Способ изготовления сварных конструкций

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам изготовления сварных корпусов из низколегированных сталей сосудов высокого давления для газовой и нефтехимической промьшшенности.- Цель изобУ ретения - обеспечение эксплуатационной надежности, оцениваемой по пока- 3aTejiro равнопрочности. Проводят вальцовку обечаек, сварку продольного стыка. Обечайки нагревают, калибруют , проводят нагрев под закалку, охлаждение после закалки ведут со скоростью Ыд (0,05-0,Jl)WpC/c, гдеЫр - скорость охлаждения, обеспечивающая получение 100% мартенситной структуры . После закалки производят сварку кольцевого стыка с регулированием термического цикла, затем проводят отпуск, При испытаниях на разрыв сварные соединения, изготовленные по описываемому способу, разрушаются по .основному металлу, что свидетельствует о равнопрочности сварных соединений . 3 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1289 99 А2 (51) 4 С 21 D 9/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 698314 (21) 3770939/22-02 (22) 20.07.84 (46) 15.02.87. Бюл. Ф 6 (71) Московский институт нефти и газа

/им. И.М.Губкина (72) А.Н.Хакимов, Е.А.Демин, В.В.Антонов, О.И.Стеклов, P.À.Âîðîáüева, M.Ñ.Ñêóäèöêèé и Б.П.Файн (53) 621.785.79(088.8) (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ CBAPHhK

КОНСТРУКЦИЙ (57) Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам изготовления сварных корпусов из низколегированных сталей сосудов высокого давления для газовой и нефтехимической промышленности. Цель изобретения — обеспечение эксплуатационной надежности, оцениваемой по показателю равнопрочности. Проводят вальцовку обечаек, сварку продольного стыка. Обечайки нагревают, калибруют, проводят нагрев под закалку, охлаждение после закалки ведут со скоростью И = (0,05-0,11) М С/с, гдеИ вЂ” скорость охлаждения, обеспечивающая получение 100Х мартенситной структуры. После закалки производят сварку кольцевого стыка с регулированием термического цикла, затем проводят отпуск, При испытаниях на разрыв сварные соединения, изготовленные по описываемому способу, разрушаются по основному металлу, что свидетельствует о равнопрочности сварных соединений. 3 табл.

1289899

Изобретение относится к машиностроению, в частности к изготовлению сварных корпусов из низколегированных сталей сосудов высокого давления для газовой и нефтехимической промышленности, и является усовершенствованием авт.св. Ф 698314.

Цель изобретения — обеспечение эксплуатационной надежности.

Эксплуатационную надежность оценивают по показателю равнопрочности, оцениваемому в процентном отношении к нормативному уровню твердости (прочности).

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Из горячекатаного листового металла вальцуют обечайки и производят сварку продольного стыка. В связи с тем, что в последующем обечайка будет термически обработана, можно применять высокопроизводительные способы сварки (например, электрошлаковую автоматическую на повышенных погонных энергиях), не опасаясь, что это вызовет ухудшение свойств сварного соединения. Для проведения следующей по технологическому процессу операции калибровки обечайку нагревают, причем температура нагрева зависит от конкретной марки стали и ее толщины и выбирается по известным рекомендациям. После калибровки металл имеет еце достаточно высокую температуру. что позволяет сэкономить энергозатраты при выполнении следующей операции — закалки. НаГрев под закалку может производиться либо в методических печах, либо с использованием генератора токов высокой или промышленной частот, либо с использованием источников газовых теплоносителей с последующим охлаждением с заданной скоростью за счет применения сжатого воздуха, водовоздушной смеси, воды, масла и др.

При этом скорость охлаждения должна обеспечить получение оптимального упрочнения и структурного состава стали и выбирается по .зависимости (0,05-0,11) !! С/с, где г! скорость охлаждения, обеспечивающая получение IOÎX мартенситной структуры, Сварку кольцевого стыка после закалки производят с регулирова1 нием термического цикла, например за счет сопутствующего водовоздушного охлаждения для уменьщения воз-"действия сварочного тепла на структуру закаленного металла в зоне термического влияния.

Последней операцией технологичес5 кого процесса является отпуск готовой конструкции, который снижает сварочные напряжения до регламентируемых значений и обеспечивает необходимый уровень свойств сварной аппаратуры по показателям прочности, пластичности и сопротивлению хрупкому разрушению.

В табл.! и 2 на примере сталей

16ГФР и IОГ2ФТ приведены результаты влияния режима закалки на структурный состав и твердость исходного металла и изменения твердости (прочности) металла участка разупрочнения эоны термического влияния УР ЗТВ (участок неполной перекристаллизации), полученного после имитационного сварочного нагрева исходного металла в различном структурном состоя25

В графе 10 табл.! приведены значения относительной твердости, ха-,. рактеризующие отсутствие () 0,95) или наличие (с0,95) разупрочнения.

Участок разупрочнения зоны термичес,кого влияния при сварке имитировали

:нагревом образцов сталей током высокой частоты по термическому циклу, характерному для этого участка при автоматической и электрошлаковой

З5 сварке.

Кз данных табл.1 и 2 следует, что стабильность качества свойств и эксплуатационной надежности сварной конструкции по показателю равнопрочнос40 ти обеспечиваются, если закалку про.— изводить со скоростью, определяемой по зависимости

И = (0,05 — 0,11) 11, С/с, 45 где W — скорость охлаждения, обеспечивающая получение 1ООХ мартенситной структуры, определяемая расчетным методом, Предлагаемый способ был реализован применительно к стали марки IОГ2ФТ в промышленных условиях.

Результаты реализации представлены в табл.3.

Из данных табл.3 следует, что сталь IОГ2ФТ, прошедшая закалку практически на IOOX мартенсит (твердость стали при этом составила порядка

3 128989

375 ед. HV10 ), разупрочняется в результате ЭНС до 207 кгс/мм против г

234 ед.. HV для случая стали, термообработанной на твердость порядка

280 кгс/мм . Последующий отпуск сваро ной конструкции при 600-650 С (по прототипу) приводит к дальнейшему снижению твердости, при этом для предлагаемого способа в участке разупрочнения зон термического влияния 10 твердость НА!8 выше на 22 ед.

Испытания на разрыв сварных соединений показали, что в случае предлагаемого способа разрушение происходит по основному металлу, что свиде- 13 тельствует о равнопрочности. В случае закалки элементов корпуса (обечао ек) со скоростями менее 20 С/с и более 45 С/с разрушение сварных соединений при растяжении происходит по 20

ЗТВ. Для прототипа разрушение проис-.. ходит по 3ТВ, причем уровень прочности составил порядка 594 МПа, что ниже нормативного.

Зональные испытания на ударный о изгиб, выполненные при -60 С, которая является нижней границей применения стали, показали, что показа-!

9 4 тель KCU бо для сопоставимых участков сварной конструкции (металла шва и околошовного) находится практически на одном уровне, причем выше норма2 тивного и равного 30 Дж/см . Данный показатель основного металла составляет 82,1 Дж/ см для предлагаемого 2 способа, что выше, чем для прототипа (59,2 Дж/см ).

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает эксплуатационную надежность сварных конструкций.

Ф

Фо рм ул а из о б р е т е н и я

Способ изготовления сварных конструкций,по авт.св. Ф 698314, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения эксплуатационной надежности, закалку обечаек перед сваркой ведут со скоростью охлажцения

W (0 05 — 0 11) Wp C/ñ, где W — скорость охлаждения обесP

3 печивающая получение 100Х мартенситной структуры.

Таблица!

Характеристика исходного состояния металла.

Иарка стали и ее нормативная твер» дость

Бун

Параметры сварки

Характеристика металла в участке разупрочнения (пос. ле сварки) Иаксимадьная

Характеристика термоцикла

Скорость охлаждения в ин тервале

600-$00 С град/с

Охладитель и скорость охлаждения при закалке,град/с

Температуры закалки и

Структурны!! соТвердость после закалки, ИПа температура нагрева по термоо, циклу, С став посТвердость

HV (MTa) после отОтносительная твервысокого отпуска, с ле закалки, вес.Х пуска дость после отпусxRó Х

4350 830!

00Х М

1 6ГФР

ИУ„

«2100

"280

Закалка от 920 отпуск при 650

Ав томатическая сварка.

6 ИДж/и

15-!б

3920

75ХИ +

25ХБ

Сж воздух

40-45

1830 0,87

830!

5-16

Сж.воздух

18-20

30ХМ +

70ХВ

3140

830 15-16

2030 0,97

На воздухе

8-9

2000 0,95

2620 830

lOOXB

15-!б

860 15

1 00Х?! 3900

Закалка от 940 отпуск при 650!

ОГ2ФТ

Бун

19ÎÎ, -400

Электрошлаковая сварка

50 ИДж/м

S5XM +

15ХБ

SX NaC1+ вода 2(ГС

80-85

3700

860

l5!

700 0,89

Вода 20 С

32-37

60ХИ +

40ХБ

3300

860 15

1850 0,96

1289899

Продолжение табл.1

Характеристика исходного состояния металла

Параметры сварки

Характеристика металла в участке раэупрочнения (после сварки) Иаксимальная

Характеристика термоцикла

Структурный состав посТвердость после эатемпература нагрева по термоа циклу, С

Относительная

Твердость

HV (МПа) после отпуска калки, Мйа ле эакалкн, вес.X твердость после отпуска, 2

Бода 50 С ЭОХМ +

20-25 70ХБ 2850

1880 0,98

1780 0>94

860 15

860 15

Иинераль- 10028 2400 ное масло

15-17

П р и и е ч а н и е. М - мартенсит; Б - бейннт.

Рассчитаны по эмпирическим формулам.

Таблица 2

Марка стали

Рассчетная ско

Режим закалки

Твердость стали после

Отношение оптимальной рость закачки

1 р, С/ с закалки, HV „, МПа скорости

Температура назакалки к рассчетной грева под закалку, С

280 920+ -10

1,5-2,0 мин/мм

16ГФР

13-30

2600-3150 0,046-0,107

10Г2фТ

400 940 + 10

1,5-2,0 мин/мм

20-45

2500-3350 0,05-0,113

720 930+ 10

l 5-2,0 мин/мм

09Г2С

35-80

2750-3450 0,049-0,111

Марка стали и ее нормативная твердость

Нук >

Температуры saкалки и высокого отпуска, С

Охладитель и скорость охлаждения при эакалке,град/с

Оптимальный диапазон скоростей охлаждения в интервале

800-500 С, С/с

Скорость охлаждения в интервале

600-500 С град/с

l289899

Таблица 3

- CiO 2

Ударная вязкость KCU, Дж/см

Угол загиба

Временное соНесто

П)/ю

УР ЗТВ кгс/мм

ТверСпособ

Раэру щения дость основсварного coeгротивление

Околощов- Шов ный участок ЗТВ

Основной металл ного динення

>), град. разрыву сварного соесварки, 0С металла НУ кгс/мм линения бв>МПа

Прототип

375 Без от- 207 пуска

2I5 600-650 )65 594

-140

>Т> 1>О 44,2-82 6 40,1->>,> (б 9,> 55,0 .>.и-) 54,0-87,8 — г —

I 40

Ь >4

17 200 600-650 )78 6)9 ЗТВ

Предлагаемый

280 Ееэ от- 234

-20 пуска

)30 . 65,0-)17,3 41>!>-62,5 (без 32,! 54,7 трещин) 52,1-84,0

205 600-650 187 656

Основной

66,2 металл

209 600-650 )8! 642

-45

Основной металл

2)2 600-650 170 603

ЗТВ

П р и м е ч а н н е, Режимы сварки (T, >, У п.п., У, а/Р 50 мДж/м), параметры водовоздушного охла>хдення были ндентиччы для сопоставляемых вариантов. ч

Усредненные данные по результатам испытании трех образцов типа ХП )OCT 6996-661

В числителе приведены минимальные н максимальные значения, а в знаменателе усредненные значения при испытания 3-5 образцов типа 3 )ГОСТ 9454-78).

Ф ь*

* УРЗТ — участок раэупрочнения зоны термического влияния

Составитель И.Липгарт

Редактор Н.Киштулинец Техред S.Kàäàð Корректор В.Бутяга

Заказ 7872/26 Тираж 572 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г>Ужгород, ул.Проектная,4

Сйорость охлазкдения прн закалке, С/с

Температура отпуска после