Способ изготовления сварных соединений из высокопрочного чугуна

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 19) 1) А 1) С 21 Г 9/5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(46) 15,12.90. Всл. Ь" 46 варке изделуна. 1 ель опрочного чу - улучшениенеция путеми механичесединения и оси из высо обретения ного соед чества сва беспечения днороднос варного с ла. Спосо ких с вои 1, с.1 е о цецием овцого мет юча ет ер, Г.Л В.В.Ха ы Р, 1.мулц зоц цсварке, тке новного металла. ного соединеци1 табл. ыть ис -ковой Из етеше стцосцтс 5 к област а ецио к тергиеско 1 обр варн и можецтактцой с вар цых с ое спользовацо ой св;рке цгс чугуна, ью цзобретс. цени ри ко быть зделий из высоко -стько пропп,я ется улуч сосдццеция НГЯ 5 Ц. арцого.;сше качества с .утегдостижешя ости мех цо ических свацств снарцо нени а. основного гета Из обр ете е ос ествляется слеуюшим образом.Перед контактВЫС ОСО я 1 р сд ой сваркойчугуна ый подоои стыкпрочцог варител изделии изпроизвсдцтс К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1) Лил"цкий политехнический ицстиВ.В.Гс.т обс 1 лец,Л.Л, Ка 621. 785 Гел гьз свлрьц у ус 973, "(54) ,СГ 10 СОВ ИЭГОТОВЛВИЯ СВЛ С 1 1 Г 1111 ИЗ ВИСОКОГГРООГО (57) Изс 5 бретс ше относится к а . ццо .:. тсрмической обраб с 1 рцых соедцец 5 й, и может .О. гСВаО ЦР; 1 антаКтЦОй Ст предварительньп подогрев торцов иэделий до 700-800 С, нагрев свариваеоых изделий в процессе сварки, охлаж децие сварного соединения после свар ки ца воздухе до 800-820 С, выдержкуо охлаждение со скоростью 10-20 С/мин до 600 С и окончательное охлаждениеоца воздухе. Способ позволяет повысить в 3-3,5 раза пластичность и в 3 раза ударную вязкость шва и околошовцой зоны, что обеспечивает однородность механических свойств сваргрев торцов свариваемых изделий до700-800 С за счет злектроконтактногооефф егрева. В процессе сварки происходит нагрев изделий в зоне стыка дораславлеция. Сразу после окончания Ж сварки температура сварного соедине- СЙ нця 950-1050 С. Экспериментально установлено, что скорость охлаждения в интервале температур 1000-800 С несмотря на предварительнь подогрев6 вС/с в зависимости от толщины иэделий. При таах скоростях охлажде- .ния в структуре шва и околошовной зоны происходит образование цементита. За промежуток времени, в течение которого происходит ох 1613.99лаждение изделий с температуры 9501050 С до 800 - 820 С, который в за висимости от толщины составит 15-35 с,сварное соединение помещают в цагревающее устройство, предварител ьцонагретое до 800-820 С, что на 40 о60 С выше точки ЛсПри этой температуре производитсявдеркка изделий в течение времениопределяемого по формуле;Од 22 + Од 367 С,результате вьдержки происходит. спа цеыецтита, обра зова вшегося всвекр нОедицении в процессе охлажОдения после сварки до 800-820 С.Время вьдержки прямо пропорцио 1 л ьцо колич ест ву Образовавшегося це"втита, которое зависит от скорости :;:деция сварного соединения и эк -чецта углерода в свариваемых изНях, С увеличением скорости ох"атдения при уменьшении толщины изделий количество цементита увеличив ся и соответственно увеличивает -ся время вьдержки, необходимое дляго распада. С увеличением эквивалета углерода количество образовавшегося цемецтита уменьшается и требуется иецьее время вьдержки.Пксперимецтально установлено, что0 2-0 36при времени выдержки - д-ъ - д минь Спроисходит полный распад образовавяегося цемецтита, при уменьшении0 22времени вьдержки менее -М. мин вьС,структуре шва имеются отдельныевключения цементита, что снижаетпластичность и ударную вязкостьсварного соедицения, увеличение вре 036мени вдержки более А мин нецеьс,лесообразно, так как не улучшает качества сварного соединения и увеличивает время термообработки .Уменьшение температуры вьдержкиониже 800 С снижает скорость графитизации и приводит к увеличению времени выдержки, что влечет за собойс ниже ни е цр ои з водит ел ь ности с пос оба .Увеличение температуры выдержки вышео820 С нецелесообразно, так как незначительно сокращает время вьдержки, цо приводит к замедленному охлаждению с более высоких температур,что снижает производительность способа.Рхажпец сварного соелнения сз мотур, 800-820 С едс тся соосрост,л 10 - 20 С/миц;о 600 С,дальо оцойшс. Ох таж ене :р 1 одят ца воздухо ЗаОдленное охлаждеци со скорос -отью 10-20 Г/миц приводит к получению ерртцо 1 или Феррито - перлитной осцогц чугуна в шве и ОкологОвцой зоне, В результате этого поышается 45 пластичность и ударная вя кость швац Окою РОВО зонин чзР ри водит клостижс цию сдцородцости механическихС ВОСТР С парного СОЕДНСНИЯ у ОСНОВного металла.Увечепце скорости охаждения выэ,о,ше 20 С/ац це позвояет получить однородности мехациче ких свойств сварного соединения и основного металла,так как структура шва и околошовнойзоны имеет церлитную основу и значение ппастичцости и уларой вязкостиниже, чем у Основного металла.УмецьшеНце скорости охлаждениясоединения циже 10 С/мин нецелесообОразно, так как не приводит к улучцецию механических свойств сварныхсоединений, а увеличивает время термообработки, снижая производительность способа.Замедленное охлаждение ведется доо600 С, пальце йшее охлаждение ведетсяца озпухе. Сцижеие температуры, докоторой ведется замедленное охлажде 35 оцце, иже 600 С нецелесообразно, таккак никаких структурных измененийике этой температуры не происходитц ца механические свойства сварногосоедицеця це влияет, а приводит кувеличению времени вьдержки и снижению производительности способа. Приувеличешш температуры вьице 600 Сувеличивается количество обра зующегося церлита в сварном соединении,что снижает пластичность и ударнуювязкость сварного соединения и непозволяет получить однородности механических свойств сварного соединения и основного металла.50П р и м е р ы. По предлагаемомуспособу проз:Одили термическую обработку труб из высокопрочного чугуна при х сварке на стыкосварочноймашице 1-340-2,Сваривае."ые трубы имели наружныйдиаметр 118 мл и толщину стенки 8 мм.Матера: трубы - высокопрочный чугунследующего химческого состава по1613499 10 5 2,2 - 3 6Э 55 углероду, кр емнито и фосфору: С - 3,57; 81 = 3,07,; Р = 0,187. Свариваемые трубы характеризовались следующими механическими свойствами: предел прочности бб = 670-700 ГтПа, относительное удлицетпте тт = 7-9%, ударная вязкость а н = 160-200 кДж/м 2, твердость НВ = 2100-2300 ИПа. Структура металлической основы Ферритцоперлитная.После установки свариваемых отрезков труб в стыкосварочцую машину производили предварительный подогрев доо750 С за счет электрокоцтактцого на - грева, после чего производили стыковую сварку оплавлением. После сварки получеттьое сварное соединение охлаж - далось тса воздухе до 810 С за 22 с. За это время сварное соединение поо мещалось в заранее нагретый до 810 С муфельный нагреватель сопротивления типа ПТО. В муфельном нагревателеварттое соедитт: цие вьдерживали в телчеткие времени ь = 8 лтитт, которое определили по Формуле: тде ц - толщина стенки трубы, м; С - эквивалент углерода, 7 С = С 7, + 1/3(817 + Р 7) После вьдержки сварное соедиттение охлаждалось со скоростью 15 С/миц. Скорость охлаждения регулировалась в лтуфельттом нагре зателе сопротивления путем включения и отключения тока. Замедленное охлаждение производилось до 600 С дальнейшее охлажодение проводилось на воздухе.Вариа цты реализации с и ос оба в интервалее заявленных и запредельных значений температуры, до которой производится охлаждение соедицеъия на воздухе, времени выдержки, скорости замедленного охлаждения и температуры окончания замедленного охлажденияприведены в таблице.Как видно из представпеттттьтх данных, оптимальными значениями, при которых можно изменять температуру вьдержки, время вьдержки при этой телтпературе, скорости замедлеттного охлаждения и температуру окончания замедленного охлаждения, являются соответственно 800-820 С, 6 - 10 мин, 10-20 оС/лтиц и 600 С (вариацты 1-3, 6, 7, 10, 11, 16, 17). В этом случае повтпяается пластичность и ударная вязкость шва и околошовной зоны и достигается однородность механических свойств сварного соединения и основного металла при высокой производительности способа.В случае отклонения значений температуры выдержки, времени вьдержки, скорости замедленного охлаждения и температуры окончания замедленного охлаждения от оптимальных величин либо не удается добиться поставлен - цой цели либо происходит резкое снижеттие производительности использоватптя предлагаемого способа (варианты 4, 5, 8, 9, 13-15, 18, 19).Способ по прототипу (вариант 20), прц котором це предусматривается ступенчатый режим охлаждения сварного соединения, приводит к увеличению твердости, снижению пластичности и ударной вязкости материала шва и околошовной зоны. 25Сравнение результатов использова.ция способов термической обработки изделий иэ высокопрочного чугуна по известттому и предлагаемому термичес ким циклам показало следующее: применение способа позволяет в 3-3,5 раза повысить пластичность и в 3 раза ударную вязкость сварного соединения, чем достигается однородность механических свойств сварного соедипения и основного металла,Формула и зобр ет ения Способ изготовления сварных сое( динеций из высокопрочного чугуна,включающий подогрев до 700-800 С, сварку и охлаждение на воздухе до цеховой температуры, о т л и ч а ю - .щ и й с я тем, что, с целью улучше ния качества сварного соединения путем обеспечения однородности механических свойств шва и основного металла,в процессе охлаждения при температуре Ас 1 + (4060)ОС осуществляют изотермическую вьдержку, а затем охлаждают до 600 С со скор остью 10-20 град/ми н, при этом вр елмя вьдержки ь мин, определяют из соотношения: л Од 22 - 036Ус где тт - толщина свариваемого изделия, м,С = С". + 1/3(Н 1", + Рт) лвремя вмлеракнюн скоростьохлаале -Т., температураконцанияяамелненного охт теее- Т,7 температура ратура пояогре-вьщеракпфСфс Н ВМПа а н кДа пп и ни я С я иСоставитель Т.БердышевскаяРедактор О.Спесивых Техред И,Дидык Корректор И.Эрдейи Зака 3 3867 Тираж 511 Подпис ное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035 Москва Ж - 35, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,Ужгород ул. Гагарина,10 1 750 г 75 о 3 750 4 750 5 750 Ь 750 7 750 8 750 9 750 10 750 11 750 12 750 3 75 О 14 750 15 750 16 700 17 800 18 650 19 850 20 750 800 во 820 780 840 810 810 во 810 810 810 810 810 810во 810 8 О 810 8 О 8 В 8 в 8 6 1 О 4 12 В в 8 в 8 в в 8 В 8 15 15 15 15 15 15 15 15 15 1 О 20 8 г 5 15 15 15 15 15 15 600 600 600 600 600 600 6 ОО 600 600 600 600 600 650 550 600 600 600 600 682 7 9 164 676 8,0 172 671 8, 1 174 688 6.8 148 667 81 138 684 7ф 160 670 8, 1 168 692 4 6 122 662 8 2 156 670 81 169 685 7,6 162 663 8 2 158 690 5, 1 130 689 5,8 142 668 8)1 163 680 7,6 160 6 72 8,0 171 687 6,9 152 670 8 1 174 699 2 3 67 2260 2180 2140 2420 2 ОВО 23 го 2120 2560 гозо 2120 гзоо 2070 2480 2460 гоо 2300 2190 2410 2140 2820