Способ стабилизации геометрических размеров сварных соединений

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ (;ВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 050578 (21) 2613334/22-02 (51) М3 С 21 О 9/50 с присоединением заявки йо Государственный комитет СССР оо делан изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В.М, Сагалевич, В.ф. Савельев, Ю.Л. Яровинский, Е.А. Румянцев и Ю.А. Янченко Московское ордена Ленина и ордена ТрудовогоКрасного Знамени высшее техническоеучилище им. Н.Э. Баумана(71) Заявител 54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯИзобретение 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 1 О 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 11.Известен способ стабилизацни струк- туры сварных соединений из сталей, при котором в качестве нагрузки на зону шва, находящуюся прад действием остаточных сжимающих напряжений, применяется нагрев, стабилизирующий структуру 21 . Для обеспечения локального нагрева только той зоны,в которой необходимо вызвать пластические деформации укорочения и стабилизировать структуру, в непосредственной близости от места введениятепловой энергии параллельно сварному шву по всей длине обрабатываемойзоны устанавливают охладителн.Нагрев зоны шва производят с помощьюспециального нагревательного устройства, представлякцего собой кварцевую трубку,. внутри которой находится спиральПри этом обеспечиваетснагрев зоны шва до 250 оС, контролируемой термопарами, приваренными через25 мм. Для стабилизации структурысварного шва требуется создать взоне мартенситной структуры напряжения сжатия, а в зоне аустенита - напряжения растяжения. При изготовлении точных приборов используютсяматериалы толщиной, не превышакцейв большинстве случаев 1 мм. В этомслучае мартенситная прослойка простирается от 0 до 0,9 мм, а ширинааустенитной прослойки составляетоколо 0,3 мм и простирается она отпрослойки мартенсита в направленииосновного металла.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 стабилизации 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, 25 ХГСА, ЗОХГС необходимый уровень растягивающих напряжений при 250 С с целью более полной стабилизации геометрических размеров во времени уоставляет (12- 15) + 0,5 кгс/мм в зависимости от химического состава стали. Например, для сварных соединений из стали 25 ХГСА этот уровень оптимальных растягивакщих напряжений составляет 12+0,5 кгс/мм, стали ЗОХГС 13,5 Й 0,5 кгс/мм стали 35 15 т 0,5 кгс/мм 2. увеличение оптимального уровня растягивающих напряжений до 25 Ъ не влияет на эффективность стабилизации как структуры,такф и геометрических размеров сварных соединений. Таким образом, уровень растягивающих напряжений для сварных соединений среднеуглеродистых и низколегированных сталей равный (12- 15) + 0,5 кгс/мм, является минимальным, обеспечивакщим стабилизацию геометрических размеров.еВ зависимости от конфигурации изделия и сварного соединения знакопеременное нагружение наиболее рационально может создаваться различными способами, например вибрацией,знакопеременным статическим нагружением, ультразвуком и др,Проводилась техническая обработкасварных узлов реальных конструкцийточных приборов иэ стали 35 по известнОму и предлагаемому способам.Известный способ реализован припараметрах: температура нагревазоны шва 250 цС, что обеспечивалосоздание сжимающих напряжений в области мартенситной структуры20 кгс/мм , а в зоне с аустенитнойструктурой - 10 кгс/мм , Время обработки составляло 15 мин.Предлагаемый способ осуществлял 15 ся при тех же параметрах режима,причем сварное соединение точногоприбора, представляющего собойтонкостенную цилиндрическую оболочку с вваренными днищами, дополниЩ тельно подвергали знакопеременномунагружению путем создания избыточного давления попеременно снаружи иизнутри оболочки в центральной еечасти сжатым воздухом, Регистрациянапряжений в зонах сварного соединения осуществлялась тензометрированием. Амплитудные значения напряженийот переменной нагрузки составляли:в области мартенсита ф 15 кгс/мм 2,в области аустенита ф 25 кгс/ммРПоследовательность операций приреализации предлагаемого способа следующая: установка на основной металлиэделия медных охлаждаемых проточнойводой накладок-охладителей, локальный нагрев зоны сварного соединениядо температуры 250 фС в соляной ваннепутем окунания кромки сварного соединения, знакопеременное нагружениесварноэ соединения напряжениями40 оптимального уровня при 250 фС,прекращение нагружения и снятие охладителя,Последовательность выполнения операций для остальных сварных соединений изделия аналогична.Критерием оценки размерной стабильности точных приборов являлось приращение линейных деформаций сварныхузлов с течением времени, При обработке по известному способу стабилизации структуры максимальное приращение линейного размера составляет10от начального уровня эа 30 суток вылеживания. При обработке реальных узлов сварных конструкций по55 предлагаемому способу максимальноеприращение линейного размера составило 0,510Ъ от первоначальной величины за тот же период вылеживания.Использование предлагаемого способа обеспечивает, по сравнению с известными способами, следукшие преимущества: повышение стабильностигеометрических размеров сварныхсоединений иэ сталей в 2 раза, болееполное снижение остаточных напряже775152 Формула изобретения Составитель Ю. ЯнченкоТехред И.Асталош Корректор В. Синицкая Редактор А. Соловьева Тираж 608 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4Заказ 7660/33 ний (в 1,3-1,6 раз), что повышаеткачество и надежность сварных конструкций ответственного назначения. Способ стабилизации геометрических размеров сварных соединений во времени, включающий локальный нагрев зоны сварного соединения и одновременное охлаждение основного металла, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью более полной стабилизации геометрических размеров,зону сварного соединения подвергаютвоздействию знакопеременной нагрузки с амплитудой найряженнй, превышающей.термические напряжения в зоне с аустенитной фазой на 12,515,5 кгс/мм. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 276123 С 21 0 1/00, 1968.2. Сагалевич В.М. Методы устранения сварочных деформаций и напряжений. М., "Машиностроение", 1974,с, 242-244.