20 Г:/мин ло 600 С,дальо о не><11;.< ох 1аж t<..ttttå 1:р 1<одят на нозду5

Х(.

Зам(Лл е нное охлажд е ни <. с о с корос— о тью 10-20 Г/мин приводит к получению

*pppt1Tttc>й и..<и Аерритно — перлитной ос новы чугунa в шве и околопto«3Hott ао не, В ре:iультате этогo повышается

45 пластичность и ударная ня >кость шна н окол о11>о в«<ой з онь>, ч т (при водит к

Лости>кс>ягой с>днородности механических с В О l >с т Р с «la p но Г о с о pJ3, t tt (- t t «t >3 y oc но В ного металла.

Унсличсние скорости ох.1аждения выэ .о, ше 2(С/>пгн не по 3воляет получить однородности механи te< ких свойстн свар— ного соединения и основного металла, так как структура шна и околошовной зоны имеет перлитную основу и значение ппастичности и ударной вязкости ниже, чем у основного металла.

Уменьше«1ие скорости охлаждения соединения ниже 10 С/мин нецелесообо разно, так как не приводит к улуч1пению механических свойств сварных соединений, а увеличивает время термообработки, снижая произнодительность способа.

Замелленное охлаждение ведется до о

600 С, дал ьнс.йшее охлаждение ведется на 33<>:3духе. Сниже>пге температуры, до которой ведется замедленное охлажде35 о ние, 1пг>ке 600 С нецелесообразно, так как никаких структурных изменений

«пгке этой температуры не происходит и «га механические свойства сварного

coeJ3tt«tetttt>3 не влияет, а приводит к увеличению нремени вьдержки и снижению производительности способа. При унеличешш температуры вьппе 600 С увеличивается количество пбра зующег ося перлита в сварном соединении, что снижает пластичность и ударную нязкость сварного соединения и не позволяет получить однородности механических свойств с вар ного с оелинения и основного металла.

Пример ы. По предлагаемому способу. произ:<о <« ли термическую обработку труб из высокопрочного чугуна при пх сварке на стыкосварочной машине 1 -340-2.

Свари нае."гые трубы имели наружный диаметр 1 18 мл и толщину стенки 8 мм.

1<а терна:t трубы — ныс окопр очный чугун слелуюпего хим«1чеc кого ростана по

1613499

10!

2,2 — 3 6 у л Э

Л ь=

55 углероду, кремнию и фосфору: С вЂ” 3,57; Si = 3, 07,; p = 0,187. Свариваемые трубы характеризовались следующими механическими свойствами: предел прочности 5б = 670-700 ГГПа, относительное удлинение 8 = 7-9%, удар на я вя з кос ть à H = 16 0-200 кДж/м, твердость НВ = 2100-2300 ИПа. Структура металлической основы ферритноперлит ная .

После установки свариваемых отрезков труб в стыкосварочную машину производили предварительный подогрев до о

750 С за счет электроконтактного на— грева, после чего производили стыковую сварку оплавлением. После сварки получен ое с варное соединение охлаж— далось на воздухе до 810 С за 22 с.

За это время сварное соединение поо мешалось в заранее нагретый до 810 С муфельный нагреватель сопротивления типа ПТО. В муфельном нагревателе

° варное соедин ние вьдерживали в теи

-iv! ие времени ь = 8 лаан, которое определили по формуле: где F — толщина стенки трубы, м;

С вЂ” эквивалент углерода, 7

С = С7, + 1/3(Si7. + P7) После вьдержки сварное соединение охлаждалось со скоростью 15О С/мин.

Скбрость охлаждения регулировалась в муфельном нагре вателе сопротивления путем включения и отключения тока. Замедленное охлаждение производилось до 600 С., дальнейшее охлажо дение проводилось на воздухе.

Вариа нты реализации с и ос оба в интервале заявленных и запредельных значений температуры, до которой прои зводится охлаждение с оеди пепи я на во эдухе, вр емени выдержки, скорости замедленного охлаждения и температуры окончания замедленного охлаждения приведены в таблице.

Как видно из представленных данных, оптимальными значениями, при которых можно изменять температуру выдержки, время вьд ержки при этой температуре, скорости замедленного охлаждения и температуру окончания замедленного охлаждения, являются соответственно 800-820 С, 6 — 10 мин, 10-20оС/мин и 600 С (варианты 1-3, 6, 7, 10, 11, 16, 17) . В этом случае повышается пластичность и ударная вязкость шва и околошовной зоны и достигается однородность механических свойств сварного соединения и основного металла при высокой произв водительности cnîñîáà.

В случае отклонения значений температуры выдержки, времени вьдержки, скорости замедленного охлаждения и температуры окончания замедленного охлаждения от оптимальных величин либо не удается добиться поставлен— ной цели либо происходит резкое сниже о е пр ои э в одит ел ьно с ти ис пол ьз о валия предлагаемого способа (варианты

4, 5, 8, 9, 13-15, 18, 19) °

Способ по прототипу (вариант 20), при котором не предусматривается ступенчатый режим охлаждения сварного соединения, приводит к увеличению твердости, снижению пластичности и ударной вязкости материала шва и околошовной зоны.

Сравнение результатов использования способов термической обработки изделий иэ высокопрочного чугуна по известному и предлагаемому термическим циклам показало следующее: применение способа позволяет в 3-3,5 раза повысить пластичность и в 3 раза ударную вязкость сварного соединения, чем достигается однородность механических свойств сварного соеди35 пения и основного металла.

Фор мула изобретения

Способ изготовления сварных сое4(динений из высокопрочного чугуна, включающий подогрев до 700-800 С, сварку и охлаждение на воздухе до цеховой температуры, о т л и ч а ю —. шийся тем, что, с целью улучше4 ния качества сварного соединения путем обеспечения однородности механических свойств шва и основного металла,в процессе охлаждения при температуре Ас + (40...60)о C осуществляют изотермическую вьдержку, а затем охлаждают до 600 С со скоростью 10-20 град/мин, при этом врел мя вьдержки ь мин, опр еделяют из соотношения: л Од22 — Од36

У с где в — толщина свариваемого изделия, м, 1613499

С вЂ” эквивалент углерода > 7; определяемый по формуле

С = СЕ + 1/3(Нii, + РТ) >время вьщ ер я>кн, >е> н ск >— рость окнакле—

Т„, температура

»кон»ания

>амедненного охт> те>е>е- Т температура ратура попогре- вьщер»кн, с с

Н В ° МПа

a >> ° кДа пп и пня, С

MH н ва, ннжлення, С

Составитель Т.Бердышевская

Редактор О.Спесивых Техред N.Дидык

Корректор И.Эрдейи

Зака з 3867 Тираж 511 Подпис но е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно †издательск комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,10!

1 750

2 750

3 750

4 750

5 750

Ь 750

7 750

8 750

9 750

10 750

11 750

12 750

13 750

14 750

15 750

16 700

l 7 800

18 650

19 850

20 750

8АО

8!О

В

В

6

12

В

8

В

8

8

l5

600

68 2 7,9 164

676 В 0 172

671 8, 1 174

688 6.8 148

667 8,1 138

684 7 > > 160

670 8, 1 168

692 4 >6 122

662 8,2 156

670 8>1 169

685 7,6 162

663 8, 2 158

690 5, 1 130

689 5 8 142

668 8,1 163

680 7,6 160

672 8,0 171

68 7 6,9 152

670 8> 1 174

699 2,3 67

24 10

2820