Способ стабилизации геометрических размеров сварных соединений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ (;ВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к ввт. саид-ву (22) Заявлено 050578 (21) 2613334/22-02 (51) М

С 21 D 9/50 с присоединением заявки Но

Государственный комитет

СССР оо делан изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30 1080. Бюллетень М 40

Дата опубликования описания 30.10.80 (53) УДК 621. 785. . 79 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.М. Сагалевич, В. Ф. Савельев, lO.Ë. Яровинский, Е.A. Румянцев и Ю.А. Янченко

Московское ордена Ленина и ордена Трудового

Красного Знамени высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ

РАЗМЕРОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯ

Изобретение относится к области производства сварных конструкций из сталей, в частности точных приборов, и может быть использовано в процессе их изготовления для стабилизации форм и геометрических.размеров во . времени при эксплуатации.

В современном машиностроении при изготовлении ответственных сварных конструкций широко используются стали, сварные соединения которых имеют высокие уровни остаточных напряжений и нестабильную структуру.

Известные способы термической и тервюциклической обработки не позволяют в достаточной степени стабилизировать геометрические размеры сварных соединений с течением времени, беэ ухудшения эксплуатационных свОйств точных приборов в связи с недопустимостью нагрева до высоких температур P$ .

Известен способ стабилизацни струк- туры сварных соединений из сталей, при котором в качестве нагрузки на зону шва, находящуюся гй>д действием остаточных сжимающих напряжений, применяется нагрев, стабилизирующий структуру (2) . Для обеспечения локального нагрева только той зоны, в которой необходимо вызвать пластические деформации укорочения и стабилизировать структуру, в непосредственной близости от места введения тепловой энергии параллельно сварному шву по всей длине обрабатываемой зоны устанавливают охладителн.Нагрев зоны шва производят с помощью специального нагревательного устройства, представляющего собой кварцевую трубку, внутри которой находится спираль. При этом обеспечивается нагрев зоны шва до 250 С, контролируемой термопарами, приваренными через

25 мм. Для стабилизации структуры сварного шва требуется создать в зоне мартенситной структуры напряжения сжатия, а в зоне аустенита — напряжения растяжения. При изготовлении точных приборов используются материалы толщиной, не превышакшей в большинстве случаев 1 мм. В этом случае мартенситная прослойка простирается от 0 до 0,9 мм, а ширина аустенитной прослойки составляет около 0,3 мм и простирается она от прослойки мартенсита в направлении основного металла.

775152

Известный способ стабилизации структуры сварных соединений из сталей не позволяет существенно повысить стабильность геометрических размеров сварных соединений во времени, так как вызывает. в процессе обработки напряжения сжатия как в зоне мартенсита, так и аустенита,,поскольку практически невозможно обеспечить требуемый градиент термических напряжений с изменением их знака в довольно узкой зоне обработки. При реализации известного способа происходит стабилизация мартенсита без стабилизации. аустенитной структуры, что не позволяет стабилизировать структуру сварного соединения в полном объеме и, следовательно, обеспечить неизменяемость их геометрических размеров во времени .

Цель изобретения разработка эффективного и экономичного способа обработки сварных соединений, направленного на повышение стабильности их геометрических размеров с течением времени.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе стабилизадии геометрических размеров сварных соединений, включающем температурное воздействие на зону шва, которое вызывает появление сжимающих напряжений, на зону сварного соединения накладывают поле переменных напряжений от внешней нагрузки, причем амплитуда знакопеременных напряжений должна превышать сжимакшие термические напряжения в зоне с аустенитной фазой на 12,5-15,5 кгс/мм.

Для полного распада остаточного аустенита в сварных соединениях из сталей 35, 25ХГСА, ЗОХГС необходимый уровень растягивающих напряжений при 250 С с целью более полной стабилизации геометрических размеров во времени составляет (1215) + 0,5 кгс/мм в зависимости от химического состава стали. Например, для сварных соединений из стали

25ХГСА этот уровень оптимальных растягивакщих напряжений составляет

12+0,5 кгс/мм, стали ЗОХГС

13,5 2 0,5 кгс/мм стали 35

15 т 0,5 кгс/мм2. увеличение оптимального уровня растягивающих напряжений до 25% не влияет на эффективность стабилизации как структуры,так е и геометрических размеров сварных соединений. Таким образом, уровень растягивающих напряжений для сварных соединений среднеуглеродистых и низколегированных сталей равный (1215) + О, 5 кгс/мм, является минимальным, обеспечивакщим стабилизацию геометрических размеров. е

В зависимости от конфигурации изделия и сварного соединения знакопеременное нагружение наиболее рационально может создаваться различными способами, например вибрацией, знакопеременным статическим нагруже нием, ультразвуком и др.

Проводилась техническая обработка сварных узлов реальных конструкций точных приборов иэ стали 35 по известнОму и предлагаемому способам.

Известный способ реализован при параметрах: температура нагрева зоны шва 250 С, что обеспечивало создание сжимающих напряжений в области мартенситной структуры

20 кгс/мм, а в зоне с аустенитной структурой — 10 кгс/мм . Время об 1 работки составляло 15 мин.

Предлагаемый способ осуществлял15 ся при тех же параметрах режима, причем сварное соединение точного прибора, представляющего собой тонкостенную цилиндрическую оболочку с вваренными днищами, дополниЩ тельно подвергали знакопеременному нагружению путем создания избыточного давления попеременно снаружи и изнутри оболочки в центральной ее части сжатым воздухом. Регистрация напряжений в зонах сварного соединения осуществлялась тензометрированием. Амплитудные значения напряжений от переменной нагрузки составляли: в области мартенсита + 15 кгс/мм2, в области аустенита 25 кгс/ммР

Последовательность операций при реализации предлагаемого способа следующая: установка на основной металл иэделия медных охлаждаемых проточной водой накладок-охладителей, локальный нагрев зоны сварного соединения до температуры 250 С в соляной ванне путем окунания кромки сварного соединения, знакопеременное нагружение сварно э соединения напряжениями

4р оптимального уровня при 250 С, прекращение нагружения и снятие охладителя.

Последовательность выполнения операций для остальных сварных соединений изделия аналогична.

Критерием оценки размерной стабильности точных приборов являлось приращение линейных деформаций сварных узлов с течением времени . При обра. ботке по известному способу стабилизации структуры максимальное приращение линейного размера составляет

10 % от начального уровня эа 30 суток вылеживания. При обработке реальных узлов сварных конструкций по

M предлагаемому способу максимальное приращение линейного размера составило 0,5 ° 10 % от первоначальной величины за тот же период вылеживания.

Использование предлагаемого способа обеспечивает, по сравнению с известными способами, следукшие преимущества: повышение стабильности геометрических размеров сварных соединений иэ сталей в 2 раза, более полное снижение остаточных напряже775152

Формула изобретения

Составитель l0. Янченко

Техред И. Асталош Корректор В. Синицкая

Редактор A. Соловьева

Тираж 608 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Заказ 7660/33 ний (в 1,3-1,6 раз), что повышает качество и надежность сварных конструкций ответственного назначения.

Способ стабилизации геометрических размеров сварных соединений во времени, включакщий локальный нагрев зоны сварного соединения и одновременное охлаждение основного металла, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью более полной стабилиз ации геометрических размеров, зону сварного соединения подвергают воздействию знакопеременной нагрузки с амплитудой наПряженнй, превышакщей.термические напряжения в зоне с аустенитной фазой на 12,515,5 кгс/мм .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 276123 С 21 0 1/00, 1968.

2. Сагалевич В.М. Методы устранения сварочных деформаций и напряжений. М., "Машиностроение", 1974, с. 242-244.