СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 1999 года по МПК C21D9/50 

Изобретение относится к термической обработке сварных соединений и может быть использовано при изготовлении сварных фасонных изделий из трубных заготовок из чугуна с шаровидным графитом.

В книге Б.Г. Иванова и др. Сварка и резка чугуна. М. "Машиностроение", 1977 г., стр. 129 описан режим термообработки после заварки дефектов чугунной отливки для обеспечения обрабатываемости сварного соединения и снятия внутренних напряжений. Отливку нагревают до температуры 750 - 820^oC, выдерживают при этой температуре в течение времени из расчета 1 час на каждые 30 - 40 мм толщины отливки, но не менее 2 часов, после чего охлаждают вместе с печью до температуры 200 - 250^oC и далее на воздухе. Такая обработка не применима для сварных фасонных изделий из трубных заготовок из чугуна с шаровидным графитом, т.к. не обеспечивает пластичность и эксплуатационную стойкость сварного соединения.

В способе изготовления сварных соединений из высокопрочного чугуна, защищенного авт. св. СССР N 1613499, кл. 5 C 21 D 9/50, 1990, Бюл. N 46, термообработка осуществляется следующим образом: после сварки сварное соединение охлаждают на воздухе до температуры 800 - 820^oC, при этой температуре выдерживают в течение времени

где δ - толщина стенки трубы, м;
C_э - эквивалент углерода,%,
после изотермической выдержки охлаждают со скоростью 10 - 20^oC/мин до температуры 600^oC и далее охлаждают на воздухе до цеховой температуры. Такая обработка повышает пластичность и ударную вязкость сварного шва и околошовной зоны, но имеет существенный недостаток, т.к. не обеспечивает эксплуатационную стойкость сварного соединения, полученного электродуговой сваркой.

Наиболее близким к заявляемому способу термической обработки сварных соединений выбран способ, описанный в авт. св. СССР N 1687635, кл. C 21 D 9/5, 9/08, 1991, Бюл. N 40. По этому способу для обеспечения равнопрочности металла шва с основным металлом, повышения точности размеров и производительности термического оборудования зону сварного соединения после сварки охлаждают до температуры A_r1 - 350 - 500^oC, затем ускоренно нагревают от этой температуры до температуры, лежащей в пределах A_C1- A_C3, и от этой температуры охлаждают до температуры 200 - 100^oC со скоростью, обеспечивающей образование 20 - 25% мартенсито-бейнитной смеси, после чего проводят пластическую деформацию сварного шва на 3 - 5%. Время обработки по этому способу без учета времени охлаждения на воздухе и пластической деформации сварного шва составляет 60 секунд.

Описанный способ не обеспечивает требуемых механических свойств сварного соединения труб из чугуна с шаровидным графитом, так как в околошовной зоне после термообработки сохраняется ледебуритная прослойка.

Цель изобретения - обеспечение пластичности и эксплуатационной стойкости сварных соединений изделий из чугуна с шаровидным графитом, полученных электродуговой сваркой.

Указанная цель достигается тем, то в способе термической обработки сварных соединений, включающем нагрев до температуры выше A_c1, охлаждение от этой температуры с заданной скоростью охлаждения до температуры ниже A_r1 - 50^oC и дальнейшее охлаждение на воздухе, сварное соединение нагревают до фиксированной температуры T_н ^oC в диапазоне 850 - 1000^oC, осуществляют изотермическую выдержку при этой температуре в течение времени, определяемого из условия

где T_н - температура нагрева ^oC,
τ - время изотермической выдержки, мин,
после изотермической выдержки сварное соединение охлаждают до температуры 600 - 650^oC со скоростью, не превышающей

где v_max - максимальная допустимая скорость охлаждения от температуры T_н ^oC до 600 - 650^oC.

Авторам не известен источник информации, в котором был бы способ термической обработки, включающий отличительные признаки заявленного, поэтому, по их мнению, заявленное техническое решение соответствует критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень".

Реализация заявленного способа термической обработки сварных соединений поясняется на следующих примерах.

Пример 1. Несколько сварных тройников из трубных заготовок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом Ду100 сварены электродуговой сваркой. По окончании сварки и после охлаждения на воздухе сварные тройники из чугуна с шаровидным графитом поместили в печь с температурой 500 - 600^oC и далее нагревали до 900^oC со скоростью 1,5^oC/мин и при температуре 900^oC выдержали 16 мин. Затем охладили со скоростью 12 - 13^oC/мин до температуры 600^oC и далее вынули изделия из печи и охладили на воздухе до цеховой температуры. В результате термообработки получены следующие механические свойства сварного соединения: предел прочности при растяжении σ_b= 390-420 МПа,, угол загиба α = 23-26^°.
Пример 2. В полевых условиях сварены встык две трубы Ду150 из чугуна с шаровидным графитом. С помощью кольцевой горелки сварное соединение нагрели до температуры 1000^oC и выдержали в течение 2 мин при этой температуре, затем, не убирая горелки, сварное соединение защитили теплоизоляционным экраном. Через 10 мин, когда температура сварного соединения упала до 600 - 650^oC, экран сняли, горелку убрали и далее охлаждение проходило на воздухе до температуры окружающей среды. В результате такой термообработки получены следующие механические свойства сварного соединения σ_b= 390-420 МПа, α = 22-27^°.
В обоих примерах структура околошовной зоны и основного металла одинаковы (ферритная с шаровидным графитом).

Таким образом, заявленный способ термообработки сварных соединений может быть использован как в заводских, так и в полевых условиях. Однородность механических свойств околошовной зоны и основного металла и их повторяемость обеспечиваются тем, что время изотермической выдержки и скорость охлаждения выбираются в зависимости от фиксированной температуры нагрева, которая выбирается в диапазоне 850 - 1000^oC.

При времени изотермической выдержки менее

не обеспечивается удаление ледебуритной прослойки в зоне сплавления, наличие которой приводит к снижению пластических свойств сварного соединения. Если же время изотермической выдержки превышает значения

то в результате диффузии углерода из околошовной зоны в металл шва, а также растворения графитовых включений в самом металле шва происходит перераспределение графита, что приводит к охрупчиванию шва и снижению пластических свойств сварного соединения.

Охлаждение со скоростью, превышающей

приводит к снижению пластичности сварного соединения, так как в околошовной зоне и в основном металле появляется перлит.

Изобретение относится к термической обработке сварных соединений и может быть использовано при изготовлении сварных фасонных изделий из трубных заготовок из чугуна с шаровидным графитом. Технический результат изобретения - обеспечение пластичности и эксплуатационной стойкости сварных соединений изделий из чугуна с шаровидным графитом, полученных электродуговой сваркой. Указанная цель достигается тем, что сварное соединение после окончания сварки и охлаждения нагревают до фиксированной температуры Т_н ^oC в диапазоне 850 - 1000^oC, выдерживают при температуре Т_н ^oС в течение времени, определенного из условия
где τ - время изотермической выдержки, мин; Т_н - температура нагрева, ^oC, затем от температуры Т_н до 600 - 650^oC охлаждают со скоростью охлаждения, не превышающей 2^oC/мин, дальнейшее охлаждение осуществляют на воздухе.

Способ термической обработки сварных соединений, включающий нагрев до температуры выше A_c1, охлаждение от этой температуры с заданной скоростью охлаждения до температуры ниже A_r1 - 50^oC и дальнейшее охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что сварное соединение нагревают до фиксированной температуры T_н ^oC в диапазоне 850 - 1000^oC, осуществляют изотермическую выдержку при температуре T_н ^oC в течение времени, определенного из условия

где T_н - температура нагрева, ^oC;
τ - время изотермической выдержки, мин,
после изотермической выдержки сварное соединение охлаждают до температуры 600 - 650^oC со скоростью, не превышающей
v_max = 10 x 2^0,02(T_н -⁸⁵⁰⁾C/мин,
где v_max - максимально допустимая скорость охлаждения сварного соединения от температуры T_н ^oC до 600 - 650^oC.