Способ термической обработки сварных соединений сталей

 

Изобретение относится к термической обработке сварных соединений сталей с различными коэффициентами термического расширения для снижения остаточных напряжений и может быть использовано в атомной энергетике и других отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности сварных соединений путем снижения напряжений. Способ включает нагрев сварного соеди$ Изобретение относится к термической обработке сварных соединений сталей с различными коэффициентами термического расширения, и может быть использовано в атомной энергетике и в других отраслях народного хозяйства . Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности сварных соединений путем снижения напряжений. нения выше Ас$ стали с большей релаксационной стойкостью, выдерживают при этой температуре для релаксации напряжений и охлаждают сварное соединение до температуры высокогоотпуска стали с меньшей релаксационной стойкостью . Затем, сохраняя последнюю сталь при этой температуре, продолжают охлаждение стали с большей релаксационной стойкостью до температуры , меньшей температуры высокого отпуска стали с меньшей релаксационной стойкостью. Пос- .ле этого одновременно ведут дальнейшее охлаждение сталей сварного ссгединения до комнатной температуры, причем сталь с большей релаксационной стойкостью охлаждают со скорог стью, в рЈм раз меньшей скорости охлаждения стали с меньшей релаксационной стойкостью, где ь/ и - соответственно больший и меньший коэффициенты термического расширения сталей . 1 з.п. ф-лы, 1 табл. Способ термической обработки сварных соединений сталей с различными коэффициентами термического расширения включает нагрев сварного соединения выше Асз стали с большей релаксационной стойкостью, выдержку при этой температуре для релаксации напряжений, охлаждение сварного соединения до температуры высокого отпуска стали с маньшей релаксационной стойкостью и последующее его охлажI (Л о ел Os о о о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Д1)5 С 21 D 9/50 " г;-.-.;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4416586/02 (22) 28.04.88 (46) 15. 06.91. Бюл. Р 22 (7 t) Научно-производственное объединение "Энергия" (72) Ю.А.Янченко, А.Е.Поляков, А.Н.Леднев и Е.А.Румянцев (53) 621.78.08(088.8) (56) Заводская лаборатория, 1955, Р 6, 722-724. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛЕЙ (57) Изобретение -относится к термической обработке сварных соединений сталей с различными коэффициентами термического расширения для снижения остаточных напряжений и может быть использовано в атомной энергетике и других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности сварных соединений путем снижения напряжений. Способ включает нагрев сварного соедиИзобретение относится к термической обработке сварных соединений сталей с различными коэффициентами термического расширения, и может быть использовано в атомной энергетике и в других отраслях народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности сварных соединений путем снижения напряжений.

„„SU„„, 1656000 А 1 нения выше Ас стали с большей релаксационной стойкостью, выдерживают при этой температуре для релаксации напряжений и охлаждают сварное соединение до температуры высокого ° отпуска стали с меньшей релаксационной стойкостью. Затем, сохраняя последнюю сталь при этой температуре, продолжают охлаждение стали с большей релаксационной стойкостью до температуры, в О в/ocм раз меньшей температуры высокого отпуска стали с меньшей релаксационной стойкостью. Пос.ле этого одновременно ведут дальнейшее охлаждение сталей сварного соединения до комнатной температуры, C. причем сталь с большей релаксационф ной стойкостью охлаждают со скоро-, стью, в ф(в/ р м раз меньшей скорости охлаждения стали с меньшей релаксаци- С онной стойкостью, где и М вЂ” соБ ответственно больший и меньший коэф1 фициенты термического расширения ста° вай лей. 1 з. и. ф-лы, 1 табл.

И о

С>

C)

C) Способ термической обработки сварных соединений сталей с различными коэффициентами термического

I расширения включает нагрев сварного соединения выше Ас стали с большей релаксационной стойкостью, выдержку при этой температуре для релаксации напряжений, охлаждение сварного соединения до температуры высокого отпуска стали с маньшей релаксационной стойкостью и последующее его охлаж1656000 дение до комнатной температуры с вы— держкой стали с меньшей релаксациониой стойкостью при температуре ее

I высокого отпуска, после достижения температуры высокого отпуска стали с меньшей релаксационной стойкостью продолжают охлаждение стали с большей релаксационной стойкостью до температуры в 0 6 раз меньшей, сох Г ра1 яя сталь с меньшей релаксационной стойкостью при температуре ее высокого отпуска, а затем одновременно ведут дальнейшее охлаждение ста.лей сварного соединения до комнатной температуры, причем сталь с большей редаксационной стойкостью охлаждают со скоростью в 0 ь раз меньшей ско М рости охлаждения стали с меньшей

20 релаксационной стойкостью, где Мв и Кц — соответственно больший и ( меньший коэффициенты термического р сширения сталей.

Продолжение охлаждения стали с большей релаксационной стойкостью до

0(,g температуры, в — — раз меньшей тем в пературы высокого отпуска стали с ( меньшей релаксационной стойкостью, при сохранении стали с меньшей ре! л4ксационной стойкостью при температуре ее высокого отпуска позволяет сОздать до последующего одновременного охлаждения сталей такое распреде—

35 ление температур в стыковом соединенни, что для любых параллельных плоскости сварного шва сечений выполняется равенство температурных деформаций

КТ; = „, ° т;„, 40 де ф,, О, +< — коэффициенты температурного расширения в и i+i сечениях;

1 Ф(температуры В сооТ 45

l ветствующих сечениях сварного соединения.

Осуществление одновременного охлаждения сталей сварного соединзния до комнатной температуры с предложенными разными скоростями обеспечивает равенство температурных деформаций н сечениях сварного соединения

k, ° ЬТ, = h;„ëò„,, I де ДТ ° — изменения температуры

1,1ф< в сечениях сварного соединения.

Все это позволяет повысить остаточные напряжения в сварных стыковых соединениях сталей, отличающихся по теплофизическим свойствам.

Изобретение иллюстрируется на примерах термической обработки сварных стыковых соединений трубопроводов

ЛЭС. Образцы представляют собой трубы с наружным диаметром 196 мм, толщиной

12 мм и длиной 400 мм.

Пример 1. Материал одной из труб стыкового соединения сталь

20Х23Н13, а другой — сталь 20. Первая из них имеет большие релаксационную стойкость и коэффициент термического расширения (h = 17 10 1/град).

-б

Коэффициент термического расширения стали 20 — Ь.,ц= 12 ° 10 1/град. Корневые слои разделки выполнялись ручной аргонодуговой сваркой проволокой Св-10Х16Н25АМ6 диаметром 2 мм.

Выполнение разделки проводилось электродами ЦТ-36 диаметром 3 мм.

Согласно изобретению проводили нагрев сварного соединения до 12001220 С вЂ” выше Ac стали 20Х23Н13 с большей релаксационной стойкостью.

Скорость нагрева составляла 80100 град/ч. Выдерживали соединение при 1200-1220 С в течение 2 ч для релаксации напряжений. Затем охлаждали сварное соединение со. скоростью

40-50 град/ч до 620-660 С, после чего проводили охлаждение стали

2ОХ23Н13 до 440-451 С, температуры, Ыв о меньшей в — — раз 620-660 С. При

Мм этом сталь 20 с меньшей релаксационной стойкостью выдерживали при 620о

660 С. После этого проводили одновременное охлаждение сталей до комнатной температуры, причем сталь

20X23IIi3 охлаждали со скоростью 35-. 5

56 град/ч в — — раз меньшей скорости

Мм охлаждения стали 20, которая составляла 50-80 град/ч.

Пример 2. Материал одной из груб стыкового соединения — сталь

0Х18Н10Т, а другой — сталь 20. Первая имеет большую релаксационную стойкость и коэффициент термического расширения, чем вторая

18 10 1/град, IX -= 12 10 1/град.

Корневые слои разделки выполнялись ручной аргонодуговой сваркой проволокой Св-10Х16Н25АМб диаметром 2 мм.

Заполнение разделки проводилось электродами ЭА-395/9 диаметром 3 мм.

Проводили нагрев сварного соединения до 950-970 С вЂ” выше Ас стали ОХ18Н10Т с большей релаксационной стойкостью. Так как сварные соединения этой стали (сталь аустенитного класса) склонны к самопроизвольному разрушению в диапазоне температур (550-570) — (840-860)ОС, то нагрев до 550-570 С проводили со скоростью

80-100 град/ч, до 840-860 С вЂ” со скоростью 110-130 град/ч и до 950-970 С— со скоростью 40-50 град/ч. Выдерживали сварное соединение при 950970 С в течение 2 ч для релаксации напряжений и охлаждали его со скороо стью 40-50 град/ч до 840-860 С и со скоростью 110-130 град/ч до 650-660 С, Затем продолжали охлаждение стали

ОХ18Н10Т со скоростью 110-130 град/ч до 550-570С идалее до температуры

434-440 С, меньшей температуре 650 6 18 1О

660 С в — — раз (- — — -- = 1,5), (м 12 ° 10 со скоростью 40-50 град/ч. При этом сталь 20 подвергали изотермической о выдержке при 650-660 С..После достижения сталью ОХ18Н10Т температуры

434-440 С проводили одновременное охлаждение сталей до комнатной температуры, причем сталь 20 охлаждали со скоростью 50-80 град/ч, а сталь

0X18H10T — со скоростью в Фб раз меньшей — 35-55 град/ч. м

Термическая обработка осуществлялась с использованием известных устройств. Нагрев проводился индукционным методом токами промышленной частоты. Индукционный нагреватель распо1 лагался снаружи трубы. Контроль параметров термообработки осуществлялся обычными контрольными приборами.

Эффективность снижения остаточных напряжений в результате термической обработки, проведенной согласно изобретению, по сравнению с,прототипом

6000 6 иллюстрируется данными, приведенными в таблице.

Как видно из данных, представленных в таблице, проведение термической

5 обработки согласно изобретению позволяет значительно снизить остаточные напряжения в сравнении с прототипом.

Снижение остаточных напряжений в сварных соединениях сталей позволяет повысить их эксплуатационную надежность, также практически исключается коррозионное растрескивание под напряжением.

Формула из обре те ния

1. Способ термической обработки сварных соединений сталей, преимущественно одна из которых с большими

20 коэффициентом термического расширения и релаксационной стойкостью, включающий нагрев выше Ас стали с большей релаксационной стойкостью, выдержку и охлаждение до комнатной

25 температуры, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности сварных соединений путем снижения напряжений, в процессе охлаждения осуществляют изотермическую выдержку стали с меньшей релаксационной стойкостью при

620-660 С, продолжая при этом охлаждение стали с большей релаксацион.ной стойкостью до температуры, в

35 М /g раз меньшей 620-660 С, после чего ведут одновременное охлаждение сталей, причем сталь с большей релаксационной стойкостью охлаждают со скоростью в0 в/р(,раз меньшей, чем

40 сталь с меньшей релаксационной стойкостью, где К> и R соответственно больший и меньший коэффициенты термического расширения стали.

2. Способ по и. i, о т л и ч а—

45 ю шийся тем, что, с целью предупреждения разрушений, для сталей аустенитного класса нагрев и охлаждение в интервале 550-860 С ведут

50 со скоростью 110- I30 град/ч.

1656000

Уровень напрявений, кгс/ю

Вариант при мер околоновной эоне стали больними релаксационяой ойкостьв и коэф. термин. расиирения в осевом направлении

s окрукном направлении окрувн алравле осевом аправлении

Предлагаемы способ

В1>41 6

4,5

4,5

16

17

-12

-23

35,3

"12, А - температура, до, которой продолкаят охлалдение стали с больней релаксацнонной стойкостъв1

B — соотнсвенне иенцу скоростями окландевия сталей с менъаей и больней релаксацнанной стойкостью на стадии одновременного охлакдения.

Редактор Т. Лазоренко

Заказ 2031 Тира7к 400 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óàrîðîä, ул. Гагарина, 101

4

А 450 С (440-461 С), В Ыв/Ы», А 385 С, В Ыg/Ы», В е 1,41

А 495 С, В a э/Ыв, В 1,41

А 450 С, В > Ыв/К»> В 1,7

А 450оС Вс КВ/Ф», В 1,1

Термообработка по прототипу

В околояовной эоле стали с меяьииюм релаксециояной стойкостю s коэф. термин. расяирения

Составитель Т. Бердышевская

Техред Л. Сердюкова Корректор М. Максимишинец