СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ


RU (11) 2126453 (13) C1

(51) 6 C21D9/50 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1999.02.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 98101827/02 
(22) Дата подачи заявки: 1998.02.02 
(45) Опубликовано: 1999.02.20 
(56) Аналоги изобретения: SU 1687635 A, 30.10.91. SU 1613499 A1, 15.12.90. Иванова Б.Г. и др. Сварка и резка чугуна. - М.: Машиностроение, 1977, с.129. SU 829698 A, 15.05.81. SU 973642 A, 15.11.82. US 3966507 A, 26.06.76. US 5407497 A, 18.04.95. RU 2016095 C1, 15.02.94. 
(71) Имя заявителя: Общество с ограниченной ответственностью Научно- производственное предприятие "Валок-Чугун", Ветер Владимир Владимирович 
(72) Имя изобретателя: Ветер В.В.; Самойлов М.И.; Бабанов А.А.; Припадчева Н.А.; Носов В.А. 
(73) Имя патентообладателя: Общество с ограниченной ответственностью Научно- производственное предприятие "Валок-Чугун", Ветер Владимир Владимирович 
(98) Адрес для переписки: 398043 Липецк, ул.Терешковой 24-28, Ветер В.В. 

(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 

Изобретение относится к термической обработке сварных соединений и может быть использовано при изготовлении сварных фасонных изделий из трубных заготовок из чугуна с шаровидным графитом. Технический результат изобретения - обеспечение пластичности и эксплуатационной стойкости сварных соединений изделий из чугуна с шаровидным графитом, полученных электродуговой сваркой. Указанная цель достигается тем, что сварное соединение после окончания сварки и охлаждения нагревают до фиксированной температуры ТнoC в диапазоне 850 - 1000oC, выдерживают при температуре ТнoС в течение времени, определенного из условия 

где - время изотермической выдержки, мин; Тн - температура нагрева, oC, затем от температуры Тн до 600 - 650oC охлаждают со скоростью охлаждения, не превышающей 2oC/мин, дальнейшее охлаждение осуществляют на воздухе. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к термической обработке сварных соединений и может быть использовано при изготовлении сварных фасонных изделий из трубных заготовок из чугуна с шаровидным графитом.

В книге Б.Г. Иванова и др. Сварка и резка чугуна. М. "Машиностроение", 1977 г., стр. 129 описан режим термообработки после заварки дефектов чугунной отливки для обеспечения обрабатываемости сварного соединения и снятия внутренних напряжений. Отливку нагревают до температуры 750 - 820oC, выдерживают при этой температуре в течение времени из расчета 1 час на каждые 30 - 40 мм толщины отливки, но не менее 2 часов, после чего охлаждают вместе с печью до температуры 200 - 250oC и далее на воздухе. Такая обработка не применима для сварных фасонных изделий из трубных заготовок из чугуна с шаровидным графитом, т.к. не обеспечивает пластичность и эксплуатационную стойкость сварного соединения.

В способе изготовления сварных соединений из высокопрочного чугуна, защищенного авт. св. СССР N 1613499, кл. 5 C 21 D 9/50, 1990, Бюл. N 46, термообработка осуществляется следующим образом: после сварки сварное соединение охлаждают на воздухе до температуры 800 - 820oC, при этой температуре выдерживают в течение времени



где - толщина стенки трубы, м;

Cэ - эквивалент углерода,%,

после изотермической выдержки охлаждают со скоростью 10 - 20oC/мин до температуры 600oC и далее охлаждают на воздухе до цеховой температуры. Такая обработка повышает пластичность и ударную вязкость сварного шва и околошовной зоны, но имеет существенный недостаток, т.к. не обеспечивает эксплуатационную стойкость сварного соединения, полученного электродуговой сваркой.

Наиболее близким к заявляемому способу термической обработки сварных соединений выбран способ, описанный в авт. св. СССР N 1687635, кл. C 21 D 9/5, 9/08, 1991, Бюл. N 40. По этому способу для обеспечения равнопрочности металла шва с основным металлом, повышения точности размеров и производительности термического оборудования зону сварного соединения после сварки охлаждают до температуры Ar1 - 350 - 500oC, затем ускоренно нагревают от этой температуры до температуры, лежащей в пределах AC1- AC3, и от этой температуры охлаждают до температуры 200 - 100oC со скоростью, обеспечивающей образование 20 - 25% мартенсито-бейнитной смеси, после чего проводят пластическую деформацию сварного шва на 3 - 5%. Время обработки по этому способу без учета времени охлаждения на воздухе и пластической деформации сварного шва составляет 60 секунд.

Описанный способ не обеспечивает требуемых механических свойств сварного соединения труб из чугуна с шаровидным графитом, так как в околошовной зоне после термообработки сохраняется ледебуритная прослойка.

Цель изобретения - обеспечение пластичности и эксплуатационной стойкости сварных соединений изделий из чугуна с шаровидным графитом, полученных электродуговой сваркой.

Указанная цель достигается тем, то в способе термической обработки сварных соединений, включающем нагрев до температуры выше Ac1, охлаждение от этой температуры с заданной скоростью охлаждения до температуры ниже Ar1 - 50oC и дальнейшее охлаждение на воздухе, сварное соединение нагревают до фиксированной температуры TнoC в диапазоне 850 - 1000oC, осуществляют изотермическую выдержку при этой температуре в течение времени, определяемого из условия



где Tн - температура нагрева oC,

- время изотермической выдержки, мин,

после изотермической выдержки сварное соединение охлаждают до температуры 600 - 650oC со скоростью, не превышающей



где vmax - максимальная допустимая скорость охлаждения от температуры TнoC до 600 - 650oC.

Авторам не известен источник информации, в котором был бы способ термической обработки, включающий отличительные признаки заявленного, поэтому, по их мнению, заявленное техническое решение соответствует критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень".

Реализация заявленного способа термической обработки сварных соединений поясняется на следующих примерах.

Пример 1. Несколько сварных тройников из трубных заготовок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом Ду100 сварены электродуговой сваркой. По окончании сварки и после охлаждения на воздухе сварные тройники из чугуна с шаровидным графитом поместили в печь с температурой 500 - 600oC и далее нагревали до 900oC со скоростью 1,5oC/мин и при температуре 900oC выдержали 16 мин. Затем охладили со скоростью 12 - 13oC/мин до температуры 600oC и далее вынули изделия из печи и охладили на воздухе до цеховой температуры. В результате термообработки получены следующие механические свойства сварного соединения: предел прочности при растяжении b= 390-420 МПа,, угол загиба = 23-26.

Пример 2. В полевых условиях сварены встык две трубы Ду150 из чугуна с шаровидным графитом. С помощью кольцевой горелки сварное соединение нагрели до температуры 1000oC и выдержали в течение 2 мин при этой температуре, затем, не убирая горелки, сварное соединение защитили теплоизоляционным экраном. Через 10 мин, когда температура сварного соединения упала до 600 - 650oC, экран сняли, горелку убрали и далее охлаждение проходило на воздухе до температуры окружающей среды. В результате такой термообработки получены следующие механические свойства сварного соединения b= 390-420 МПа, = 22-27.

В обоих примерах структура околошовной зоны и основного металла одинаковы (ферритная с шаровидным графитом).

Таким образом, заявленный способ термообработки сварных соединений может быть использован как в заводских, так и в полевых условиях. Однородность механических свойств околошовной зоны и основного металла и их повторяемость обеспечиваются тем, что время изотермической выдержки и скорость охлаждения выбираются в зависимости от фиксированной температуры нагрева, которая выбирается в диапазоне 850 - 1000oC.

При времени изотермической выдержки менее



не обеспечивается удаление ледебуритной прослойки в зоне сплавления, наличие которой приводит к снижению пластических свойств сварного соединения. Если же время изотермической выдержки превышает значения



то в результате диффузии углерода из околошовной зоны в металл шва, а также растворения графитовых включений в самом металле шва происходит перераспределение графита, что приводит к охрупчиванию шва и снижению пластических свойств сварного соединения.

Охлаждение со скоростью, превышающей



приводит к снижению пластичности сварного соединения, так как в околошовной зоне и в основном металле появляется перлит. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ термической обработки сварных соединений, включающий нагрев до температуры выше Ac1, охлаждение от этой температуры с заданной скоростью охлаждения до температуры ниже Ar1 - 50oC и дальнейшее охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что сварное соединение нагревают до фиксированной температуры TнoC в диапазоне 850 - 1000oC, осуществляют изотермическую выдержку при температуре TнoC в течение времени, определенного из условия



где Tн - температура нагрева, oC;

- время изотермической выдержки, мин,

после изотермической выдержки сварное соединение охлаждают до температуры 600 - 650oC со скоростью, не превышающей

vmax = 10 x 20,02(Tн -850)C/мин,

где vmax - максимально допустимая скорость охлаждения сварного соединения от температуры TнoC до 600 - 650oC.