Способ изготовления сварных конструкций

(51)4 С 21 1) УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЗОБРЕТЕНДЕТЕЛЬСТВ У ПИС КОМУ К(21) 3 (22) 2 (46) 1 (71) М им. И. (72) А В,В.Ан ева, М (53) 6 л. В Бй нефти и газа тит сковскиГубкина Н.Хакимо онов Ое С.Скудиц 1.785.79 Е.А.ДемСтекловй и Б.П88.8) Р.А,Воробь.Файн ВАРНЫХ тносится к области частности к способам изготовления сварных корпусов из низколегированных сталей сосудов высокого давления для газовой и нефтехимической промышленности. Цель изоб- l(57) Изобретение омашиностроения, в ретения - обеспечение эксплуатационной надежности, оцениваемой по показателю равнопрочности. Проводят вальцовку обечаек, сварку продольногостыка. Обечайки нагревают, калибруют, проводят нагрев под закалку, охлаждение после закалки ведут со скоростью И = (0,05-0,11) М С/с, гдеИР -скорость охлаждения, обеспечивающаяполучение 1007 мартенситной структуры. После закалки производят сваркукольцевого стыка с регулированиемтермического цикла, затем проводятотпуск, При испытаниях на разрывсварные соединения, изготовленные поописываемому способу, разрушаются поосновному металлу, что свидетельствует о равнопрочности сварных соединений, 3 табл.Изобретение относится к машиностроению, в частности к изготовлениюсварных корпусов из низколегированных сталей сосудов высокого давлениядля газовой и нефтехимической промышленности, и является усовершенствованием авт.св. Ф б 98314,Цель изобретения - обеспечениеэксплуатационной надежности,Эксплуатационную надежность оценивают по показателю равнопрочности, оцениваемому в процентном отношении к нормативному уровню твердости(прочности).Предлагаемый способ осуществляютследующим образом.Из горячекатаного листового металла вальцуют обечайки и производятсварку продольного стыка. В связи стем, что в последующем обечайка будет термически обработана, можно применять высокопроизводительные способы сварки (например, электрошлаковуюавтоматическую на повышенных погонных энергиях), не опасаясь, чтоэто вызовет ухудшение свойств сварного соединения. Для проведенияследующей по технологическому процессу операции калибровки обечайку нагревают, причем температура нагревазависит от конкретной марки стали иее толщины и выбирается по известнымрекомендациям. После калибровки металл имеет еце достаточно высокуютемпературу, что позволяет сэкономить энергозатраты при выполненииследующей операции - закалки. НаГрев под закалку может производитьсялибо в методических печах, либо сиспользованием генератора токов высокой или промышленной частот, либос использованием источников газовыхтеплоносителей с последующим охлаждением с заданной скоростью за счетприменения сжатого воздуха, водовоздушной смеси, воды, масла и др.При этом скорость охлаждения должнаобеспечить получение оптимальногоупрочнения и структурного составастали и выбирается по .зависимостиЫ = (0,05-0,11) Ы С/с, где Искорость охлаждения, обеспечивающаяполучение 1007. мартенситной структуры, Сварку кольцевого стыка после закалки производят с регулированием термического цикла, напримерза счет сопутствующего водовоздушного охлаждения для уменьщения воздеиствия сварочного тепла на структуру закаленного металла в зоне термического влияния.Последней операцией технологичес кого процесса является отпуск готовой конструкции, который снижаетсварочные напряжения до регламентируемых значений и обеспечивает необходимый уровень свойств сварной аппаратуры по показателям прочности,пластичности и сопротивлению хрупко-му разрушению.В табл, и 2 на примере сталей16 ГФР и 10 Г 2 ФТ приведены результаты влияния режима закалки на структурный состав и твердость исходногометалла и изменения твердости (прочности) металла участка разупрочненияэоны термического влияния УР ЗТВ(участок неполной перекристаллизации), полученного после имитационного сварочного нагрева исходного металла в различном структурном состояВ графе 10 табл. приведены значения относительной твердости, ха-,.рактеризующие отсутствие ( ) 0,95)или наличие (с 0,95) разупрочнения.Участок разупрочнения зоны термичес,кого влияния при сварке имитировалинагревом образцов сталей током высокой частоты по термическому циклу,характерному для этого участка приавтоматической и электрошлаковой 35 сварке.Кз данных табл, и 2 следует, чтостабильность качества свойств и эксплуатационной надежности сварной конструкции по показателю равнопрочности обеспечиваются, если закалку про. -изводить со скоростью, определяемойпо зависимости И = (О 05 - 0 11) 1, С/с,45где- скорость охлаждения, обеспечивающая получение 1003мартенситной структуры,определяемая расчетнымметодом,Предлагаемый способ был реализованприменительно к стали марки 1 ОГ 2 ФТ впромышленных условиях.Результаты реализации представлены в табл.З.Из данных табл.З следует, чтосталь 10 Г 2 ФТ, прошедшая закалку практически на 1002 мартенсит (твердостьстали при этом составила порядка9 4тель КСУдля сопоставимых участков сварной конструкции (металла шва и околошовного) находится практически на одном уровне, причем выше норма 2тивного и равного 30 Дж/см . Данный показатель основного металла составляет 82,1 Дж/см для предлагаемого2способа, что выше, чем для прототипа (59,2 Дж/см ).1 Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает эксплуатационную надежность сварных конструкций. ФФормула изобретения Способ изготовления сварных конструкций,по авт.св. Ф 69834, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения эксплуатационной надежности, закалку обечаек перед сваркой ведут со скоростью охлажце- ния У = (0,05 - 0,11) 1, С/с,где И - скорость охлаждения обесР3печивающая получение 1002мартенситной структуры. ТаблицаХарактеристика исходного состояния металла.Марка стали и ее нормативнаятвердостьПун э Параметры сварки Характеристика металла в участкеразупрочнения (после сварки) Макси- мальная Характеристикатермоцикла Скоростьохлаждения в интервале600-500 Сград/с Охладитель и скорость охлаждения при закалке,град/с Температуры закалки и Структурный соТвердостьпосле закалкиМПа температура нагрева по термоо, циклу, С став посТвердостьНУ МПа)после отОтносительнаятвервысокого отпуска, с ле закалки, вес.Х пуска дость после отпуска Х 4350 830 100 Х М 16 ГФР 21008 Е МаС 1+вода 21 ГС80-85 3700 860 15 700 0,89 Вода 20 С32-37 60 ХМ +40 ХВ ЭЭОО 860 15 1850 0,96 3 128989 375 ед. НЧ ), разупрочняется в результате ЭНС до 207 кгс/мм противг 234 ед НУ для случая стали, термообработанной на твердость порядка 280 кгс/мм . Последующий отпуск сваро ной конструкции при 600-650 С (по прототипу) приводит к дальнейшему снижению твердости, при этом для предлагаемого способа в участке разупрочнения зон термического влияния 10 твердость НУ 8 выше на 22 ед.Испытания на разрыв сварных соединений показали, что в случае предлагаемого способа разрушение происходит по основному металлу, что свиде тельствует о равнопрочности. В случае закалки элементов корпуса (обечао ек) со скоростями менее 20 С/с и более 45 С/с разрушение сварных соединений при растяжении происходит по 20 ЗТВ. Для прототипа разрушение проис-. ходит по ЗТВ, причем уровень прочности составил порядка 594 МПа, что ниже нормативного.Зональные испытания на ударныйоизгиб, выполненные при -60 С, которая является нижней границей применения стали, показали, что показа1289899 Продолжение табл,1 Характеристика исходного состояния металлаРПараметры сварки Характеристика металла а участкераэупрочнения (пос.ле сварки) Иаксимальная Характеристикатермоцикла Структурный состав посТвердость после эатемпература нагрева по термоа, циклу, С Относи- тельная ТвердостьЬЧ (МПа)после отпуска калки,Мйа ле эакалкн, вес.2 твердость после отпуска, 2 Вода 50 С ЭОХМ +20-25 70 ХБ 2850860 15 860 15 Иинераль ООХБ 2400ное масло15-17 П р и и е ч а н и е, М - мартенсит; Б - бейннт,Рассчитаны по эмпирическим формулам,7 Таблица 2 Марка стали Рассчетная ско Режим закалки Твердостьстали после Отношениеоптимальной ростьзакачкиБрС/с закалки,Нч , МПа скорости Температура назакалки крассчетной грева под закалку, С 280 920+ -101,5-2,0 мин/мм 16 ГФР 13-30 2600-3150 0,046-0,107 10 Г 2 фТ 400 940 + 1 О1,5-2,0 мин/мм 20-45 2500-3350 0,05-0,113 720 930+ 1 О1,5-2,0 мин/мм 09 Г 2 С 35-80 2750-3450 0,049-0,111 Маркастали иее нормативнаятвердостьНЧкТемпературы эакалки и высокого отпуска, С Охладитель и скорость охлаждения при эакалкеград/с Оптимальный диапазон скоростей охлажденир в интервале 800-500 С, С/с Скоростьохлаждения в интервале600-500 Сград/с-эо 3Ударная вязкость КС 13 В В 49/см Угол загиба Скеорость охла 2 кдения прн закалке, С/с Временное соНесто УР ЗТВ кгс/мха ТверТемпература отпускапосле Способ Раэру щения достьосновсварного соегротивление Околощов- Шовный участок ЗТВ Основнойметалл ного линення град.-45 Основной металл 212 600-650 170 ЬОЗ ЗТВ 80 и р и м е ч а н н е, Режимы сварки ( 1, и, ъ и .и У , а/4 50 ВВДж/м )В парал етры водовоздушногоохлэнхдения были идентиччы для сопоставляемых вариантов.фУсредненные данные по результатам испытании трех образцов типа ХПВГОСТ 6996-66 1В числителе приведены минимальные н максимальные значения, а в знаменателеусредненные значения при испытания 3-5 образцов типа 1 В,ГОСТ 9454-78).ФВУРЗТВ - участок раэупрочнеиия зоны термического влияния Составитель И.Липгарт Редактор Н.Киштулинец Техред ВеКадар Корректор В.БутягаЗаказ 7872/26 Тираж 572 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1130359 Иосквал ЖРаушская наб д. 4/5