Способ обработки сварных соединений

 

СПОСОБ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕдаНЕНИЙ, преимущественно полос из высокоуглеродистых низколегированных сталей, включающий охлаждение после сварки,, термоциклирование зоны сварного соединения, отличающийся тем, что, с целью улучшения технологических свойств сварных соединений полос за счет повышения их пластичности, охлаждение сварного соединения ведут на воздухе в течение 4-8 с, термоциклирование проводят втечение 1040 с в интервале от 620-630 до 670680с со скоростью нагрева и охлаждения поверхности сварног.о соединения 1.0-60°С/с, охлаждение в посл следнем цикле осуществляют на воздухе до 520-600 С и при этой температуре производят зачистку грата.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 21 D 9/50 го делаем изоыРетении и ОтнРытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (21) 3723774/22-02 (22) 09.02.84 (46) 30.12,85. Бюл. Ii> 48 (71) Магнитогорский дважды ордена

Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Зна. мени металлургический комбинат им. В.И.Ленина и Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г.И.Носова (72) П.Н.Смирнов, И.И.Ошеверов, Л.Б.Файнберг, Г.А.Барышев, П.З.Елесин,. Б.А.Рысс, А.Ф.Новицкий и А.В.Яковлев (53) 621.785,79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

° У 502057, кл. С,21 D 9/50, 1974.

Авторское свидетельство СССР

N 870459, кл. С 21 D 9/50, 1979.

„„SU„„1201335 A (54) (57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ CBAPHbIX

СОЕДИНЕНИЙ, преимущественно полос из высокоуглеродистых низколегированных сталей, включающий охлаждение после сварки, термоциклирование soны сварного соединения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения технологических свойств сварных соединений полос за счет повышения их пластичности, охлаждение сварного соединения ведут на воздухе в течение 4-8 с, термоциклирование проводят в течение IO40 с в интервале от 620-630 до 670680 С со скоростью нагрева и охо лаждения поверхности сварного соединения 10-60 С/с, охлаждение в по. следнем цикле осуществляют на воздухе до 520-600 С и при этой температуре производят зачистку грата.

1201335

Изобретение относится к прокат-ному производству и может быть использовано в цехах, где производится сварка встык оплавлением стальных полос преимущественно из высокоуглеродистых низколегированных сталей под последующую холодную прокатку.

Цель изобретения — улучшение тех- йологических свойств сварных сое дийений полос за счет повышения их пластичности.

, Изобретение осуществляется. следующим образом.

Сразу после окончания сварки концов полос встык оплавлением температура сварного соединения составляет 850-950 С. Через 4-8 с в зависимости от толщины концов полос после охлаждения на воздухе температура сварного соединения снижается до 600-640 С. Увеличение времени охлаждения шва на воздухе (более 8 с) приводит к охлаждению зоны о шва до температуры ниже 600 С и образованию в металле структур закалки (преимущественно мартенсита). Для устранения структуры закалки в металле шва требуется длительное время отжига (более 8 мин), что снижает производительность процесса получения сварного соединения. Сокращение времени охлаждения шва на воздухе (менее 4 с) даже для тонких полос толщиной 3 мм приводит к высоким температурам шва (730-800 С) перед началом термообработки и получению крупнозернистой структуры ме» талла шва с низкой прочностью и пластичностью.

Термоциклирование зоны сварного соединения при нижнем пределе температуры цикла (менее 620 С) прио водит к образованию закалочной структуры (тростомартенсита). Кроме того, низкие температуры нагрева (менее 620 С) резко увеличивао ют время термообработки, что недопустимо при получении сварных соединений полос, которые получают преимущественно в потоке непрерывных технологических агрегатов, так как снижает производительность.

Термоциклирование с верхним пре-, делом температуры поверхности сваро ного соединения (более 680 С) приводит к росту зерна, что снижает пластичность соединения.

С корость нагрева и охлаждения в процессе термоциклирования поддерживают в пределах 10-60 С/с.

При этих скоростях в процессе термоциклирования наиболее полно реализуется эффект повышения пластичности сварных соединений полос встык. Увеличение скорости нагрева и охлаждения (более 60 С/с) вью зывает появление отдельных блоков структур закалки (мартенсита),, так как температура внутри сварного соединения может превышать температуры превращений Ас„ и Ас, хотя на поверхности сварного соединения температура ниже точки Ас . Умень1 шение скорости нагрева и охлаждения шва при термоциклировании нецелесообразно, поскольку эффект увеличения пластичности не проявляется.

Время т рмоциклирования шва в течение 10-40 с достаточно для проработки всего объема сварного соединения и обеспечивает его высокую прочность и пластичность. Увеличее времени термоциклирования, более 40 с). нецелесообразно, так так, не улучшая качества шва, увеличивает время термообработки сварного соединения. Уменьшение этого времени (менее 10 с) не обеспечивает получения достаточно пластичного сварного соединения.

Охлаждение зоны сварного соединения в течение 10-80 с обеспечивает высокую пластичность шва без его подкаливания. Увеличение времени охлаждения.шва (более 80 с) нецелесообразно, так как это не приводит к улучшению качества сварного соединения. Уменьшение этого времени (менее 20 с) не обеспечивает выравнивания свойств по сечению шва, снижает его пластичность и качество.

Зачистку грата сварного соедио кения производят при 520-600 С, что обеспечивает высокое качество сварного соединения, Увеличение температуры, при которой производится зачистка грата.(более 600 С), приводит к подкаливанию поверхности соединения в зоне зачистки и ухудшению качества шва. Зачистка грата при температуре ниже 520 С сопроо вождается увеличением сопротивления инструменту в процессе зачист1201335 ки грата и способствует образованию " микротрешин, ухудшающих технологические свойства шва.

Изобретение иллюстрируется следу. ющими примерами.

На стыкосварочной машине получали сварные соединения концов полос из высокоуглеродистой низколегированной стали марки 651 с временным сопротивлением разрыву

920-990 ИПа. Размеры свариваемых полос: толщина 3-5 мм, ширина 255465 мм. Химический состав стали

65Г соответствовал ГОСТ 14959-79.

На стыкосварочной машине производили стыковую сварку концов полос оплавлением, последующую термообработку по предложенному и известным- способам и зачистку rpa. та. Термообработку осуществляли путем пропускания через шов электрического тока. Изменение температуры и времени нагрева и охлаждения шва в процессе его термообработки осуществляли путем изменения величины тока термообработки, что допускает конструкция сты- косварочной машины.

Температуру поверхности сварного . соединения определяли с использованием пирометра. Качество шва определяли по величине угла при испытании на изгиб. Кроме того, определяли временное сопротивление разрыву (d> ) зоны сварного соединения.

Результаты испытаний приведены в табл.1.

Анализ табл.l показывает,,что оптимальным режимом обработки сварных соединений полос из высокоуглеродистых низколегированных сталей типа марки 65Г, обеспечивающим высокую пластичность (угол изгиба шва беэ разрушения более 80 С) и прочность, близкую к прочности основного металла, является охлаждение после сварки на воздухе в течение 48 с, термоциклирование в диапазоне температур от 620-630 до 670-680 С со скоростью нагрева и охлаждения .

10-60 С/с в течение 10-40 с, затем о охлаждение в течение 10-80 с до 520О

600 С, при которой производится зачистка грата (см. опыты 1,3,4,6, 11-13)..

В опыте 2 уменьшено по сравнению с рекомендуемым время охлаждения после сварки и снижен диапазон температур термоциклирования. Оба эти параметра однозначно влияют на технологические свойства сварных соединений и при указанных изменениях снижают их пластичность, что приводит к уменьшению угла изгиба (в два раза). Аналогично влияют увеличение времени охлаждения шва после сварки и уменьшение времени ох10 лаждения после термоциклирования.

Опыты 14-16 проведены с полосой толщиной 3,2 мм, для которой, используя предложенный способ, можно получить угол изгиба сварного шва о при испытаниях 90 . Поэтому результат опыта 14 (параметры соответствуют предлагаемым) следует признать хорошим, а 15 и 16 неудовлетворительными (диапазон температур находится за предлагаемыми пределами). Опыт 6 проведен с толщиной полосы 5 мм, для которой даже угол изгиба шва при испытании 80 являо ется труднодостижимым результатом

25 в связи с тем, что величина нормальных напряжений в поверхностном слое при изгибе увеличивается при увеличении толщины полосы. В связи с этим следует признать результаты опыта 6 хорошими.

Выходы за верхние пределы времени термоциклирования и времени охлаждения после термоциклирования практически не оказывают влияния на технологические свойства шва, а

35 лишь снижают производительность процесса.

Увеличение скорости нагрева и скорости охлаждения при термоциклировании труднодостижимо и связано с

40 большими затратами энергии.

В опыте 10 температура зачистки грата за верхним пределом, что ухудшает технологические, свойства шва (угол изгиба составляет 55 ). Уменьшение о

45 температуры зачистки шва (менее о

520 С) затрудняет зачистку грата резцом, выводя его из строя и одновременно разрушая поверхностный слой шва из-за образования микротрещин.

Проводили обработку сварных соединений по способу-прототипу.

После сварки концов полос из стали марки 651 размерами 3,5х465 мм на сварочной машине производили следующим образом. Закалку шва производили путем нагрева до 850-870 С и охлаждения водой,а термоциклирование пуS 1201335 4 тем многократного чередования нагре- кости, .что ухудшает технологичесва шва до 680-700 С и охлаждения кие свойства шва. водой. Термоциклирование проводили При получении сварных соединений на различных этапах обработки шва. полос предложенным способом, обесРезультаты испытаний швов приве- печивающим их высокую пластичность дены в табл.2. и прочность, прокатываемость сварных соединений полос из стали 65Г

Термообработка сварных соединений составляет в среднем 94Х. При получеполос иэ высокоуглеродистых низколе- нии сварных соединений полос извегированчых сталей по способу-прото- 10 стными способами прокатываемость типу приводит. к получению швов их на непрерывном стане составляет низкой пластичности и повышенной хруп- 23-62Х (в среднем 47X).

Т а б л и ц а 1

Время охлаждення после сварки, с

Диапазон температур термоциклирования, С б

Толщи полосы мм

Скорость нагрева и охлаждения при термоцнклировании, С/с

Номер опыта

3,0

620-680

550-600

620-670

630-680

690-720

620-680

620-680

3,0

3, 2

3,5

4,0

5 0

20

5,0

620-670

3,5

620-680

3,2

620-680

3,0

620-680

3,0

620-680

12

3,2

620-680

630-670

640-670

4,0

14

3,2

3,21

630-660

16

3 2

1201335

Продолжение табл.1

Время охлажТемпература Испытание сварных грата, С соединений

Угол изгиба шва при испытании,град

40

520

910

45

1030

30

530

920

560

600

930

55

30

780

580

80

870

590

40

1070.

580

750

550

40

800

540

30

1020

620

90

940

590

20

900

550. 40

920

580

35

940

560

60 .

830

560

15

840

570.

15

Та блиц а 2

Время термоциклирования, е

Последовательность термоциклирования

Перед первой закалкой

1870

200

200

После первой закалки

1830

20 До и после первой

I закапки

1810

200

ВНИИПИ Заказ 7963/24 Тираж 552 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óàãîðoä, ул.Проектная, 4

Время термо циклирования, с дения термоциклирования, с

Температура зачистки о грата, С спытания сварных соединений гол изгиба шва при спытании шва, град МПа