RU2063855C1 - Process of manufacture of articles and semi-finished items from metals and alloys - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: invention refers to change of properties of metals and alloys by thermal treatment in process of welding. In compliance with process thermal treatment is carried out simultaneously with manufacture of articles from metals and alloys. It includes regulated cooling of weld and zone close to it within interval from temperature 1100-700 C below crystallization temperature of metal of weld to 750-200 C with cooling rate 3-25 deg/min. Sections adjacent to zone close to weld are heated to temperature 100-300 C below temperature of corresponding section of weld with same cooling rate. Given process can be recommended for mechanical engineering. EFFECT: improved efficiency of process.

Description

Предполагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в любой отрасли промышленности для получения изделий с помощью сварки. The alleged invention relates to the field of metallurgy and can be used in any industry to obtain products by welding.

Известен способ получения изделий и полуфабрикатов методом сварки (см. Г. А. Николаев, С. А.Куркин, В.А.Винокуров. Сварные конструкции. Технология изготовления. Автоматизация производства и проектирование сварных конструкций. М. Высшая школа, 1983, 344 с.). A known method of producing products and semi-finished products by welding (see G. A. Nikolaev, S. A. Kurkin, V. A. Vinokurov. Welded structures. Manufacturing technology. Automation of production and design of welded structures. M. Higher School, 1983, 344 from.).

Недостатком существующего способа является коробление сварной конструкции в процессе охлаждения элементов малых толщин после сварки, а также образование в сваренной конструкции остаточных макронапряжений. The disadvantage of the existing method is the warpage of the welded structure in the process of cooling elements of small thicknesses after welding, as well as the formation of residual macrostresses in the welded structure.

Известен способ получения изделий и полуфабрикатов методов сварки с последующей термической обработкой либо всего изделия в целом, либо его части, которая содержит сварной шов (см. В.А.Винокуров. Сварочные деформации и напряжения, М. Машиностроение, 1968, 228 с.), прототип. A known method of obtaining products and semi-finished welding methods, followed by heat treatment of either the whole product or its part, which contains a weld (see V. A. Vinokurov. Welding deformation and stress, M. Mechanical Engineering, 1968, 228 S.) prototype.

Недостатком известного способа является коробление в процессе охлаждения после сварки изделий, особенно полученных из элементов малых толщин. Причем это коробления не устраняется в процессе проведения термической обработки для снятия макронапряжений. The disadvantage of this method is warpage in the cooling process after welding of products, especially obtained from elements of small thicknesses. Moreover, this warping is not eliminated during the heat treatment to remove macrostresses.

Предлагается способ получения изделий и полуфабрикатов с помощью сварки и последующей термической обработки, при котором термическая обработка осуществляется одновременно со сваркой и включает регламентированное охлаждение шва и околошовной зоны и нагрев соседних с околошовной зоной участков. Причем, шов и околошовную зону в интервале от температуры на 1100-700^oC ниже температуры кристаллизации металла шва до 250-200^oC охлаждают со скоростью 3-25 град/мин, а соседние с околошовной зоной участки при этом нагревают до температуры на 100-300^oC ниже температуры соответствующего участка шва, охлаждая с той же скоростью.A method for producing products and semi-finished products by welding and subsequent heat treatment is proposed, in which heat treatment is carried out simultaneously with welding and includes regulated cooling of the seam and heat-affected zone and heating of sections adjacent to the heat-affected zone. Moreover, the seam and the heat-affected zone in the range from a temperature of 1100-700 ^o C below the crystallization temperature of the weld metal to 250-200 ^o C are cooled at a speed of 3-25 deg / min, while the areas adjacent to the heat-affected zone are heated to a temperature of 100 -300 ^o C below the temperature of the corresponding section of the seam, cooling at the same speed.

Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что термическая обработка сварного изделия осуществляется одновременно со сваркой. При этом шов и околошовная зона в интервале от температуры на 1100-700^oC ниже температуры кристаллизации металла шва до 750-200^oC охлаждают со скоростью 3-25 град/мин, а соседние с околошовной зоной участки нагревают до температуры на 100-300^oC ниже температуры соответствующего участка шва и охлаждают с такой же скоростью.The difference of the proposed method from the prototype is that the heat treatment of the welded product is carried out simultaneously with welding. In this case, the seam and the heat-affected zone in the range from a temperature of 1100-700 ^o C below the crystallization temperature of the weld metal to 750-200 ^o C are cooled at a speed of 3-25 deg / min, and the areas adjacent to the heat-affected zone are heated to a temperature of 100-300 ^o C below the temperature of the corresponding section of the seam and cool at the same speed.

Техническим результатом предлагаемого способа является уменьшение коробления и величины остаточных макронапряжений и, как следствие, увеличение выхода годного. The technical result of the proposed method is to reduce warpage and the magnitude of residual macrostresses and, as a result, increase yield.

При изготовлении изделий по предлагаемому способу исключается неконтролируемое охлаждение шва и околошовной зоны после сварки, в процессе которого возникают значительные макронапряжения и происходит коробление. Регламентированное охлаждение (V охл.3-25 град/мин) шва и околошовной зоны в интервале от температуры на 1100-700^oC ниже температуры кристаллизации металла шва до 750-200^oC в совокупности с нагревом соседних с околошовной зоной участков способствует осуществлению процессов ползучести, в результате чего происходит релаксация напряжений и, как следствие, значительное уменьшение коробления.In the manufacture of products by the proposed method, uncontrolled cooling of the seam and the heat-affected zone after welding is eliminated, during which significant macrostresses occur and warpage occurs. Regulated cooling (V cooling 3-25 deg / min) of the weld and heat-affected zone in the range from a temperature of 1100-700 ^o C lower than the crystallization temperature of the weld metal to 750-200 ^° C, together with the heating of the areas adjacent to the heat-affected zone contributes to the implementation of the processes creep, resulting in relaxation of stresses and, as a result, a significant reduction in warpage.

Нагрев соседних с околошовной зоной участков увеличивает объем металла, в котором осуществляется ползучесть, что сопровождается уменьшением величины остаточных напряжений, а, с другой стороны, сравнительно низкая температура нагрева (на 100-300^oC) ниже температуры соответствующего участка шва) не способствует росту кристаллитов и уменьшению прочности конструкции.The heating of the areas adjacent to the heat-affected zone increases the volume of the metal in which creep is carried out, which is accompanied by a decrease in the residual stresses, and, on the other hand, the relatively low heating temperature (100-300 ^o C) below the temperature of the corresponding section of the weld) does not contribute to the growth of crystallites and reduced structural strength.

Ограничение параметров предлагаемого способа обусловлено следующим. The limitation of the parameters of the proposed method is due to the following.

Проведение операций сварки и термообработки раздельно сопровождается значительным короблением сварного соединения. Welding and heat treatment operations are separately accompanied by significant warpage of the welded joint.

Повышение температуры начала регламентированного охлаждения вызывает рост кристаллитов металла в околошовной зоне и, как следствие, уменьшение прочности сварного соединения. An increase in the temperature of the beginning of regulated cooling causes the growth of crystallites of the metal in the heat-affected zone and, as a result, a decrease in the strength of the welded joint.

Понижение температуры конца регламентированного охлаждения при термической обработке вызывает уменьшение пластических характеристик металла шва и околошовной зоны вследствие выделения дисперсных частиц упрочняющих фаз. Lowering the temperature of the end of the regulated cooling during heat treatment causes a decrease in the plastic characteristics of the weld metal and the heat-affected zone due to the release of dispersed particles of strengthening phases.

Охлаждение со скоростью более 25 град/мин затрудняет релаксацию напряжений, в результате чего увеличиваются коробление и величина макронапряжений, тогда как охлаждение со скоростью менее 3 град/мин сопровождается огрублением структуры околошовной зоны и уменьшением механических свойства. Cooling at a speed of more than 25 deg / min complicates the relaxation of stresses, as a result of which warping and the magnitude of macrostresses increase, while cooling at a speed of less than 3 deg / min is accompanied by coarsening of the structure of the heat-affected zone and a decrease in mechanical properties.

Предлагаемый способ получения изделий и полуфабрикатов был опробован при сварке листов размером 600х200х1,5 мм из сплава ВТ23, имеющего температуру плавления, равную 1670^oC. Сварку листов проводили с помощью лазерной установки. При осуществлении известного способа (прототипа) листы после сварки подвергали отжигу при 750^oC в течение 30 мин.The proposed method for producing products and semi-finished products was tested when welding sheets of size 600x200x1.5 mm from VT23 alloy having a melting point of 1670 ^° C. The sheets were welded using a laser system. In the implementation of the known method (prototype), the sheets after welding were annealed at 750 ^o C for 30 minutes

Для осуществления предлагаемого способа был изготовлен специальный трехсекционный нагреватель. Центральная секция была предназначена для подогрева сварного шва и околошовной зоны, а боковые секции для нагрева соседних с околошовной зоной участков по обе стороны шва. Причем, температура центральной секции вдоль продольной оси нагревателя изменялась от 950 до 700^oC, а температура боковых секций была на 180^oC ниже температуры центральной секции. Нагреватель был жестко соединен с технологическим лазером. Свариваемые листы после прохождения под технологическим лазером попадали под нагреватель. При этом, скорость перемещения листов и длина нагревателя обеспечивали охлаждение шва со скоростью ≈ 10 град/мин.To implement the proposed method, a special three-section heater was manufactured. The central section was designed to heat the weld and the heat-affected zone, and the side sections were used to heat the sections adjacent to the heat-affected zone on both sides of the weld. Moreover, the temperature of the central section along the longitudinal axis of the heater varied from 950 to 700 ^o C, and the temperature of the side sections was 180 ^o C lower than the temperature of the central section. The heater was rigidly connected to the process laser. The welded sheets after passing under the process laser fell under the heater. Moreover, the speed of movement of the sheets and the length of the heater provided cooling of the seam at a speed of ≈ 10 deg / min.

После сварки определяли прогиб сваренных пластин и величину макронапряжений. Величину макронапряжений определяли с помощью рентгеновского дифрактометра ДАРН-2. After welding, the deflection of the welded plates and the magnitude of macrostresses were determined. The magnitude of macrostresses was determined using a DARN-2 X-ray diffractometer.

Проведенные измерения показали, что после осуществления известного способа стрела прогиба сваренных листов была равна 3-4 мм, а уровень остаточных напряжений σ_остост= 200-270 МПа. После осуществления предлагаемого способа стрела прогиба листов не превышала 0,27-0,53 мм, а уровень остаточных напряжений был равен σ_остост=70-100 МПа.The measurements showed that after the implementation of the known method, the arrow deflection of the welded sheets was 3-4 mm, and the level of residual stresses σ _ost ost = 200-270 MPa. After carrying out the process deflection sheets does not exceed 0,27-0,53 mm, a residual stress σ was equal _ost = east 70-100 MPa.

Таким образом, применение предлагаемого способа получения изделий и полуфабрикатов позволяет в ≈10 раз уменьшить коробление сваренной конструкции и в 2-3 раза уменьшить величину остаточных сварочных напряжений по сравнению с известным способом. Thus, the application of the proposed method for producing products and semi-finished products allows ≈10 times to reduce warpage of the welded structure and 2-3 times to reduce the value of residual welding stresses compared to the known method.

Claims (1)

Способ получения изделий и полуфабрикатов из металлов и сплавов, включающий сварку и последующую термическую обработку, отличающийся тем, что термическую обработку проводят одновременно со сваркой, при этом шов и околошовную зону в интервале от температуры на 1100-700^oC ниже температуры кристаллизации металла шва до 750-200^oC охлаждают со скоростью 3-25 град/мин, а соседние с околошовной зоной участки нагревают до температуры на 100-300^oС ниже температуры соответствующего участка шва и охлаждают с такой же скоростью.A method of obtaining products and semi-finished products from metals and alloys, including welding and subsequent heat treatment, characterized in that the heat treatment is carried out simultaneously with welding, while the seam and heat-affected zone in the range from a temperature of 1100-700 ^o C below the crystallization temperature of the weld metal to 750-200 ^o C are cooled at a speed of 3-25 deg / min, and the areas adjacent to the heat-affected zone are heated to a temperature of 100-300 ^o C below the temperature of the corresponding section of the weld and cooled at the same speed.