Способ термообработки сварных соединений полос и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХсо.1 иАлистическихРЕСПУБЛИК 154481 51)5 С 21 Р 1/10 1 СА БРЕТЕНИ ВТОР ательинсти оения равномерносувеличениядействия.На фиг. Иботкнийполь ермообрасоединея ние относстности арнь может быть истке полос непоси их стыковой лос и обраб аль зован ройство пр полосах,рез А-А на а соединенУ редственно за машинамсварки,Пель изобретениячества термообработк улучшение капутем повьппения ра ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТо изоБРетениям и откРытиямРИ ГКНТ СССР 1(21) 4271670/23-02(54) СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ СВАРНЫХСОЕДИНЕНИЙ ПОЛОС И УСТРОЙСТВО ДЛЯЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к термообработке, в частности, сварных соединений стальных полос и может бытьиспользовано при обработке полос непосредственно за машинами их стыковойсварки. Цель изобретения - улучшениекачества термообработки путем повышения равномерности нагрева соединенияи увеличения коэффициента полезного действия. Способ включает двусторонний нагрев сварного. соединения путем пропускания переменного тока во взаимно противоположных направлениях по индуктирующим проводам, Каждый иэ проводов располагают с зазором относительно соответственно верхней и иижней поверхностей сваренных полос. Сначала устанавливают одинаковые зазоры между индуктирующими проводами и соответствующей им поверхностью полос и осуществляют нагрев до точки Кюри, после чего один иэ зазоров увеличивают в 3-6 раз. Устройство для термообработки содержит станину с вертикальными направляющими, в которой д установлен ползун с приводом его перемещения. На станине и ползуне оппозитно друг другу закреплены. две пары зажимных планок. В ползуне с помощью дополнительных вертикальных направляющих штанг установлена траверса с приводом ее перемещения. На траверсе и станине закреплены магнитопро.воды, в пазы которых уложены индуктирующие провода, соединенные с источником переменного тока и образующие индуктор. 2 с,п. ф-лы, 7 ил, 1 табл.3 еев нагрева соединения иэффициента полезного ображено предлагаемое зажатых в нем сваренбщий вид; на фиг.2 - фиг.1 (в положении наг я до температуры, близ544817 оставитель Г, Максименкоехред М,Дидык Корректор С, Черни едактор ираж 52 Подписно е ент", г. Ужгород, ул мбицат П арина, 10 Производственно-издательский Заказ 471ВНИИПИ Госу венного комитет 113035, Москва,по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССкой к точке Кюри); на Фиг,3 - то же,В положении нагрева соединения до тем -пературы, превышающей точку Кюри иалочку Ана фиг,4 - схема индуктис 5руемых в сваренных полосах токов пригпродольном магнитном поле; на Фиг.Схема индуктируемых в сваренных поЛосах токов при поперечном магнитномвиоле; на фиг.6 - зависимость предельой температуры нагрева от соотношеия зазоров; на фиг.7 - зависимость1 терепада температуры по краям и всредней части соединения и КПД нагреЬа от соотношения зазоров. 15При осуществлении предложенногоспособа над и под сварным швом полосрасполагают индуктирующие проводаЙ подсоединяют их к источнику токаатак , чтобы направление тока в нихбыло противоположное. Сначала устаавливают одинаковые зазоры междуПроводами и соответствующей им поверх-"ностью полос и осуществляют нагревавва до точки Кюри. Затем устанавлива - 25ют указанные зазоры разными и осуществляют нагрев выше точки Кюри,При опытной проверке предложенного способа брани сварные соединенияполос толщиной 4 мм и шириной 1550 ммиз стали 65 Г.В первой серии опытов с самого начала устанавливали различные зазорымежду проводниками индуктора и соответствующей поверхностью сваренныхполос А и, В результате установ 1 г ф9лено что с увеяичением соотношенияЬ /повышается предельная температура нагрева (фиг,6), При этом с ростом температуры существенно возраста 40ет неравномерность нагрева вдоль соединения, Так, если при нагреве до750 С разность температур по краям и.в средней части соединения составляетвсего 15 С, то при нагреве до 950 Снеравномерность нагрева достигает150 С (кривая Т 1 на Ьиг,7). Зтоприводит к снижению качества термообработки соединения в целом, Именнопоэтому при назначении такого видатермообработки задают допускаемое 50отклонение температуры нагрева неболее 30 С,Кроме того, при таких условиях проведения процесса с ростом темперлту - ры нагрева резко падает КПД индукционного нагрева, Так, при нагреве дО 950 с и.необходимости установкиосоотношения упомянутых зазорон Ь,4 = 6 0 КПД индукционного нагревасоставляет всего лишь 25%,Во второй серии опытов в соответствии с предложенным способом проводили процесс нагрева в две стадии: сначала при одинаковых зазорах(нагрев до 720 С), а затем при соотношении зазоров К,; Кг= 6,0, При нагореве до 950 С неравномерность нагреова составляет 30 С (кривая ЕТнафиг.7), а КПД - 70% (кривая г),Достаточно высокая равномерность нагрева по длине соединения при предложенном способе связана с тем, чтона первой стадии (при одинаковых зазорах, т,е, при нагреве в продольноммагнитном поле) разность температуровдоль соединения не превосходит 5 С,и хотя на второй стадии (при разныхзазорах) неравномерность нагрева возрастает, однако, так как на этой стадии осуществляется лишь подогрев от720 до 950 С, то в целом неравномерность нагрева оказывается удовлетворительной для этого вида термообработки, Если нагрев начинают сразу приразных зазорах ( Ь,: Ь = 6,0), т.е,в продольно-поперечном магнитном поле, то разность конечной и начальнойтемператур нагрева в продольно-поперечном поле несопоставимо больше,чем при нагреве в две стадии, следствием чего и является высокая неравномерность температуры по длине соединения,Более высокий КПД при использовании предложенного способа связан стем, что первую стадию нагрева (до720 С) осуществляют при одинаковыхзазорах, когда потери энергии минимальны. И хотя на второй стадии приувеличении одного из зазоров в нес"колько раэ (от 3 до 6) КПД начинаетзначительно падать, однако так какэта стадия непродолжительна и на нейосуществляется подогрев от 720 до950 С КПД процесса нагрева в целомсказывается существенно вьппе, чемпри нагреве соединения при тех жезазорах, но с самого начала, т.е. водну стадию,П р и м е р, У сварных соединенийполос сечением 4 х 1550 мм из стали65 Г на первой стадии размещали индуктирующие провода с обеих сторон соединения на расстоянии от поверхностиполос Ь, = Е,2 = 15 мм. Через проводаво взаимно противоположных направлеТемпература нагрева (предельная) т, с Соотношение Результатзазоров й,:й,Известный способ водну ста- дию Предпоаенныйспособ в две стадии ьт,кпд бТ, С КПД 90 88 85 80 70 60 10 5 90 5 2,0 15 80 8 З,О 30 65 10 4,5 70 40 15 6,0 ,150 25 30 7,0 260 20 60 720 750 790 870 950 1000 Предлагаемое устройство содержит станину, выполненную из нижней 1 и верхней 2 поперечин, скрепленных четырьмя вертикальными направляющими й. На направляющих й установлен ползун 4, связанный с приводом его перемещения в виде двух цилиндров 5, корпуса которых закреплены на верхней поперечине 2 станины. В ползуне 4 запрессованы вкладыши 6, сопрягаемые с направляющими 3, На станинена нижней ее поперечине 1) и на ползуне 4 оппозитно друг другу закреплены. две пары зажимных планок 7, предназначенных для удержания сваренных полос по обе стороны от соединения в ниях пропускали переменный ток, При таком положении проводов соединение нагревали до 720 С. Затем один из проводов перемещали на расстояние 30 мм от поверхности полос и соединение нагревали до 750 С. Неравномерность нагрева по длине, сварного швао на первой стадии составляла 5 С, а на второй - 8 С КПД нагрева составлял 88 Х. При установке на старой стадии нагрева. зазора между одним проводом и соответствующей поверхностью полос105 мм (зазор Ь,7 = 15 мм) КПД снижается до 60 Х, а неравномерность нагрева по длине шва увеличивается до 60 С. Предельная температура наго рева достигает при этом 1000 С. Данные по результатам нагрева при различном расстоянии от одного из проводов до поверхности полос .на второй стадии нагрева приведены в таблице, из которых следует, что достаточно высокая равномерность нагрева сварного соединения ( Ь,Т ( 30 С) обеспечивается при соотношении расстояний , и Ь на второй стадии нагрева до ,/ = 6, КПД при этом не ниже 70%..процессе термообработки, В ползуне 4выполнены дополнительные вертикальныенаправляющие втулки 8, с возможностью 5перемещения в которых установлена траверса 9, дополнительные направляющиештанги 1 О которой проходят через втулки 8. На траверсе 9 жестко закрепленшихтованный магнитопровод 11, изолированный от нее прокладкой 12 из не-,электропроводяого материала, напримерстеклотекстолита, Второй шихтованныймагнитопровод 13 жестко закреплен нанижней поперечине 1 станины и изолирован от нее прокладкой 14 из неэлектропроводного материала.Для обеспечения регулирования расстояния между магнитопроводом 13 инижней поверхностью сваренных полос(что соответствует верхней поверхности зажимных планок 7, закрепленныхна нижней поперечине 1 станины) предусмотрена проставка 15, В лазу каждого из шихтованных магнитопроводов 25 11 и 13 уложен индуктирующий провод.16 и 17 соответственно. Одни концыиндуктирующих проводов 16 и 17 соединены между собой посредством гибкого электрического провода 18, а дру . гие их концы соединены с источникомпеременного тока (не показан),.Индуктирующие провода 16 и 17 выполненыпрямоугольного сечения и полыми исоединены с источником охлаждающейжидкости (не показан). Траверса 9связана с приводом ее перемещенияз.установленным на ползуне 4, Приводперемещения траверсы включает в себядвигатель 19, два червячных редуктора 20 и 2 и два винта 22 и 23, Чер 40вячные валы 24 и 25 редукторов соединены с концами двигателя 19, а вчервячных колесах 26 и 27 выполнена резьба, с которой сопрягаются винтыд 5 22 и 23, Траверса 9 соединена с винтами 22 и 23 через цилиндрическиешарниры 28 и 29. В системе управле.ния двигателем 19 привода перемеще"ния траверсы предусмотрено несколькопрограмм (не показано), каждая из которых соответствует тому.или иномувиду термообработки,Предлагаемое устройство используют следующим образом.В исходном положении (не показано)ползун 4 с помощью привода его переФмещения (цилиндров 5) поднят в крайнее верхнее положение для обеспечения свободного прохождения сваренныхполос в зазоре между зажимными планками 7, закрепленными на нижней поперечине 1 и ползуне 4. Сваренныеполосы 30 подают в устройство и оста 5Навливают в таком положении, пи котором сварное соединение (шов) 31будет асположено на поцольной осиИндуктирующих проводов 16 и 17, Включением цилиндров 5 ползун 4 опускаюткрайнее нижнее положение, и две паы зажимных планок 7 зажимают сваренные полосы 30 по обе стороны от сварного соединения (шва) 31.Пи необходимости проведения высокого отпуска (низкого отжига), прикотором сварное соединение нужно нагреть до температуры порядка 700 С,т.е. несколько ниже .точки Кюри, включением двигателя 19 на отработкусоответствующей программы перемещаюттраверсу 9 в такое положение, пи котором зазор К,между индуктиующимпроводом 16, уложенным в закрепленном на траверсе 9 магнитопроводе 11, 25и верхней поверхностью сваренных полос 30 (или сварного соединения 31)будет равен зазору Ь между индуктиующим проводом 17, уложенным в закепленном на нижней поперечине 1 станины магнитоповоде 13, и нижней поверхностью сваренных полос 30 (илисварного соединения 31),Пи,проведении конкретного режиматемообаботки сварного соединенияполос сечением 4 ч 1550 мм из стали65 Г, сваеннных контактной стыковойтвакой оплавлением, упомянутые зазоы Е иустанавливали авными по15 мм,40Затем включают источник переменного тоКа (не показан). Пи этом переменный ток протекает по индуктиующим проводам 16 и 17 в противоположных направлениях, и результирующиймагнитный поток направлен вдоль сваенных полос перпендикулярно сварному соединению (стыку) по всей его длине, а индуктиованный в сваренныхполосах ток х замыкается по пеимету их поперечного сечения, т,е, вплоскостях, параллельныхплоскостисварного соединения (как цоказанона фиг,4). В этом случае имеет местонагрев в продольном магнитном поле,особенностью которого, как известно,является равномерный нагрев полос дотемпературы, близкой к точке магнитных превращений (720 С),Пи проведении конкретного режимана указанных сварных соединениях сиспользованием источников переменного тока со следующими электрическимипараметрами: частота тока Г = 8 кГц,напряжение генератора Иг = 750 В,ток генератора Т г = 300 А, емкостьконденсаторной батареи С = 120 мкф,ток в контуре Т; = 2500 А и мощностьнагрева Рг = 80 кВА, время нагревасоединения до 720 С составляло 1 О с,Пи этом разность температур по ширине полос (длине сварного соединения)не превосходила 5 С,ФПосле достижения температуры нагре-,ва зоны стыка в 720 С источник пересменного тока оставляют включенным ещев течение 20-40 с, однако так какстальная полоса при этой температурестановится "прозрачной" для частотмашинных генераторов, дальнейшее повьшение температуры сварного соединения не происходит. В этот периодпроисходит изотемическая выдержка,Затем источник переменного тока выключают. Охлаждение соединения осуществляется навоздухе в течение 5-25 с, Темообаботка (нижний отжиг)закончилась, После этого включаютцилиндры 5 привода перемещения ползуна 4, и последний совместно с закепленным на нем приводом перемещениятавесы и с самой тавесой 9 поднимается по основным вертикальным напавляющим 3 станины в крайнее верхнее положение, Закрепленные на ползуне 4 зажимные планки 7 освобождаютсваренные полосы 30 для продвиженияих в соответствии с последукщей технологией. После установки следующегосварного соединения 31 по оси индуктиующих проводов 16 и 17 устройствовновь готово к проведению темообаботки.Пи необходимости проведения номализационного отжига, пи которомсварное соединение нужно нагреть дотемпературы, превышающей точку Асна 50-100 ОС, т.е, существенно вышеточки Кюри, поступают следующим образом,Включают привод перемещения ползуна 4 (цилинды 5), и ползун 4 опускается в крайнее положение. Пи этомсварные полосы 30 оказываются зажатыми между двумя парами зажимных планок 7 по обе стороны от сварного сое 1544817 10динения, После этого включают соответствующую этому виду термообработки программу в системе управления(не показана) двигателем 19 приводаперемещения траверсы 9, при которой5процесс нагрева сварного соединения31 (зоны стыка) будет осуществляться в две стадии, На первой стадиитраверсу 9 опускают в такое положение, при котором зазор Д, между индуктирующим проводом 16 и верхнейповерхностью сварного соединения 31окажется равным зазору Д между ин 1дуктирующим проводом 17 и нижней поверхностью сварного соединения 31Затем включают источник переменноготока.(не показан), При таком положении, как и при приведенном вьппе режиме, имеет место нагрев в продольном магнитном прле.При достижении температуры нагревасварного соединения 31, близкой к точке Кюри, двигатель 19 привода перемещения траверсы 9 отрабатывает вторую 25стадию заложенной в систему управления программы, и траверса 9 поднимается по выполненным в ползуне 4З"дополнительным вертикальным направляющим Я в такое положение, прй котором 30зазор Д,между закрепленным на нейиндуктирующим проводом 16 и верхнейповерхностью сварного .соединения 31становится в 3-6 раз (в зависимостиот параметров сваренных полос и частоты подводимого к индуктору тока) боль"ше первоначального и, следовательно,больше зазора Д между индуктирующимпроводом 17 и нижней поверхностью сварного соединения 31, Индуктор остается 40по прежнему подключенным к источнику переменного тоха. Начинается вторая стадия нагрева, характеризующаяся тем, что наряду с имевшим до этоГо место продольным магнитным полем возникает также и поперечное магнитное поле как результат того, что часть магнитного потока, создаваемого бли-, жайшим к сварному соединению индуктирующим проводом 17, из-эа относительной удаленности индуктирующего провода 16 становится направленной перпендикулярно поверхности сваренных полос 30 и параллельно сварному соединению (стыку) по всей его длине и замыкается, пронизывая полосы по обе стороны55Рот сварного соединения 31, а индуктированный этой частью магнитного потока токзамыкается в сваренных полосах в плоскостях, перпендикулярных плоскости сварного соединения, по обе стороны от него (как показано на Фиг,5)Зто и позволяет предварительно нагретому на первой стадии сварному соединению сообщить дополнительную температуру и довести ее до 850-900 С. При этом благодаря тому,что на первой стадии нагрев осуществчялся при по" ложении индуктирующих приводов 16 и 17, обеспечивающих продольное магнитное поле, результатом которого является довольно высокая равномерность нагрева по длине сварного соединения (неравномерность нагрева до температуры, близкой к 720 С, не превосходит 5 С), дополнительный подогрев соединения 31 до 850-900 С при положении индуктирующих проводов 16 и 17, обеспечивающих продольно-поперечное магнитное поле, несмотря на то, что нагреву чисто поперечным магнитным полем присуща относительно вы" сокая неравномерность (до 200-250 С по длине соединения), в целом дает относительно хорошую равномерность температуры (разность температуры поО длине соединения не превосходит 30 С).) При указанных сварных . соединениях и источнике переменного тока продолжительность второй стадии нагрева составляет 5-бс. Затем следует выдержка в течение 3-10 с, после чего при включенном источнике переменного тока двигатель 19,отрабатывая соответствующую программу системы управления, передает движение через червячные валы 24 и 25, червячные колеса 26 и 27 и винты 22 и 23 траверсе 9, и она опускается в первоначальное положение; при котором зазор Ь.между индуктирующим проводом 16 и верхней поверхностью соединения 31 становится равным зазору Дмежду индуктирующим проводом 17 и нижней поверхностью соединения 31. В этом положе. нии происходит изотермическая выдержка в течение примерно 20 с, Затем источник переменного тока выключают и происходит охлаждение сварного соединения на воздухе в течение 5-25 с.Проведенный режим термообработки - нормализация с последующим высоким отпуском (изотермический отжиг) позволяет исправить деФектное крупнозернистое строение металла сварного соединения и добиться практическики сварных соединений полос и непрерывным агрегатом (травильным агрегатом или прокатным станом),Устройство обладает высоким КПДпри нагреве, так как обе стадии нагрева осуществляются без транспортировки сваренных полос из одного устройства для термообработки в другое, и потому связанных с транспортировкойтепловых потерь не происходит. Не происходит коробления полос в зоне сварного соединения, так как сваренныеполосы удерживаются зажимными планками по обе стороны от сварного соединения (причем вблизи его) в течениевсего процесса термообработки (т,е,в продолжении любой стадии нагрева,выдержки и охлаждения или повторныхциклов термообработки при "маятниковом отжиге"),Таким образом, выполнение устройства в соответствии с изобретением позволяет расширить его технологические5 возможности, создавая условия для проведения большого количества различныхвидов,термообработки,1, Способ термообработки сварных соединений полос, включающий двусторонний нагрев сварного соединения путемпропускания переменного тока во взаим 35но противоположных направлениях поиндуктирующим проводам, каждый изкоторых располагают с зазором относительно соответственно верхней и нижней поверхностей сваренных полос, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью улучшения качества термообработки путем повышения равномерности нагрева соединения и увеличения КПД, наг-,рев до точки Кюри производятпри одинаковых зазорах между индуктирующимипроводами и соответствующей им поверхностью полос, а затем один иззазоров увеличивают в 3-6 раз,2, Устройство для термообработкисварных соединений полос, содержащее50станину с вертикальнымй направляющими, установленный на них йолзун с приводом его перемещения, две пары зажимных планок, закрепленных оппозитно одна относительно другой соответ 55ственно на станине и ползуне, а так -же индуктор, соединенный с источником переменного тока и состоящий издвух индктирующих пооводов, каюыи однородности свойства металла свар - ного соединения и основного металла полос, После этого включают цилиндры 5 привода перемещения попзуна, Ползун 4 вместе с закрепленными на нем эажимными планками 7 и вместе с траверсой 9, несущей на себе шихтованный магнитопровод 11 и индуктирующий провод 16, поднимается в исходное пололение, Сварные полосы 30 можно трансцортировать через устройство и передавать к месу дальнейшей- их перепаботки.При необходимости предложенное устройство позволяет проводить цикзический или так называемый "маятниковый" отжиг, который может быть сущестнлен многократным чередованим подъема и опускания траверсы 9 фоответственно в положение, при кото ом зазор 1, будет в З-б раз больше .азора К, и в положение, при кото 1 ом зазор 1, будет равен зазору 1 рему будет соответствовать нагрев соодинения до 850-900 С и выдержка приотемпературе порядка 700 С.Такой вид термообработки позволяет ,дробиться полной фазовой перекристал - лизации и устранения крупнозернисто Го строения металла в зоне сварного соединения с признаками .видманштетоВой стр.ктуры и других дефектных структур которые другими видами терообработки устранить невозможно или затруднительно,При этом следует дополнительно отметить то преимущество предложенного устройства, что оно позволяет проводить различные виды термообработки (разлиЧные стадии нагрева, выдержки и охлаждения сварного соединения полос) при неизменном положении этого соединения в одном устройстве (в его зажимных планках), Это приводи.- к повьшению производительности процес - са за счет исключения необходимости передачи сваренных полос. из одного нагревательного устройства в другое и связанных с этими передачами потерь рабочего времени, что особенно актуально при термообработке сварных соединений полос непосредственнс в .пинии высокопроизводительных нег рерь вных агрегатов, перерабатывающи:. по лосовой прокат, так как с длительностью термообработки связан необходимый запас петли голосового про;а - та между устройством длп термообработ Формула из обретенияиз которых уложен в паз магнитопровода, причем один из них соединен с ползуном, а другой - со станиной, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества термообра 5 ботки путем повышения равномерности нагрева соединения и увеличения КПД,оно снабжено дополнительными вертикальными направляющими штангами и тра"версой с приводом перемещения, приэтом дополнительные направляющиештанги закреплены на траверсе и размещены в ползуне, а магнитопровод ползуна закреплен на траверсе,