Способ обработки сварных соединений конструкционных сталей

 

Союз Советскнн

Социалистические

Респубики

ОП ИС

ИЗОБР

К АВТОРСКОМУ

) 740845 (6I ) Дополнительное к (22) Заявлено31.10.7

l)NL. Кл.

С 21 Х) 9/50 с присоединением заявк

Гасударственный камнтет (23) Приоритет но делам нзобретеннй н етерытнй

Опубликовано 15.

Дата опубликова

3) УДК 621.78..08 (088.8) А. В. Кулемин, С. 3. Некрасова, Р. И. Энтин и О. B. Абрамов (72) Авторы изобретения

Иентральный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский институт черной металлургии им. И. П. Бардина (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

КО НС ТРУ КИИО ННЫХ С ТА ЛЕ Й

Изобретение относится к металлургии, в частности к термообработке сварного соединения путем регулирования скорооти охлаждения.

Известны способы обработки сварных соединений, сущность которых эаключает5 ся в термической обработке сварного шва с целью снижения уровня внутренних (остаточных) напряжений или в предварительном (перед плавлением) подогреве с це1О лью уменьшения скорости охлаждения и предотвращения образования твердого и малопластичного мартенсита и сварном шве. 111 Недостатком указанных способов обра15 ботки сварных соединений является то, что их осуществление на практике слож но, поскольку связано со многими операциями, режим которых нужно регулировать (нагревы, охлаждение).

Известен также способ обработки сварных соединений, по которому для предупреждения образования холодных трещин участок околошовной эоны в процессе охлаждения подвергают воздействию ультразвуковых колебаний в интервале температур на 100-150 С выше температуры о начала мартенситного превращения и до комнатной температуры (?)

Недостатком атого способа является малая эффективность снижения склонности стали к хрупкому разрушению материала и образованию холодных трещин в свар. ном соединении, так как способ предусматривает воздействие ультразвуком в процессе мартенситного превращейття, которое является причиной возникновения трещин (озвучивание происходит и процессе охлаждения от температуры Мн+ (100о

150 С) и до комнатной температуры, а мартенситная точка Мп для конструкционньтх степей 250300 С).

Цель изобретения - снижение склонности стали к хрупкому psspyureHH10 и образованию холодных трещин в сварном соединении.

Цель достигается тем, что ультразвуковое воздействие осуществляют с тем740845

55 пературы затвердевания шва до температуры A+ +50 С с амплитудой ультразву. ковой деформации 1 10 -3 10

Указанная операция сдвигает начало распада переохлажденного аустенита во времени, что вызывает при непрерывном или ступенчатом охлаждении существенное ускорение перлитного п бейнитного превращений в интервале температур соответсто, о венно 700-600 С и 520-450 С. Содержание углерода в альфа-фазе перлита

0,02-0,04%, в альфа-фазе бейнита конструкционных сталей до 0,1О/о, а в мартенсите этих сталей 0,3-0,4%. Поэтому объемные изменения при превращении аустенита в перлит и бейнит и соответственно величина внутренних остаточных напряжений значительно ниже, чем при превращении аустенита в мартенсит. Например, для стали с 0,3% углерода величина максимальных остаточных напряжений при об2 разовании мартенсита 80 кгlмм, при получении перлитной структуры 5-

10 кг/мм, а бейнитной 20 кгlмм, На чертеже показан график влияния ультразвука на кинетику превращения аустенита, где 1 — кривая охлаждения для зоны сварного шва; 2-3 - температурные области перлитного и бейнитного превращений при обработке по известному способу; 4-5 — температурные области перлитного и бейннтного превращений по предлагаемому способу 6 — температура начала мартенситного превращения.

В образцы из стали ЗОХГСН2А (С О, 3 /о, С3. 1%; 51 1%; Мп 1%, Й11, 9%) после окончания процесса сварки плавлением с момента затвердевания шва вводят ультразвуковую энергию от составного магнитострикционного преобразователя электрической мощностью 2 кВт, возбуждаемого от ультразвукового генератора.

Ультразвуковые колебания непосредственно в обрабатываемую зону шва передают с помощью титанового инструмента (волновода) на резонансной частоте 19,6 кГц.

Устанавливают амплитуду колебательных с мешений g „1 1 2 мкА, что соответствует амплитуде ультразвуковой деформации

Е 2,8 10 Амплитуды ультразвуко-4 -4 вой деформации 1 10 -3 ° 10 являются пороговыми, ниже которых ультразву.ковое воздействие не приводит к изменениям структуры стали и кинетики фазовых превращений и, следовательно, к улучшению качества сварного шва. Увеличение амплитуды ультразвукового воздействи я сверх укаэанных значений может привести к усталостному разрушению металла.

Ультразвуковую обработку зоны сварного шва ведут в течение 120 с. Затем сталь охлаждают на воздухе до комнатной температуры. После этого проводят контроль твердости и количества перлита в зоне сварного шва, обработанного по предлагаемому способу. В;,результате такой ультразвуковой обработки получают твердость НРС 40; количество перлитной составляющей 60%. Из этого следует, что реакция образования феррито-перлитной смеси или бейнита значительно ускоряется (B зависимости От конкретного состава стали и следовательно диаграммы изотермического превращения аустеннта). Для сравнения испытывают образец той же стали по известному способу. Получают твердость НРС 52; структура — мартенсит. Таким образом, воздействие ультразвука на стабильный аустенит приводит к резкому снижению твердости, в связи с чем полностью предотвращается образование холодных трешин в зоне сварного

UJBa.

Описываемый способ обработки позволяет при изготовлении сварных конструкций значительно уменьшить склонность стали к хрупкому разрушению и образов нию холодных трещин в сварном соединении за счет получения в зоне сварки немартенситных продуктов превращений аустенита-перлита и бейнита. При этом понижаются уровень возникающих напряжений, значение предела текучести. При относительно более высоких температурных интервалах этих превращений в большей мере возможна релаксация напряжений.

Способ обеспечивает также использование при изготовлении качественных сварных конструкций сталей как легированных, так и углеродистых с согержанием углерода до 0,3-0,4%. Уровень ультразвуковой энергии снижается за счет введения ее при высоких температурах для получения эффективной обработки сварного шва. формула изобретения

Способ обработки сварных соединений конструкционных сталей, включающий воздействие ультразвуком в процессе охлаждения сварного шва, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью снижения склонности к хрупкому разрушению и образованию холодных трещин, ультразвуковое воздействие осушествляют с температуры затвердевания сварного шва до температуры Ас.,+,":О С

5 740845 с амплитудой ультразвуковой деформации

1.10-4-3 . 10-1.

1 фею, rrua

Составитель А. Саке@

Редактор Н. Корченко Техред Н. Ковалева Корректор С. Шекмар

Заказ 3159/32 Тираж 608 Подйисное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретении H открытий

113035, Москва, Ж-35,. Раушскаи наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информ адин, принятые во внимание при экспертизе

1. Самохопкий А. И, Технология термической обработки металлов. Машгнз, 1962, с. 260-263.

2. Авторское свидетельство СССР

И 245827, кл. С 21 D 9/50, 1968.