Способ термической обработки сварных соединений Советский патент 1981 года по МПК C21D9/50 

(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ Изобретение относится к способам тер мической обработки сварных соединений из углеродистых степей и может быть использовано для повышения эксплуатационной надежности сварных конструкций. Известны способы термической обработки сварных соединений, по которым перед закалкой и после нее осуществляют отпуск, либо между двумя закалками производят подогрев в межкритическсл интервале темпервтур J. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ термической обработки сварных соединений, включающий двойную закалку путем ускоренного нагрева до температуры аустенизации и охлаждения водой и отпуск всего изделия 2Q. Известный способ обеспечивает повыш ние ударной вязкости и снижение хладноломкости. Недостатком способа являются срешнительно низкие значения прочностных свойств,что делает его малоэффектив ным для прида1шя сварным соединениям СОЕДИНЕНИЙ Комплекса свойств, определяющих высокий уровень конструктивной прочности. Целью изобретения является повышение конструктивной прочности сварного соединения, т.е. придание ему повышенной ударной вязкости в сечетании со сраВ нительно высоким пределом прочности. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе термообработки сварных соединений, включающем двойную закалку и отпуск, дополнительно проводят термоциклирование с нагревом до 68О7ОО С и охлаждением в воду. Термоциклирование может, проводиться как до пер. вой закалки, так и между первой и второй закалками. В отдельных случаях термоциклирование полезно проводить и до первой закалки и после нее. При термоциклировании перед закалкой при нагреве до 680-7ООС с охлаждением в воду происходит релаксация сварочных напряжений 2-1-го рода и пластическая деформация объемов при охлаждении. В результате снимаются пиковые локаль- 387 1ые напряжения. Активируются центры пре вращения к при нагрер-е под закалку, и процессы диффузии протекают более равномерно по объему. Предварительная подготовка приводит к разрыхлению матриць5 за счет увеличения концентраций вакансий). Это позволяет последующий нагрев под закапку осуществить до более низких чегл обычно, температур и сокра1; ть время выдержки при закапке. В микроструктуре сварного соединения практически яэ наблюдается феррлГ.юй прослойки, тал как углерод не успевает .перераспределиться, диффундироз.ть вслед ствие низких температур и малого време- ни процесса. Ог; 1еченное предопределяет повышенную прочность сварного шва. Термоцййвдройание двумя закал ками более эффективно в условиях, когда необходимо уме ьшить степень неодксродности структуры но объему шва и околошовной чзоны (строченность, внутризерен- ную ликвацию, карбидную ликвацию). При этом первая закалка приводит к получению мартенситной структуры, что сопровождается объемным эф()сгом и интенсивнымисдвигами в матрицеСдвиговые обрйэо.зания приводят к ичтен СйЕюму перэнос - атомов (дрейф в иояе сил). С другой стороны, большие струк урмые 1-шпрпжения на границе карбидов и матрицы могут привести как к раарушенн.ю отдельных карбидов, так и к Fiopyшению порадкй их располо 1сенка, прлучонного на основе термического цикла ки. Отмеченное изменяет двигающие силы на гранйЦс- матрице-кербидьк Высокая плотность дислокаций в мар тенсите и- повышенная KOKueHTpaiwH 1шкан™ cvjft способствует повьшгению подвижное- ТУ. гдементов. образом, растут дрейфовые, так я диффузионные составляющие. Состояние матриць после первой закал кк отличается повьикекнык значением сво бодной энергии. В этой связи нагрев, вы1ле AJ, для повторной закгшки кз мертеиситного состояния приводит к ренней рекристаллиза1ши и интенсивному pocTj -зер на. Проведение кратного термоциклирозания с нагревом до 680-70О С, вы держкой 3-5 мин и охлажл.ением в воду предотвращав интенсивный рост зерна, обеспечака&т быстрый распад нераинсвес ных структур в зоне сварки. Такая термо обработка x pт :вoдкт к релакс.а1щог нгп. процессам в матрице. Эти процессы вк, чают: интенсивный распад пересыщен-асзх вердого раствора на большом числе центов в разрыхленной матрице: снятие пикоых напряжений путем пластической дефорации микрообъемов вокруг выделений на раницах зерен, В результа- е кратно1Х) промежуочного термоциклирования матрица будет аходиться в состоянии с повышенным коичеством мелкодисперсных карбидов и с азрыхленными участками карбидов вместо прежних густых скоп,ений. Соответственно при нагреве под вторую закалку процессы растворения карбидов будут протекать бояее ускоренно в условиях подавления рекристаллизационных процессов. При этом за счет растворения карбидов будет обеспечено повышение степени легированности мартенсита и соотЕетствующее повышение прочнс сти, а также высокий уровень ударной вязкости за счет мелкозернистой структуры. При термоциклированни до и после пер™ jjofi закалки процессы, протекаюише в зоне сварки, принципиально не отличаются от выше изложенных. Тёрмоциклирование ДО и после первой закалки, позволяет дополнительно повысить прочность и ударную вязкость сварного соединения. Экспериментально обосновано., ч-/о нагрев при термоииклировании наиболее целесообразно .осуществлять до температур 66О-700 С, так как. при этом обеспочи- вае-тся наибольшая активация центро.в превращения Ф к . Оптимальное количество циклов составляет 2-3 ,так как при увеличении циклов термоциклирования за.метного повышения прочности и ударной Бязкос-ти не происходит, однако возрастают затраты энергии на нагрев и увеличивается время процесса, что снижает его технико-экономические показатели. Пример. Проводилась термическая обработка сварных соединений из углеродистой стали 40, толщиной 16-2О мм. Сварное соединение подвергалось двойной закалке JJ отпуску и дополнительно 2-кратному терь/1оциклированию с нагре- вом до 700 С с выдержкой 5 мин с последующим охлаждением в воду. ТермоШ кга{рованис проводилось до первой закалки, после первой закалки до и после первой закалки. Закалка проводилась с нагревом До 880 С с выдержкой 15 мин и охлаждением в воду, после чего проводился отпуск при 600 С в течение часа. Для получения сравнителькььч данных параллельно проводилась терк{ообработка од1готипыого сварного шва по известному/ 3 способу - двойная закалка с нагревом 88О°С и охлаждением водой и отпуск в течение часа. 870 1596 доПосле термообработки проводилось определение прочностных cBoflciB сварных при соединений. Данные сведены D таблицу.

По прототипу

По предлагаемому способу по пунк-4J-4Таким образом, предлагаемый способ термообработки сварных соединений обеспечивает получение выского комплекса прочностных и пластических свойств, пре допределяющих высокую конструктивную прочность и эксплуатационную надежность сварных конструкций. По сравнению с про .тоткпом увеличение прочности достигает 20%. Это позволяет при изготовлении сварно-литых конструкций снизить их металлоемкость в среднем на 10-15%. Например, при ксполр зовании предложенного способа для изготовления спирально-шовных труб (тояшина стенки до 1ОО мм, диаметр трубы 104О мм) представляется возможность снизить необходимую тол щину стенки на 15% без снижения конструктивной прочности труб. Формула изобретения i. Способ термической обработки свар ных соединений, преимущественно из уг28

5,6

3.5 леродистых сталей, включающий двойную закалку и отпуск, отличаю щийс я тем, что, с целью повыщения конструктивной прочности, дополнительно про изводят термоциклирование нагревом до 680-7ОО С и охлаждением водой. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что термоциклирование производят перед первой закалкой. 3.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что термоциклирование производят после первой закалки. 4.Способ по п. 1, отли чающий с я тем, что термоциклирование производят до и после первой закалки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Земзин В. Н. и Шрон Р. 3.. Термическая обработка и свойства сварных соединений. Л., Мащиностроение, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР № 5О0272, кл. С 21D 9/52, 1976.