Способ предупреждения образования холодных трещин в сварных соединениях из углеродистых и низколегированных сталей при сварке на заданных режимах



Способ предупреждения образования холодных трещин в сварных соединениях из углеродистых и низколегированных сталей при сварке на заданных режимах
Способ предупреждения образования холодных трещин в сварных соединениях из углеродистых и низколегированных сталей при сварке на заданных режимах

Владельцы патента RU 2386524:

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина (RU)

Изобретение относится к области сварочной техники, а именно к оценке требований к химическому составу углеродистых и низколегированных сталей, обеспечивающих отсутствие склонности к образованию холодных трещин и требуемый комплекс механических характеристик сварного соединения при выполнении сварки на заданных режимах. Предварительно для группы сталей выбранного класса определяют критические скорости охлаждения металла околошовного участка сварного соединения в интервале температур 800-500°С, соответствующие предельно допустимому значению показателя склонности каждой стали группы к образованию холодных трещин в околошовном участке сварного соединения. В качестве указанного показателя используют максимально допустимый процент мартенсита в структуре околошовного участка сварного соединения или предельно допустимое значение твердости околошовного участка сварного соединения. Определяют значения эквивалентного углерода для каждой стали и строят график зависимости между критическими скоростями охлаждения и эквивалентным углеродом для указанной группы сталей. Наносят на полученный график значение скорости охлаждения околошовного участка сварного соединения, соответствующее заданному способу и режимам сварки, и определяют по графику критическое значение эквивалентного углерода для сталей указанной группы выбранного класса. Для сварки на заданном режиме используют стали, эквивалентный углерод которых не превышает определенного критического значения. Повышается надежность предупреждения образования холодных трещин с достижением заданных механических свойства металла околошовного участка сварного соединения. 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области сварочной техники, в частности к оценке требований к химическому составу углеродистых и низколегированных сталей, обеспечивающих отсутствие склонности к образованию холодных трещин и требуемый комплекс механических характеристик сварного соединения при выполнении сварки на заданных режимах.

Известен способ оценки влияния режимов сварки на стойкость стали к образованию холодных трещин путем проведения испытаний крупномасштабных образцов, заключающийся в том, что производят разрушение конструкции и фиксируют напряженное состояние сварного соединения с помощью тензорезисторов (см. RU 2065347, B23K 31/12, 1992).

Однако известный способ при отрицательном результате испытаний не позволяет определить требования к химическому составу сталей, которые могут быть использованы на указанных сочетаниях режимов сварки.

Известен способ предупреждения образования холодных трещин в сварных соединениях из углеродистых и низколегированных сталей при сварке на заданных режимах, базирующийся на расчете величины эквивалентного углерода (Сэкв или Рсм), обеспечивающей отсутствие холодных трещин в сварном соединении исходя из требований к химическому составу стали в зависимости от температуры предварительного или сопутствующего подогрева в процессе сварки (см. Строительные нормы и правила (СНиП) 2.05.06-85 «Магистральные трубопроводы»).

В известном способе при использовании в качестве эквивалентного углерода Сэкв, предполагается, что:

- проведение сварки без подогрева допускается для сталей химический состав которых соответствует Сэкв≤0,4%;

- сварка с подогревом в диапазоне температур от 50 до 200°С проводится на сталях, химический состав которых соответствует Сэкв=0,4-0,45%.

При определении эквивалентного углерода по Рсм считается, что сварка без подогрева допустима для сталей, химический состав которых дает значение Рсм не превышающее 0,23.

Недостатком указанного способа является то, что при определении требований к химическому составу стали, обеспечивающему отсутствие холодных трещин, учитывается только температура предварительного и сопутствующего подогрева и не принимается во внимание влияние других режимов сварочного процесса, таких как сила тока и скорость сварки.

Кроме того, способ не позволяет получить информацию о количественной взаимосвязи между режимами применяемых сварочных процессов и соответствующего им критического значения эквивалентного углерода, определяющего химический состав стали, обеспечивающий стойкость против образования холодных трещин, и, соответственно, получение требуемого комплекса механических свойств сварного соединения.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа предупреждения образования холодных трещин в сварных соединениях из углеродистых и низколегированных сталей при сварке на заданных режимах, обеспечивающего повышение надежности предупреждения образования холодных трещин и достижение заданных механических свойств металла околошовного участка (ОШУ) сварного соединения за счет учета взаимосвязи критического значения эквивалентного углерода (Сэкв или Рсм) со скоростью охлаждения металла зоны термического влияния (ЗТВ) сварного соединения в интервале температур 800-500°С

(w8-5).

Поставленная задача достигается тем, что способ предупреждения образования холодных трещин в сварных соединениях из углеродистых и низколегированных сталей при сварке на заданных режимах заключается в том, что предварительно для группы сталей выбранного класса определяют критические скорости охлаждения металла околошовного участка сварного соединения в интервале температур 800-500°С, соответствующие предельно допустимому значению показателя склонности каждой стали группы к образованию холодных трещин в околошовном участке сварного соединения, в качестве которого используют максимально допустимый процент мартенсита в структуре околошовного участка сварного соединения или предельно допустимое значение твердости околошовного участка сварного соединения, определяют значения эквивалентного углерода для каждой стали и строят график зависимости между критическими скоростями охлаждения и эквивалентным углеродом для указанной группы сталей, наносят на полученный график значение скорости охлаждения околошовного участка сварного соединения, соответствующее заданному способу и режимам сварки, определяют по графику критическое значение эквивалентного углерода для сталей указанной группы выбранного класса и используют для сварки на заданном режиме стали, эквивалентный углерод которых не превышает определенного критического значения.

Способ осуществляют следующим образом.

На основе анализа исходных анизотермических и структурных диаграмм для рассматриваемой группы сталей определяют критические скорости охлаждения w8-5, при которых в металле ЗТВ сварных соединений каждой из выбранных сталей достигается предельно допустимое значение выбранного показателя склонности стали к образованию холодных трещин, в качестве которого может быть использован:

либо максимально допустимый % мартенсита в структуре ОШУ ЗТВ сварного соединения;

либо предельно допустимые значения механических свойств ОШУ ЗТВ сварного соединения (твердость, ударная вязкость).

С использованием расчетных формул для определения эквивалентного углерода выбираемой в зависимости от химического состава рассматриваемой группы сталей рассчитывают значения эквивалентного углерода (Сэкв или Рсм) для каждой стали (см. табл. 1).

С использованием полученных значений Сэкв или Рсм для каждой стали из рассматриваемой группы и предварительно определенных экспериментальных путем соответствующих им критических значений скорости охлаждения определяют зависимость: скорость охлаждения - эквивалент углерода. Наносят на полученную диаграмму значение скорости охлаждения (w8-5) ЗТВ сварного соединения, соответствующее заданному способу сварки и используемому сочетанию режимов, и определяют критическое значение эквивалентного углерода для сталей рассматриваемой группы, гарантирующее отсутствие холодных трещин в ЗТВ сварного соединения.

Определение критических скоростей охлаждения проводят с использованием предварительно построенных по ГОСТ 23870 («Свариваемость сталей. Метод оценки влияния сварки плавлением на основной металл») для металла околошовного участка сварного соединения структурных диаграмм или анизотермических (термокинетических) диаграмм распада аустенита с нанесенными на них значениями изменения твердости в зависимости от скорости охлаждения в интервале температур 800-500°С. По указанным диаграммам определяют скорость охлаждения, обеспечившую формирование в металле околошовного участка сварного соединения или 50% мартенсита или твердость, равную, например, 350 HV. Это значение скорости охлаждения принимают за критическое для данной стали.

Ниже приведен пример реализации предлагаемого изобретения при сварке корневого прохода кольцевых стыков трубопроводов, изготовленных из стали категории прочности Х80, выполненного методом ручной дуговой сварки с погонной энергией 1,6 кДж/мм при подогреве 50°С и обеспечивающего скорость охлаждении

w8-5 металла ЗТВ сварного соединения 60°С/с.

1. Сталь категории прочности Х80 относится к классу низколегированных сталей системы легирования Si-Mn. Отличительной особенностью их химического состава от традиционных кремне-марганцевых трубных сталей является пониженное содержание углерода и дополнительное микролегирование сильными карбидообразующими элементами. В качестве показателя, обеспечивающего отсутствие холодных трещин и требуемые свойства ЗТВ сварного соединения для отобранной группы сталей, было выбрано предельно допустимое значение твердости ОШУ ЗТВ сварного соединения, равное 300 HV.

По экспериментальным данным были определены критические величины скорости охлаждения для каждой стали из рассматриваемой группы, при которых в металле ЗТВ сварного соединения достигается предельно допустимая твердость не более 300 HV. В табл. 2, содержащей данные о химическом составе, значениях эквивалентного углерода и критических скоростях охлаждения для кремнемаргенцевых сталей, обобщены сведения по сталям, химический состав которых близок к сталям категории прочности Х80.

2. По формуле 6 из табл. 1 были рассчитаны значения эквивалентного углерода (Сэкв) для всех сталей из рассматриваемой группы, также представленные в табл. 2.

3. С использованием найденных значений была построена зависимость: скорость охлаждения, обеспечивающая твердость металла ЗТВ сварного соединения не выше 300 HV - эквивалент углерода (чертеж).

Сопоставляя полученный график со значением скорости охлаждения w8-5, характеризующим заданный режим сварки и равным 60°С/с, получим, что проведение сварки на указанных режимах с гарантированным обеспечением твердости металла ЗТВ сварного соединения не выше 300 HV, возможно на сталях, эквивалент углерода которых не превышает критического значения, равного 0,36.

Предлагаемый способ позволяет определить критическое значение эквивалентного углерода для углеродистых и низколегированных сталей исходя из требований по обеспечению стойкости сварных соединений к образованию холодных трещин и механических свойств металла ЗТВ на уровне нормативных требований, в зависимости от скорости охлаждения (w8-5), соответствующей выбранному способу и режимам сварки.

Таблица 1
Расчетные зависимости для определения углеродного эквивалента
№ Формула Область применения
1 Для сталей с содержанием углерода свыше 0,18% при скорости охлаждения менее 25°С/с.
2
3
4 Для трубных сталей категории прочности Х70
5
6
7 Для безперлитных сталей
8 Рсм=C+Si/30+Mn/20+Cr/20+Cu/20+Ni/60+Mo/15+V/15+5B Для сталей с содержанием углерода менее 0,12%
где Сэкв (Рем) - эквивалент углерода в стали, %,
C, Si, Mn, Cr и т.п. - содержание соответствующего легирующего элемента в стали.

Способ предупреждения образования холодных трещин в сварных соединениях из углеродистых и низколегированных сталей при сварке на заданных режимах, при котором предварительно для группы сталей выбранного класса определяют критические скорости охлаждения металла околошовного участка сварного соединения в интервале температур 800-500°С, соответствующие предельно допустимому значению показателя склонности каждой стали группы к образованию холодных трещин в околошовном участке сварного соединения, в качестве которого используют максимально допустимый процент мартенсита в структуре околошовного участка сварного соединения или предельно допустимое значение твердости околошовного участка сварного соединения, определяют значения эквивалентного углерода для каждой стали и строят график зависимости между критическими скоростями охлаждения и эквивалентным углеродом для указанной группы сталей, наносят на полученный график значение скорости охлаждения околошовного участка сварного соединения, соответствующее заданному способу и режимам сварки, определяют по графику критическое значение эквивалентного углерода для сталей указанной группы выбранного класса и используют для сварки на заданном режиме стали, эквивалентный углерод которых не превышает определенного критического значения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу оценки режимов сварки и может быть использовано в авиакосмической промышленности, энергомашиностроении и других отраслях, осуществляющих сварку высокотемпературных сталей и сплавов на железной, никелевой или кобальтовой основе.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу неразрушающего контроля сварных соединений, выполненных точечной или рельефной или шовной контактной сваркой, и может быть использовано при контроле качества сварных конструкций ответственного назначения из алюминиевых и титановых сплавов.

Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей электроконтактной наплавкой проволокой и может быть использовано при выборе технологических режимов электроконтактной наплавки валов.

Изобретение относится к области ремонтного производства и может быть использовано для определения температуры нагрева присадочного металла при восстановлении валов электроконтактной наплавкой.

Изобретение относится к области сварки, а именно к электронно-лучевой сварке стыкозамковых соединений тонкостенных оболочек с заглушками. .

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к способу определения параметров воздействия лазерным импульсом на объект обработки. .

Изобретение относится к контактной сварке и наплавке, а именно к способу определения износа ролика-электрода при электроконтактной наплавке. .

Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей машин электроконтактной наплавкой проволокой и может быть использовано при выборе технологических режимов процесса.

Изобретение относится к области восстановления изношенных деталей машин электроконтактной наплавкой и может быть использовано при выборе технологических режимов процесса.

Изобретение относится к области сварки плавлением, преимущественно к электронно-лучевой сварке циркониевых сплавов, и может быть использовано для визуального определения глубины проплавления и формы сварки.

Изобретение относится к области сварки и предназначено для контроля качества плазменной точечной сварки листов из нержавеющих хромоникелевых сталей толщинами 1-2,5 мм

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к сварке титановых сплавов, и может использоваться при изготовлении сложных конструкций

Изобретение относится к способу изготовления вала для турбины и/или генератора посредством сварного соединения и к валу, изготовленному упомянутым способом. Осуществляют удаление по меньшей мере с одной стороны основной ограничивающей круговой поверхности соответственно одной центральной части соответствующего элемента (5) вала относительно оси вращения (2) для получения соответственно одной открытой полости (11) по меньшей мере в одном цилиндре (3) в пределах оставшегося трубообразного ребра (13). Размещают два элемента (5) вала вдоль оси вращения (2) коаксиально друг другу с образованием полого пространства (15). Получают первый трубчатый кольцевой шов (17) посредством электродуговой сварки в узкий зазор. В одном из двух элементов (5) вала выполняют сквозное отверстие (18) снаружи в полое пространство (15). Осуществляют оценку качества первого трубчатого кольцевого шва (17) изнутри полого пространства (15) во время и/или после сварки посредством введенного через сквозное отверстие (18) в полое пространство (15) воспринимающего устройства (19) или источника (19а) излучения. Таким образом, можно непосредственно регулировать процесс сварки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к сварочному производству, к способам контактной стыковой сварки оплавлением изделий различного сечения. Способ включает установку и зажатие в сварочных губках свариваемых изделий, предварительное оплавление и сжатие свариваемых торцов, предварительный подогрев проходящим током, контроль распределения температуры, нагрев изделий и последующие оплавление и осадку. На торец мерного образца, противоположный свариваемому торцу, наносят полоски термокраски. Контроль распределения температуры производят по изменению цвета или расплавлению полосок термокраски. При выравнивании цвета или расплавлении всех полосок термокраски запоминают время предварительного нагрева и дают команду на оплавление и последующую осадку свариваемых торцов мерных образцов с фиксированием установленного времени нагрева при сварке. Далее осуществляют сваривание изделий с учетом установленного времени. Техническим результатом изобретения является получение высокого качества сварных соединений за счет обеспечения требуемого температурного градиента по сечению и длине изделий. 2 ил.

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано при проведении измерительного контроля качества сварных швов, а также при оценке квалификации сварщиков и при оценке качества сварочных материалов. Способ включает измерение геометрических размеров сварного шва шаблоном и сравнение их с размерами, установленными нормативно-техническими документами. По результатам измерения геометрических размеров сварного шва рассчитывают площади сечений сварного шва. По размерам, установленным нормативно-техническими документами, рассчитывают площадь сечения эталона сварного шва. Затем сравнивают эти площади и вычисляют индекс качества поверхности сварного шва. Технический результат заключается в обеспечении количественной точной оценки качества поверхности сварного шва путем сравнения абсолютных величин отклонения площадей сечений сварного шва от площади эталона, что исключает субъективность визуальной оценки. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для определения стойкости жаропрочных материалов к образованию горячих трещин при выборе сплава для сварных конструкций из тонколистовых материалов с толщиной менее 1,5 мм. Изготавливают образцы из исследуемых материалов и выполняют их проплавление, которое осуществляют при одинаковых напряжении и скорости сварки, последовательно изменяя при этом силу тока (от большей величины к меньшей или наоборот) и фиксируя состояние кратера. В кратере сварочного шва при его остывании после выключения сварочной дуги имеет место жесткое объемное деформационное поле, приводящее к возникновению горячих трещин. В качестве критерия оценки стойкости материала к образованию горячих трещин используют максимальную ширину проплавления, при которой в кратере сварочного шва исчезают горячие трещины. При этом чем больше ширина проплавления, при которой исчезают трещины - критическая ширина, тем устойчивее материал к образованию горячих трещин. Использование предлагаемого способа позволяет снизить трудоемкость и затраты на проведение исследований материалов при их выборе для тонколистовых сварных конструкций с обеспечением высокой точности определения стойкости материалов против образования горячих трещин. 1 табл.

Изобретение относится к машиностроению и судостроению, а также строительству. Определяют среднюю скорость расплавления электрода путем деления длины расплавившейся части к времени расплавления. Скорость расплавления определяют по формуле V=(2·Lэ/t)-Vo, где Lэ - длина расплавленной покрытой части электрода; t - время расплавления электрода, Vo - начальная расчетная скорость расплавления электрода. Начальную скорость расплавления покрытого электрода определяют расчетным путем по известной начальной скорости расплавления голой проволоки при автоматической сварке под слоем флюса. При этом используют приведенную плотность покрытого электрода, когда масса покрытия считается входящей в массу стержня. Начальную скорость расплавления покрытого электрода Vo определяют по формуле Vo=αро·J/ρэ, где J - плотность тока дуги, А/см2; ρэ - приведенная плотность стержня, с учетом массы покрытия, г/см3. Коэффициент расплавления голого электрода αpo в этом случае измеряется в г/(А·с). Здесь А - ток дуги в амперах, с - время в секундах. Способ позволяет по данным одного опыта по расплавлению электрода определить его скорость расплавления с высокой точностью. 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способу определения трещиностойкости наплавки роликов установки непрерывной разливки стали (УНРС) и может найти применение при изготовлении и восстановлении дуговой наплавкой роликов системы вторичного охлаждения УНРС. Наплавку исследуемого материала осуществляют в пазы образца-свидетеля, изготовленного из марки стали ролика УНРС. Затем периодически нагревают образец в печи до заданной температуры с последующим резким его охлаждением в водно-соляном растворе. Через каждые десять циклов «нагрев-охлаждение» образец подвергают контролю для выявления зародившихся трещин. Число циклов, приводящее к возникновению трещин, является количественным показателем стойкости наплавленного материала против трещинообразования. Способ позволяет оперативно оценить пригодность наплавочных материалов и режимов наплавки роликов УНРС. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к сварочному производству. Для снижения остаточных сварочных напряжений изготавливают серию образцов, формируют сварной шов, состоящий по длине, например, из двух частей с установленным между этими частями рабочим элементом, проводят отпуск при температуре, постоянной для всех образцов и в течение различного для всех образцов временного интервала. После отпуска к рабочему элементу прикладывают усилие, необходимое для удаления рабочего элемента из сварного соединения, измеряют прикладываемое усилие и на основании сравнения полученных зависимостей усилия от длительности временного интервала выполненного отпуска для каждого образца, выбирают оптимальный временной интервал отпуска. Согласно второму варианту изобретения в каждом образце формируют сварной шов по длине всего образца и в этом сварном шве выполняют отверстие в форме сечения рабочего элемента. Проводят отпуск при температуре, постоянной для всех образцов и в течение различного для всех образцов временного интервала. После отпуска в выполненное отверстие устанавливают рабочий элемент и прикладывают к нему усилие, необходимое для проталкивания рабочего элемента, измеряют прикладываемое усилие, сравнивают и выбирают оптимальный временной интервал отпуска. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2010-04-20 2013-03-20T22:51:37
Наверх