СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ ЦИРКОНИЯ Советский патент 1997 года по МПК C22F1/18 

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке сварных соединений сплавов на основе циркония, содержащих ниобий, полученных электронно-лучевой сваркой, и может быть использовано в энергетическом и химическом машиностроении.

Из основного авт. св. N 826756 известен способ термической обработки сварных соединений на основе циркония, в котором после сварки соединения электронным лучом осуществляют подогрев до 900 1700^oC расфокусированным лучом диаметром 0,5 1,0 В с током луча на 40 80% меньше тока сварки и при относительном перемещении луча и изделия со скоростью V B/1 5 см/с, B - ширина зоны соединения, после чего осуществляют нагрев до температуры выше α-области и охлаждение до комнатной температуры, а затем отжиг в a-области.

Основным недостатком известного способа является то, что подогрев после сварки не дает требуемого измельчения структуры зоны термического влияния и уменьшения ее ширины, поскольку камеры, принимаемые в нем, недостаточны, так как скорость перемещения изделия относительно луча не связана со скоростью сварки и поэтому в некоторых случаях подогрев соединения сразу после сварки до 900 1700^oC может дать дальнейший рост зерна, особенно, если скорость сварки близка к скорости этого подогрева. Т.е. то улучшение коррозионной стойкости к пластичности, которое он дает, недостаточно для современных требований, которые предъявляются к изделиям из этих сплавов, особенно к сплавам циркония с содержанием ниобия.

Целью изобретения является повышение пластичности и коррозионной стойкости сварных соединений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе термической обработки сварных соединений сплавов на основе циркония после сварки проводят охлаждение до температуры начала полиморфного превращения, затем обрабатывают сварной шов расфокусированным электронным лучом со скоростью в 5 10 раз больше скорости сварки и током в 1,5 2 раза больше тока сварки и поворотно охлаждают до температуры начала полиморфного превращения.

Охлаждение сварного соединения до температуры начала фазовых превращений сразу после сварки позволяет как бы зафиксировать полученную структуру шва и околошовной зоны (исключить условия для роста зерна, перегрев соединения) и уменьшить при этом ширину зоны термического влияния, а затем сразу начинают интенсивный переплав полученного таким образом сварного шва и уже основательно измельчают его структуру, при этом обработку ведут расфокусированным электронным лучом со скоростью в 5 10 раз больше скорости сварки и током в 1,5 2 раза больше тока сварки. После этого сварное соединение опять охлаждают до температур начала фазовых превращений и таким образом фиксируют структуру шва, полученную после переплава, и не дает расти зоне термического влияния, а дальше уже производят термическую обработку полученного сварного соединения в порядке операций по основному авторскому свидетельству.

При этом следует отметить, что осуществление переплавления сварного шва со скоростью, меньшей, чем в 5 раз по сравнению со скоростью сварки, не дает эффективного измельчения зерна, поскольку зерно будет успевать расти, так как тепловложение осуществляется медленно, а если переплав ведут со скоростью большей, чем в 10 раз относительно скорости сварки, то процесс будет идти очень интенсивно, причем в основном в поверхностной зоне сварного шва, так как не хватает тепла. При этом измельчение зерна произойдет только в верхних слоях шва, а в глубине его зерно остается крупным. Кроме того, при большой скорости сварки в обработанном слое возникают поры, подрезы, разбрызгивание металла и т.д. что ухудшает пластические свойства. Также малоэффективно увеличение тока менее чем в 1,5 раза от тока сварки, что приводит к поверхностному переплаву и улучшение свойств может быть незначительным. Увеличение тока переплава более чем в 2 раза от тока сварки приводит к сквозному проплавлению, что нарушает первоначальную геометрию шва, кроме того, данное увеличение тока приводит к расширению зоны термического влияния, что также ухудшает пластические и коррозионный свойства соединений.

Примеры осуществления способа. Образцы труб диаметром 88х4 из сплава Zr
2,5% Nb сваривают встык электронным лучом в вакууме.

Режим сварки:
Ускоряющее напряжение, кВ 20
Ток луча, мА 60
Скорость сварки, м/ч 12
Перед сваркой стык прогревают расфокусированным лучом. При этом с помощью оптического пирометра или термопар определяют температуру подогрева, которая должна быть не выше температуры начала фазовых превращений. Для сплава Zr 25% Nb эта температура равна 610^oC. При этом ток расфокусированного луча составил 48 мА при скорости взаимного перемещения луча и изделия, равной 12 м/ч. После чего осуществляют сварку на указанном режиме. По окончании сварки соединение охлаждают в камере до температуры 610^oC. Время охлаждения составило 120 с.

Затем осуществляют переплавление сварного шва, при этом устанавливают более высокую скорость вращения, чем при сварке, и более высокий ток луча (табл. 1). Переплавление осуществляют за один оборот (проход).

После чего стык снова охлаждают до 610^oC. Далее осуществляют операции, описанные в основном авт. св. N 826756. При этом осуществляют нагрев до 1200^oC расфокусированным лучом на ширину зоны, нагреваемой при сварке до температуры b-области и выше.

В данном примере режим нагрева сварного соединения электронным лучом следующий:
Ускоряющее напряжение, кВ 20
Ток луча, мА 32
Скорость перемещения, м/ч 11
Диаметр луча, мм 7,0
На выбранном режиме нагрева электронным лучом выполняют один проход, после чего на кольцевых швах ток плавно уменьшают до нуля.

После охлаждения сварное соединение подвергают отжигу при температуре 580^oC в течение 10 ч.

Пластичность сварных соединений оценивают по величине угла загиба до появления трещины (угол загиба, град.).

Коррозионные испытания проводили в воде при температуре 300^oC и давлении 0,85 мПа до появления коррозии в виде белой осыпающейся окисной пленки (t исп). Результаты испытаний образцов приведены в табл. 2.

Образцы, не прошедшие охлаждения после сварки и после оплавляющего прохода, имели крупные зерна в металле шва, благодаря чему угол загиба не превышал 100^o, кроме того, после 600 ч. коррозионных испытаний появилась коррозия по границам зерен. Образцы, не прошедшие переплавление после сварки, имели угол загиба не выше 90^o и проявление коррозии по границам зерен через 750 ч испытаний.

Образцы, прошедшие только нагрев с b-области, охлаждение до комнатной температуры и отжиг в a-области, имели угол загиба 80^o, коррозионную стойкость 600 ч. (способ по основному авт.св. N 826756).

Таким образом, из табл. 2 видно, что наилучшие результаты испытаний на угол изгиба и коррозионную стойкость были достигнуты в примерах 2, 3, 4, 7, 8 и 9, где соответственно увеличение скорости при переплаве было в 5 10 раз, а тока в 1,5 2 раза больше по сравнению с режимами сварки.

Технико-экономическая эффективность предложенного способа, по сравнению с известным, обусловлена повышением срока службы изделий за счет повышения коррозионной стойкости, а также более высоким уровнем надежности работы изделий.

Способ термической обработки сварных соединений на основе циркония, по авт. св. N 826756, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности и коррозионной стойкости сварных соединений, охлаждение после сварки проводят до температуры начала полиморфного превращения, затем обрабатывают сварной шов расфокусированным электронным лучом со скоростью, в 5-10 раз больше скорости сварки и током в 1,5-2,0 раза больше тока сварки и повторно охлаждают до температуры начала полиморфного превращения.

Способ термической обработки сварных соединений на основе циркония, по авт. св. N 826756, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности и коррозионной стойкости сварных соединений, охлаждение после сварки проводят до температуры начала полиморфного превращения, затем обрабатывают сварной шов расфокусированным электронным лучом со скоростью, в 5-10 раз больше скорости сварки, и током в 1,5-2,0 раза больше тока сварки и повторно охлаждают до температуры начала полиморфного превращения.