Способ термической обработки сварного соединения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii, 737482

Союз Советских

Социалистических

Республик (6l ) Дополмительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.01.77 (21) 2442067/22 02 (51)M. Кл,.

С 21 D 8/50

С 21 J 1/30 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР (23) Приоритет (53) УДК 621 013..7 (088.8) по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.05.80. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 04.06,80 (72) Авторы изобретеиия

И. A. Шульман, А. И, федосов и Л. И. Островский (73) Заявитель

Научно-производственное объединение по технологии маш иностроен ня UHH ИТМА Ш (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

СВАРНОГО СОЧИНЕНИЯ

Изобретение относится к области зональной термической обработки и касается способа термической обработки сварных соединений крупногабаритных сосудов с трубопроводами.

Известен способ термической обработ5 кн сварного соединения, по которому для снижения уровня остаточных напряжений в процессе выдержки и охлаждения поддерживают различную температуру в сварном соединении и в зоне концентраILHH напряжеиття за счет испоттьзования разIlllwpe алктмотермттчестснтс тт экзоч ермтт1рскттх смверф, гврдщнх пртт апредетте)дтьвт

qöMllóäðóðäll g э оппепелвттнэй qgopgg7llO 1, Исполыование известного способа для отпуска сварных швов соединения труб с полым сосудом приводит к тому, что возникающие термические напряжении в прилегающей к сварному соединению зоне сосуда достигают значительной величины.

Известен также способ локального отпуска сварных швов например цилиндри.

2 ческой оболочки, предусматривающий проведение локального отпуска в зависимости от температурного поля в зоне нагрева, определяемого по функциональной зависимости от координат точек в зоне сварного щв g2$

Осуществляя отпуск сварного соединения трубопровода с крупногабаритным сосудом по данному способу появляется возможность получать более качественные результаты за счет созданття определенного температурного поля в обрабатываемой зоне, Однатсо нрн етом происходит одновреметтттый нагрев до высокоф температуры пртщераещттк Il сварному еоедщтенттю у таррков сосуда, g в последнем по сечентпо стенки возникают значительные термические напряжения. Кроме того, остаточные напряжении в зоне сварного соединения также выше допустимых.

Известный способ локального отпуска не исключает в сварном соединении н зоне сосуда появления высоких остаточных

3 73748 напряжений, следовательно, не предотвращает от опасности появления трещин и не гарантирует эксплуатационную стойкость изделия в целом.

Целью изобретения является снижение уровня термических напряжений в зоне их концентрации и снятия напряжений в сварном соединении.

Для достижении поставленной цели при термической обработке (отпуске) одновре- ц менно с нагревом и выдержкой сварного соединения осуществляют подстуживание прилегающей к нему зоны концентрации напряжений, а на стадии охлаждения сварного соединения с момента перехода металла последнего в упругое состояние, т.е. нри температуре начала сушественнбго возрастания предела текучести, прекращают подстуживание зоны концентрации напряжений и осуществляют нагрев этой эоны до температуры сварного соединения, после чего проводят совместное охлаждение сварного. соединения и зоны концентрации напряжений.

Такой способ термической обработки 25 позволяет неблагоприятное влияние технологических временных напряжений свести до . минимума.

Сущность предлагаемого способа сводится к тому, что в ходе операции терми- 5р ческой обработки (нагрев, выдержка) осуществляют подстуживание прилегающего к зоне сварного шва участка концентрапии напряжений сосуда,и процесс охлажденпя зоны сварного соединения проводят с одновременным подогревом (начиная с температуры существенного возрастания предела текучести для этой стали) прилегающей зоны сосуда с противоположной стороны от поверхности охлаждения. 4р

Нагрев по сечению зоны несущего сосуда проводят со стороны патрубка до температуры, которая установилась в сварном соединении, после чего проводят одновременное совместное охлаждение всего уэ- 45 ла в соответствии с режимом отпуска.

На фиг. 1 и 2 представлены схемы осуществлении способа.

Предложенный способ опробован на сосуде давления (энергетическом реакторе), к коротким патрубкам кот орого приваривались трубопроиоды диаметром (внутренний) 850 мм (см. фиг. 1).

Зона сварного соединения нагревалась индукционным способом при помощи индуктора, намотанного на трубопровод и коническую поверхность патрубка. Зона

2 ф нагрева со швом закрывалась изнутри теплоизоляционными перегородками.

Охлаждение с внутренней стороны сосуда (зоМа Л) осуществлялось при помощи осевого вентилятора (участок пока38Н стрелками).

При нагреве эоны сварного соединения (зона Б) до температуры высокого отпус0 ка 620-660 С происходит одновременный прогрев прилегающего участка сосуда (зона A) до высокой температуры. Вследствие температурного воздействия в стенке сосуда возникают высокие термические напряжения, которые не исключают опасности появления очагов хрупкого ра зруш ен ия.

Для ослабления вредного влияния температуры одновременно проводят подстужииание участка сосуда (зоны входного отверстия в патрубок) направленным потоком воздуха от специального вентилятора.

Мощность потока и расход воздуха определяются иэ.расчета, чтобы в подстуживаемой зоне температура не поднималась выше 150-250 С, т.е. температура должна быть ниже рабочей для этой марки стали (300-350оС)Подстуживание зоны А проводится в течение нагрева и выдержки (при температуре отпуска) сварного соединения.

Отпуск сварного соединения илюстрируется на фиг. 2, где показано. тепловое состояние узла: график изменения температуры по времени в зоне сварного соединения (1 ) и в зоне сосуда на участке входа и патрубок (Т1 ). Как следует из графика подстуживание входа в патрубок со стороны сосуда прекращают на стадии охлаждения зоны сварного соединения 1 в момент, когда в сварном соединении температура, снижаясь, достигает значения, при котором начинает существенно возрастать предел текучести (для о котельных сталей 400-550 С), т.е. с момента начала перехода. металла в упругое состояние. В этот же момент на- чинается нагрев зоны A со стороны патрубка так, чтобы температура на этом участке достигла значения температуры в в зоне шва (Д ). После того как температуры в указанных зонах выравниваются, осуществляется одновременное совместное охлаждение в соответствии с режимом отпуска сварного соединения.

Проведенный замер остаточных напряжений показал, что при термической обработке по предложенному способу не возникают остаточные напряжения в

4S2 6 ратуры, установившейся в зоне сварного шва, затем осуществляют дальнейшее охлаждение узла в целом.

Только при осуществлении такого рода термической обработки подобных сварных узлов обеспечивается минимальный уровень остаточных напряжений и в конечном итоге повышается несущая способ-ность изделия в целом, 5 737 стенке сосуда на участке входа в патрубок, и снижается на 30-40% уровень остаточных напряжений в зоне шва по сравнению с известными способами термической обработки.

В процессе нагрева в результате возникновения реактивных сил по периметру отверстия сосуда образуются соответствующие пиковые напряжения в этой зоне, т.е. на участке перехода тол- 10 стостенной оболочки в патрубок, на некотором расстоянии в сторону от патру6ка. На стадии охлаждения зоны сварного соединения происходит разгрузка несущей оболочки по сечению отверстия. При 15 этом технологические напряжения (термические) уменьшаются или исчезают с устранением вызвавшей их причины. Однако в результате неравномерных линейных или объемных изменений нарушаются 2О условия равновесия и от внешнего воздействия (при нагреве напряженное состояние сохраняется после операции отпуска в виде остаточных напряжений).

Предлагаемый способ термической обработки предусматривает как устранение причины, вызвавшей переход технологических напряжений в остаточные, перераспределение этих технологических напряжений. Это происходит за счет того, 30 что подстуживание участков, которое проводится в процессе нагрева и выдержки, прекращают на стадии остывания зоны Б шва (при температуре существенного возрастания предела текучести) и SS переходят к нагреву участка А до темпеФормула изобретения

Способ термической обработки сварного соединения, включающий его нагрев, выдержку и охлаждение, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью снижения остаточных напряжений, одновременно с нагревом и выдержкой сварного соединения осуществляют подстуживание прилагающей к нему зоны концентрации напряжений, а на стадии охлаждения сварного соединения с момента перехода металла в упругое состояние прекращают подстуживание зоны концентрации напряжений и начинают нагрев этой эоны до температуры сварного соединения, после чего проводят. совместное охлаждение сварного соединения и зоны концентрации напряжений. . Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Англии N 923014, кл. 72 А, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР

N 346361, кл. С 21 0 1/39, 1972.

737482

Составитель А. Лапунов

Редактор Д. Павлова ТекредЛ. Тесаюк Корректор Ю. Макаренко

Заказ 2608/9 Тираж 608 Подписное НИИПИ Государственного комитета .СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-З5, Раушскай наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектнаи, 4