Способ изготовления сварных соеди-нений из сталей

ОП ИСАНИЕизоБРетения 8 О 6 З 24К АВТОУСКМУ Сви ЕТВЛЬСТВУ Союз Советскнд Соцналнстнческнк Республнк(23) Приоритет -В 23 К 28/00//С 21 Р 9/50 Государствеииыя комитет СССР ио дмвм изобретеиий и открытияИзобретение относится к сварке,вчастности к способам изготовлениясварных соединений из сталей, и может найти применение при изготовлении толстостенных крупногабаритныхизделий из углеродистых и легированных сталей в химическом машиностроении и других отраслях промьыленности,Известны способы сварки плавлением с предварительным и сопутствующим подогревом1) и 2),В сварном соединении имеют местозначительные внутренние напряжения,которые часто вызывают в процессесварки или после нее появление оча гов разрушения - трещин, С цельюснижения уровня остаточных напряжений сразу после сварки проводят различную термообработку изделия в зависимосги от его размеров, толщины,химического состава материала, а) также высокотемпературный отпуск,нормализацию плюс отпуск, закалкуплюс нормализацию плюс отпуск идругие,Однако известные способы сварки,особенно в применении к толстостенным сосудам, не обеспечивают достаточно высокой ударной вязкости металла в зоне термического влиянияи металла шва не исключают воэможности возникновения внутренних напряжений, превышающих предел прочности металла и, следовательно, непоедотвращают опасности появлениятрещин, Кроме того, последующаятермообработка всего изделия, требу.10кщая загрузки термических печей сопряжена с преодолением значительныхтехнических трудностей и требуетбольших энерго- и трудозатрат из-забольших габаритов иэделий.Известен также способ сваркй,"перед выполнением которого производят предварительный подогрев и промежуточный отпуск в процессе сварки 3),Однако многократный отпуск наплавЮ ленного металла неблагоприятен дляструктуры металла, как в зоне шва,так и в зоне термического влияния.Кроме того, многократный отпуск непосредственно в процессе сварки усложняет этот процесс и увеличиваеттрудозатраты.Наиболее близким к предлагаемомуизобретению по технической сущностии достигаемому результату являетсяЗО способ изготовления сварных соедине.ний из сталей включающий предварительную термическую обработку свариваемых кромок, сварку и термическую обработку полученного сварногосоединения 4).Этот способ позволяет улучшить5качество сварного соединения путемнезначительного измельчения микроэерна и снижения уровня остаточныхнапряжений.Однако этот способ сварки для ряда сталей, например ферритного класса, не обеспечивает снижения уровняостаточных напряжений, а, следовательно, и не исключает вероятностиобразования трещин, Кроме того, этотспособ не оказывает влияния на перераспределение неметаллических включений, которые, располагаясь по границам зерен, резко снижают пластические свойства металла,Цель изобретения - повышение качества сварных соединений путем обеспечения минимального уровня остаточных сварочных напряжений и снижениясклонности к трещинообразованию.Для достижения этой цели предварительную термическую обработкуосуществляют путем циклического нагрева и охлаждения свариваемых кроомок в диапазоне температур от 500 Сдо температуры на 50-100 ОС выше темпе-З 0ратуры начала аустенитного превращения, затем охлаждают кромки до температуры окружающего воздуха, а после сварки осуществляют термическуюобработку всего сварного соединенияпо томуже термическому циклу, что ипредварительную термическую обработку кромок.С целью улучшения структуры и механических свойств сварных соединений перлитных сталей, циклический нагрев и охлаждение. осуществляют со-скоростью 50-100 С в минуту и колиочерство циклов выбирают от 1 до 8.Выбор допуска на абсолютную величину температуры альфа-гамма превра:щения стали в диапазоне 50-100 Собусловлен тем, что минимальный перегрев вьюе температуры альфа-гаммапревращения, равный 50 С не обеспечивает соответствующих скоростей 50превращения. А выше верхнего пределаэтого допуска перегревать нецелесообразно из-за роста зерен аустенита,что ведет к снижению свойств металла. ВЕличина скорости нагрева иоблачения необходима для обеспечения соответствующих скоростей превращения и допустимых температурныхнапряжений.Температура 500 ОС, до которой охлаждается металл при термоциклирова- фнии, определяется тем, что ниже неесо структурой стали уже непроисходит существенных изменений, дальнейшее охлаждение энергетически невыгодно. При охлаждении до температуры выше 500 С не происходит необходимых изменений в материале.На чертеже представлен график термического цикла.Технология способа заключается в следующем.Свариваеьые кромки в зоне разделки под сварку изделия подвергают циклической термообработке с нагревом со .скоростью 50-100 С в мин до температуры, выше температуры альфа-гамма превращения на 50-100 С и охлаждением с такой же скоростью до 500- 550 С в количестве 1-8 циклов. Затем производят сварку изделия,сразу после которой термоциклирование сварного соединения повторяют в указанном режиме.П р и м е р , Проводят сварку применительно к электрошлаковой сварке сталей 10 ГН 2 МФА, толщиной 50 мм и 22 К, толщиной 150 мм. Время предварительной и последующей термообработки по предлагаемому способу сварки составляет и для стали 10 ГН 2 МФА, н для стали 22 К 2-2,5 ч тогда как по известному способу сварки на предварительный подогрев и последующую термообработку для стали 22 К (нормализация плюс отпуск) и для стали 10 ГН 2 МФА (закалка плюс нормализация плюс отпуск) составляет соответственно 45-50 ч.Размер зерна в зоне термического влияния по предлагаемому способу сварки соответствует баллу 8, а размер зерна в зоне термического влияния по известному способу-баллу 4. Кроме того, по границам зерен существенно уменьшается количество неметаллических включений, и, как следст- вие, ударная вязкость металла шва и зоны термического влияния увеличивается в 2- 3 раза, что свидетельствует о высокой трещиноустойчивости металла. Эти технические эффекты являются результатом многократного и быстрого перехода стали через температуру аустенитного превращения.В таблице йредставлены результаты механических испытаний сварных соединений по предлагаемому и известному способам после электрошлаковой сварки стали 22 К.Расход энергии при использовании предлагаемого способа по сравнению с известным уменьшается в 4-б раз, Использование предлагаемого способа при сварке толстостенных, крупногабаритных изделий из углеродистых и низколегированных сталей перлитного класса повышенной прочности позволяет нетолько повысить качество сварных соединений, но и во много раэ снизить энерго- и трудозатраты на предварительную и последующую термообработку сварных соединений.-20 1,2 П р и м е ч а н и е . Образцы на растяжение на базе 30 мм по ГОСТ 1497-73. Формула изобретения 1. Способ изготовления сварных соединений из сталей, включающий предварительную термическую обработку свариваемых кромок, сварку и термическую обработку полученного сварного соединения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем обеспечения минимального уровня остаточных сварных напряжений и снижения склонности к трещинообразованию, предварительную термическую обработку осуществляют путем циклического нагрева и охлаждения свариваемых кромок в диапазоне температур от 500 ОС до температуры на 50-100 О С выше температуры начала аустенитного превращения, затем охлаждают кромки до температуры окружающего воздуха, а после сварки осуществляют термическую обработку всего сварного соединения по тому же термическому циклу, что и предварительнуютермическую обработку кромок.4 О 2. Способ по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с .целью улучшения структуры и механическихсвойств сварных соединений перлитных сталей, циклический нагрев и охлаждение осуществляют со скоростью4 50-100 ОС в минуту, а количествоциклов выбирают от 1 до 8.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Винокуров В.Д. Сварочные де 50 формации и напряжения. М., 1968.2, Основные положения по сварке., ОП . 1513-72,3, Авторское свидетельство СССР8 534503, кл. В 23 К 9/00,05,04.74.5 4, Авторское свидетельство СССРМ 302195, кл, В 23 К 9/00,31.10.67,Я-:ЮО 4 с Составитель В,Томбулатовктор Н.Егорова Техред Н. Бабурка . Корректор Решетн 24/20 Тираж 1159ВНИИПИ Государственного комитепо делам изобретений и отк113035, Москва, Ж, Раушская н ака фил 4 е фз Подписноета СССРрытийаб д.4/5 П Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4