Изобретение относитс я к сварке, н частности к способам изготовления сварных соединений из сталей, и может найти применение при изготовлении толстостенных крупногабаритных изделий из углеродистых и легированных сталей в химическом машиностроении и других отраслях промьыленности.

Известны способы сварки плавлением с предварительным и сопутствующим подогревом (1) и (2) .

В сварном соединении имеют место значительные внутренние напряжения, которые часто вызывают в процессе сварки или после нее появление оча* гов разрушения вЂ” трещин, С целью снижения уровня остаточных напряжений сразу после сварки проводят различную термообработку изделия в зависимос ги от его размеров, толщины, химического состава материала, а (также высокотемпературный отпуск, нормализацию плюс отпуск, закалку плюс нормализацию плюс отпуск и другие, Однако известные способы сварки, особенно в применении к толстостенным сосудам, не обеспечивают достаточно высокой ударной вязкости металла н зоне термического влияния металла шна, не исключают воэможности возникновения внутренних напряжений, превышающих предел прочности металла и, следовательно, не предотвращают опасности появления трещин. Кроме того, последующая термообработка всего изделия, требу10 ющая загрузки термических печей сопряжена с преодолением значительных технических трудностей и требует больших энерго- и трудозатрат из-за больших габаритов иэделий.

Известен также способ сваркй," перед выполнением которого производят предварительный подогрев и промежуточный отпуск в процессе сварки (3).

Однако многократный отпуск наплав Ю ленного металла неблагоприятен для структуры металла, как в зоне шва, так и в зоне термического влияния.

Кроме того, многократный отпуск нелосредстненно в процессе сварки усложняет этот процесс и увеличивает трудозатраты.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является

30 способ изготовления сварных соедине806324 ний из сталей включающий предварительную термическую обработку свариваемых кромок, сварку и термическую обработку полученного сварного соединения f4).

Этот способ позволяет улучшить

5 качество сварного соединения путем незначительного измельчения микроэерна и снижения уровня остаточных напряжений.

Однако этот способ сварки для ряда сталей, например ферритного класса, не обеспечивает снижения уровня остаточных напряжений, а, следовательно, и не исключает вероятности образования трещин. Кроме того, этот способ не оказывает влияния на перераспределение неметаллических включений, которые, располагаясь по границам зерен, резко снижают пластические свойства металла, Цель изобретения вЂ” повышение ка- 20 чества сварных соединений путем обеспечения минимального уровня остаточных сварочных напряжений и снижения склонности к трещинообразованию.

Для достижения этой цели пред- 25 варительную термическую обработку осуществляют путем циклического нагрева и охлаждения свариваемых кроо мок в диапазоне температур от 500 С до температуры на 50-100ОC выше темпе-З0 ратуры начала аустенитного превращения, затем охлаждают кромки до температуры окружающего воздуха, а после сварки осуществляют термическую обработку всего сварного соединения по тому же термическому циклу, что и предварительную термическую обработку кромок.

С целью улучшения структуры и механических свойс тв сварных соединений перлитных сталей, циклический на- 40 грев и охлаждение. осуществляют со

-скоростью 50-100 С в минуту и колио черство циклов выбирают от 1 до 8.

Выбор допуска на абсолютную величину температуры альфа-гамма превра- 45

:щения стали в диапазоне 50-100 С обусловлен тем, что минимальный перегрев вьме температуры альфа-гамма превращения, равный 50 С не обеспечивает соответствующих скоростей 50 превращения. А выше верхнего предела этого допуска перегревать нецелесообразно из-за роста зерен аустенита, что ведет к снижению свойств металла. ВЕличина скорости нагрева и обланщения необходима для обеспечения соответствующих скоростей превращения и допустимых температурных напряжений.

Температура 500ОC до которой охлаждается металл при термоциклировании, определяется тем, что ниже нее со структурой стали уже не происходит существенных изменений, дальнейшее охлаждение энергетически невыгОдно. При охлаждении до температуры выше 500 С не происходит необходимых изменений в материале.

На чертеже представлен график термического цикла.

Технология способа заключается в следующем.

Свариваеьые кромки в зоне разделки под сварку изделия подвергают цик лической термообработке с нагревом со .скоростью 50-100 С в мин до температуры, выше температуры альфа-гамма превращения на 50-100 С и охлаждением с такой же скоростью до 500550 С в количестве 1-8 циклов. Затем производят сварку изделия, сразу после которой термоциклирование сварного соединения повторяют в указанном режиме.

Пример . Проводят сварку применительно к электрошлаковой сварке сталей 10ГН2МФА, толщиной 50 мм и

22К, толщиной 150 мм. Время предварительной и последующей термообработки по предлагаемому способу сварки составляет и для стали 10ГН2МФА, н для стали 22К 2-2,5 ч тогда как по из вес тному способу сварки. н а предв арительный подогрев и последующую термообработку для стали 22К (нормализация плюс отпуск) и для стали

10 ГН2МФА (з ак алка плюс нормализ аци я плюс отпуск) составляет соответственно 45-50 ч.

Размер зерна в зоне термического влияния по предлагаемому способу сварки соответствует баллу 8 а размер зерна в зоне термического влияния по известному способу-баллу 4.

Кроме того, по границам зерен существенно уменьшается количество неметаллических включений, и, как следст- вие, ударная вязкость металла шва и зоны термического влияния увеличивается в 2- 3 раза, что свидетельствует о высокой трещиноустойчивости металла. Эти технические эффекты являются результатом многократного и быстрого перехода стали через температуру аустенитного превращения.

В таблице йредставлены результаты механических испытаний сварных соединений по предлагаемому и известному способам после электрошлаковой сварки стали 22К.

Расход энергии при использовании предлагаемого способа по сравнению с известным уменьшается в 4-6 раз.

Использование предлагаемого способа при сварке толстостенных, крупногабаритных изделий из углеродистых и низколегированных сталей перлитного класса повышенной прочности позволяет не только повысить качество сварных соединений, но и во много раэ снизить энерго- и трудозатраты на предварительную и последующую термообработку сварных соединений.

806 324! ! Предел Относитель-! текучести!ное удли-! кгс/мм нение, Ъ ! I

I I !

I I! ь-!Ударная вязкость, ! кгсм/см ! ! !

I! ! Доля .волокнис-! той сос-! тавляю-! щей, % !

Способ!Темсварки!пе,ра; тура. ! испы;тания

ОС

Предел прочности кгс/мм

1 Относител ! ное суже-! ние, %

Извест- . 45 8-46 7 24 2-25 0 30 0-31 3

46,2 24,6 30 7

61 8-64 3 2 1-4 1

26-47

63,0 3,6 33,7

Предлагаемый

39 9-40 б 23 0-25 7

68 3-71 5 5 9"8 1 45-50

69,9 6,8 47,8

57 0-57 3

+20 57,1

40,2 24,3

23 7-24 4 25„0-26 7

Из60 2-60 3

41 7 вЂ” 43 3

+270 42,5 вестный

24,0

25,8

60,2

Предлагаемый

52 2-52 5

+270 52,3

38, 7-39 9 2 1 3-2 24

6842-68 4

39,3 21,8

68,3

Из0 7-0 7 вестный вЂ” 20

0,7

Предлагаемый

1,0-1 4

5,0 -20

1,2

П р и м е ч а н и е . Образцы на растяжение на базе 30 мм по ГОСТ 1497-73.

Формула изобретения

1. Способ изготовления сварных соединений из сталей, включающий предварительную термическую обработку свариваемых кромок, сварку и термическую обработку полученного сварного соединения, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем обеспечения минимального уровня остаточных сварных напряжений и снижения склонности к трещинообразованию, предварительную термическую обработку осуществляют путем циклического нагрева и охлаждения свариваемых кромок в диапазоне температур от 500ОС до температуры на 50-100О С выше температуры начала аустенитного превращения, затем охлаждают кромки до температуры окружающего воздуха, а после сварки осуществляют термическую обработку всего сварного соединения по тому же термическому циклу, что и предварительную термическую обработку кромок.

4р 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с -целью улучшения структуры и механических свойств сварных соединений перлитных сталей, циклический нагрев и ох лаждение осуществляют со скоростью

4 50-10045С в минуту, а количество циклов выбирают от 1 до 8.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Винокуров В.Д. Сварочные де® формации и напряжения. M. 1968.

2. Основные положения по сварке., ОП . 1513-72.

3. Авторское свидетельство СССР

М 534503, кл. В 23 К 9/00,05,04.74.

5$ 4. Авторское свидетельство СССР

Р 302195, кл, В 23 К 9/00,31.10.67, 806324

ЯО ЖО

Составитель В. Томбулатов

Редактор Н.егоpoâà Техред Н. Бабурка . Корректор Г, Решетник .Заказ 124/20 Тираж 1159 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий