Способ изготовления сварных соединений из высокопрочного чугуна Советский патент 1990 года по МПК C21D9/50 

Изобретение относится к области сварки, а именно к тep ичecкoй обработке сварных соедине1гий, и может пыть использовано при контактной стыкогюй срлрке изделий из высоко- прочн. ГС чугу} а ,

Цепью изобретения яатяется улуч- 1;;с11ие качества сварного соединения лутем достижения однородности механических свойств сварного соединения и осьговного металла ,

Изобретеш1е осуществляется следу IOMIM образом.

Перед контактной стыковой сваркой изделий из высокопрочного чугуна производится предварительный подогрев торцов свариваемых изделий до 700-800°С за счет электроконтактного нягрева. В процессе сварки происходит нагрев изделий в зоне стыка до расплавления. Сразу после окончания сварки температура сварного соединения 950-1050 С. Экспериментально установлено, что скорость охлаждения в интервале температур 1000-800 С несмотря на предварительный подогрев 6-10 С/с в зависимости от толщины изделий. При та сих скоростях охлажде- . ния в структуре шва и околошов- ной зоны происходит образование цементита. За промежуток времени, в течение которого происходит оха

со

4

со со

лаждение изделий с температуры 950- до 800-820°С, которьп в зависимости от толщины составит 15-35 с, сварное соединение помещают в нагревающее устройство, предварительно нагретое до 800-820 С, что на 40- 60°С выше точки Л..

При этой температуре производится выдержка изделий в течение времени с, определяемого по формуле: А. Т С,

, результате вьдержки происходит p.icnai Г1ементита, образовавшегося в пединеш и в процессе охлаждения после сварки до 800-820 С.

Время вь цержки прямо пpoпoplI o- яльно количеству образовавшегося цементита, которое зависит от скорости ; хлчхщения сварного-соединения и эк- : М-мпеита углерода в свариваемых из- . С увеличением скорости ох- при уменьшении толщины изделий количество цементита увеличи- вас;ся и соответственно увеличивается время выдержки, необходимое для его распада, С увеличением эквивалента углерода количество образовав- югося цементита уменьшается и требуется меньшее время вьщержки.

Экспериментально установлено, что

0,22-0,3f«

мин

при времени вьиержки

о Cj

происходит полный распад образовавшегося цементита, при уменычешш

0.22

времени вьдержки менее -f--- мин в

о ь -3

структуре шва имеются отдельные включения цементита, что снижает пластич1 ость и ударную вязкость сварного соединения, увеличение вре0,36

мени вццержки более мин неце0 5

лесообразно, так как не улучшает качества сварного соедине1шя и увеличивает время термообработки.

Уменьшение температуры вьдержки ниже 800 С снижает скорость графити- зации и приводит к увеличению времени вьдержки, что влечет за собой снижение производительности способа. Увеличение температуры вьщержки выше 820°С нецелесообразно, так как не- значительно сокращает время вьщержки, но приводит к замедленному охлаждению с более высоких температур, что снижает производительность способа ,

Oxjinwieirne сварного соединения с ч гмп(:1)лту111л 00-820 С иодс тся со ()) 1П-20 г;/мин л« ,даль- и( охл:1ж.(оиие процодят на воздухе .

Замс длениое ох.ггажденис со скорос- 10-20°Г,/мин приводит к получению Леррит С)й или (Ьерритно-перлитной Hoiiiit чугуна в шве и окс лошовной зоне. Р) результате этого повышается пластичность и ударная вязкость шва и околошовной зоны, ч го приводит к достижению однородности механических

5 CBoi icTB сварного соединения у основного металла .

Увеличение скорости ох. 1аждения выше 2( не позволяет получить однородности механических свойств свар20 ного соедине гия и основного металла, так как структура шва и околошовной зоны имеет перлитную основу и значение пластичности и ударной вязкости ниже, чем у основного металла.

25Уменьшение скорости охлаждения

соединения ниже 10°С/мин нецелесообразно, так как не приводит к улуч- ше1гию механических свойств сварных соединений, а увеличивает время тер-,,, мообработки, снижая производительность способа.

Замедленное охлаждение ведется до , дальнейшее охлаждение ведется на воздухе. Снихсение температуры, до которой ведется замедленное охлаждение, ниже 60f) С нецелесообразно, так как никаких структурных изменего1Й шгже ЭТО TeNniepaTypbi не происходит и на механические свойства сварного

40

50

соедине1П Я не влияет, а приводит к

увеличению времени выдержки и снижению производительности способа. При увеличении температуры выше 600°С увеличивается количество образуюше- гося перлита в сварном соединении, что пластичность и ударную вязкость сварного соединения и не позволяет полу 4ить олпородности механических свойств сварного соединения и основного металла.

П р и м е р ы. По предлагаемому способу произиодуши терь{ическую обработку труб из высокопрочного чугуна при их сварке на стыкосварочной машине IC-340-2.

55Свариваемые трубы имели наружный

диаметр 118 мл и толпину стенки 8 мм. Материал трубы - высокопрочный чугун следую1 его химического состава по

0

0

соедине1П Я не влияет, а приводит к

увеличению времени выдержки и снижению производительности способа. При увеличении температуры выше 600°С увеличивается количество образуюше- гося перлита в сварном соединении, что пластичность и ударную вязкость сварного соединения и не позволяет полу 4ить олпородности механических свойств сварного соединения и основного металла.

П р и м е р ы. По предлагаемому способу произиодуши терь{ическую обработку труб из высокопрочного чугуна при их сварке на стыкосварочной машине IC-340-2.

5Свариваемые трубы имели наружный

диаметр 118 мл и толпину стенки 8 мм. Материал трубы - высокопрочный чугун следую1 его химического состава по

516

углероду, кремнию и фосфору: С 3,5%; Si 3.0%; р 0,18%. Свариваемые трубы характеризовались сле- дуюгсими exaничecкиlш свойствами: предел прочности СТц 670-700 МПа, относительное удлине1ше 7-9%, ударная вязкость а 160-200 кДж/м твердость FIB 2100-2300 МПа. Структура металлической основы ферритно- перлитная.

После установют свариваемых отрезков труб в стыкосварочную манииу производили предйарительный подогрев до 750 С за счет электроконтактного нагрева, после чего производили стыковую сиарку оплавлением. После сварки полученное снарное соединение охлаждалось на воздухе до 810°С за 22 с.

За это время сварное соединение пор

мерилось в заранее нагретый до 810 С муфельный нагреватель сопротивления типа ПТО. В м -фельном нагревателе

L варное чемие

соединение времени С 8

вьрдерживали в мин, которое

редел ил и по формуле:

е

Сд - 9

А 2,2 -

.

стенки трубы, м; зквивалент углерода, %

С% + 1/3(Si% -f Р%) .

После вь(держки сварное сосди гени охлаждалось со скоростью 15°С/мин. Скорость охлаждения регулировалась в муфельном нагрп штеле сопротивления путем включения и отключения тока. Замедленное охлаждеш1е производилось до 600°С., дальнейшее охлаждение проводилось на воздухе.

Варианты реализации способа в интервале заявленных и запредельных значений температурам, до которой производится охлаждение соединения на воздухе, времени вьиержки, скорости замедленного охлаждения и TeNmepaTy- ры окончания замедленного охлаждения приведены в таблице.

Как видно из представленных данных, оптимальными значениями, при которьЕХ можно изменять температуру вьиержки, время вьщержки при этой тe mepaт т e, скорости замедленного охлаждения и тe mepaтypy окончания замедленного охлаждения, яяпяются соответственно 800-820 С, 6-10 мин, 10-20°С/мин и 600°С (варианты 1-3, 6, 7, 10, 11, 16, 17). В этом случае

0

5

0

5

0

5

повышается пластич ктсть 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 вьиержки, скорости замедленного охлажде1гая и температуры окончания замедленного охлаждения от оптимальных величин либо не удается добиться поставленной цели либо происходит резкое сни- же1ме производительности использова- предлагаемого способа (варианты А, 5, 8, 9, 13-15, 18, 19) ,

Способ по прототипу (вариант 20), при котором не предусматривается ступенчатый режим охлаждения сварного соединершя, приводит к увеличению твердости, снижению пластичности и ударной вязкости материала шва и околошовной зоны.

Сравнение результатов использова- Ш1я способов термической обработки изделий из высокопрочного чугуна по известному и предлагаемому термическим 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 соединения и основного металла,

Ф

р е т е н и я

С

5

0

ормула изоб

Способ изготовления сварных соединений из высокопрочного чугуна, включающий подогрев до 700-800 С, сварку и охлаждение на воздухе до цеховой температуры, отличаю- 41 и и с я тем, что, с целью улучшения качества сварного соединения путем обеспечения однородности механических свойств шва и основного металла,в процессе охлаждения при температуре Ас + (40...60)°С осу - ществляют изотермическую вьдержку, а затем охлаждают до 600°С со скоростью 10-20°град/мин, при этом время вьдержки С мин, определяют из соотношения:

где

(Г Сэ

толщина ЛИЯ, м:

свариваемого изде-

С, - экпивалсшт углеродя, %; определяемый по формуле

,

С -t- 1/3(Si I

Изобретение относится к сварке, а именно к термической обработке сварных соединений, и может быть использовано при контактной стыковой сварке изделий из высокопрочного чугуна. Цель изобретения - улучшение качества сварного соединения путем обеспечения однородности механических свойств сварного соединения и основного металла. Способ включает предварительный подогрев торцов изделий до 700-800°С, нагрев свариваемых изделий в процессе сварки, охлаждение сварного соединения после сварки на воздухе до 800-820°С, выдержку, охлаждение со скоростью 10-20°С/мин до 600°С и окончательное охлаждение на воздухе. Способ позволяет повысить в 3-3,5 раза пластичность и в 3 раза ударную вязкость шва и околошовной зоны, что обеспечивает однородность механических свойств сварного соединения и основного металла. 1 табл.