ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СВАРНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Особенности термической обработки свар н 1.1 х деталей. Даже при идеальном ведении процесса сварки ма­териал сварного соединения в местах наложения шва и прилегающих к нему зон резко меняет свое состояние. Сварной металл шва имеет структуру литого металла с четко выраженным перегревом, а металл прилегающих к шву зон — структуру, представляющую переход от структуры литого металла шва к структуре основного металла, со следами перегрева, наиболее заметного непосредственно около шва и уменьшающегося по мере удаления от него.

"Кроме того, при сварке любым методом деталей, изготовленных из легированных сталей, в особенности малых толщин (0,5—2 мм), металл в зонах, смежных со сварочным швом, нагреваясь до температур выше точек Асх и Ас3, закаливается.

Специфической особенностью электродуговой сварки является то, что при горении дуги происходит ионизация азота и кислорода воз­духа, вследствие чего расплавленный металл шва поглощает азот, образующий нитриды, твердые и хрупкие иглы которых, выделяясь внутри и по границам зерен, способствуют появлению трещин. Нитриды появляются в сварных швах при сварке и короткой и длинной дугой, изменяется лишь количество их: при короткой дуге нитридов значи­тельно меньше, чем при длинной.

Производство самолетов—По—14

Структурные изменения, образование нитридов в сварном соеди­нении и резко выраженная зональность понижают механические свойства металла и вызывают трещины, возникающие как в процессе изготовления детали, так и во время эксплоатации. Чтобы избе­жать этого, применяют термическую обработку сварных деталей.

Особенность термической обработки сварных деталей самолета заключается в весьма большом разнообразии режимов термообра­ботки по назначению (предварительная, промежуточная, оконча­тельная и повторная термообработки), а также в разнообразии сварных деталей по качеству применяемого материала, по сложности конструкции, по габаритным размерам и толщинам сочетаемых в сварных соединениях элементов.

Успех термообработки сварной детали в значительной степени зависит от рационального метода термообработки, соответствующего конструкции данной детали.

Предварительная и промежуточная термо­обработка. Предварительную термообработку применяют в случаях:

1. Когда материал находится в состоянии, не соответствующем требованиям технологического процесса, т. е. нормализован — н ы й или закаленный вместо отожженного, нагартован — ный — вместо мягкого или со строчечной структурой.

2. Когда заготовки надо согнуть, профилировать, штамповать в холодном виде или сваривать.

3. Когда сварную деталь требуется подготовить к окончательной термообработке. Эта подготовка применяется только к сложным сварным узлам, фермам и простым деталям, не проходившим про­межуточных термообработок при их изготовлении, и имеет целью предупредить излишнюю поводку и образование трещин при оконча­тельной термообработке.

В качестве предварительной термообработки для перекристалли­зации металла применяют изотермический отжиг (для легированных сталей) и нормализацию (для малоуглеродистых сталей), а для устранения внутренних напряжений или нагартовки — низкий отжиг.

Промежуточную термообработку применяют в тех случаях, когда необходимо устранить полученные металлом при механической обра­ботке или при сварке внутренние напряжения и подготовить деталь для последующих технологических операций (штамповка, выправка, сварка).

Промежуточная термообработка заключается в изотермическом отжиге деталей, изготовленных из легированных сталей, и нормализа­ции деталей, изготовленных из малоуглеродистой стали, если значи­тельной выправке подвергают вместе с элементами детали и ее сварочные швы.

Детали, изготовленные из легированных и малоуглеродистых ста­лей, для устранения внутренних напряжений и при незначитель­ной выправке перед последующими операциями подвергают низкому

отжигу» а для перевода нитридов в твердый раствор, т. е. для унич­тожения хрупкости в сварных соединениях, выполненных электро — дуговой сваркой, при правке детали применяют закалку при низких температурах.

Изотермический отжиг заключается в постепенном нагреве детали до 880 ± 10°, выдержке при температуре 650± 10° для распада аустенита и охлаждении в спокойном воздухе. Для по­степенного нагревания деталей применяют специальную методическую печь или две печи периодического действия. В одной из них подогре­вают детали до 500—550°, а в другой окончательно нагревают до 880 10°. После выдержки детали переносят в печь с температурой

650 Д — 10°. Время выдержки зависит от толщины элементов детали. Если деталь собрана из материала разной толщины, то время выдержки устанавливается по наиболее толстому элементу детали (табл. 37). Изотермический отжиг при отсутствии оборудования заменяется нормализацией с последующим отпуском.

Таблица 37 Время выдержки (в мин.) при изотермическом отжиге и нормализации Толщина мате­риала мм При подогреве до 500-550° При окончатель­ном нагреве до 880+10° или 880 ± 15° [18] При распаде аустенита 650+ 10° До 1 5 5 25 1,5-2,5 7 7 30 3—5 10 10 30 б—8 12 12 40 9-12 15 15 40 13-20 20 20 50

Нормализация детали заключается в постепенном на­греве до 880 ± 10°, выдержке при этой температуре и охлаждении на спокойном воздухе.

Постепенное нагревание обеспечивается теми же средствами, что и при изотермическом отжиге. Время выдержки берется по табл. 37 для изотермического отжига.

Закалка с низких температур или, как ее иначе называют, «закалка нитридов», заключается в нагревании детали до 660 ± 10°, выдержке при этой температуре и охлаждении ее в воде, нагретой до 70 і 10“, или масле с температурой 40 ^ 10°. Время выдержки указано в табл. 38.

с одной стороны

певшего различные механические и термические воздействия, другой—придать деталям необходимые механические свойства.

Для окончательной термообработки деталей, изготовленных из ле — тированных сталей, хромомолибденовой и хромансилевой, как пра­вило, применяют закалку с последующим отпуском, а для деталей изготовленных из малоуглеродистой и марганцовистой сталей, при меняют нормализацию

Для деталей из хромансилевой стали нормализация как оконча­тельная термообработка не рекомендуется вследствие большого диапазона крепостей, получаемых элементами детали, и падени: пределов пропорциональности и усталости. Нормализованный хро мансилевый лист толщиной 1—4 мм дает в различных участка) различную крепость — от 75 до 120 кг/мм2 при удлинении от 17 7%. Для деталей из марганцовистой стали, наоборот, непригодна закалка с отпуском как окончательная термообработка вследствие наличия в структуре закаленного металла свободного феррита, что резко понижает сопротивляемость усталости.

Сварной узел собирается из элементарных деталей, изготовлен­ных из металла различных плавок, а следовательно, имеющих различ­ный химический состав и величину первичного зерна и своеобразно реагирующих на термообработку. Получить одинаковую крепость при термообработке всех элементов сложной сварной конструкции, кроме вышеуказанного имеющих различную толщину и своеобраз­ное расположение в конструкции, невозможно. Поэтому дают допуск на крепость при окончательной термообработке детали или узла в пределах 20 кг/мм2, что соответствует производственным возмож­ностям при условии соотношения толщин элементов узла, не пре­вышающих 1 : 4. Допуск на крепость при термообработке сварной детали обычно указывается в чертеже.

Окончательная термообработка состоит из двух термических операций — закалки и отпуска.

Для закалки детали постепенно нагревают* до 880 і 10°, выдер­живают при этой температуре и охлаждают в масле с температурой 20—50е. Постепенное нагревание детали осуществляется теми же средствами, что и при изотермическом отжиге, т. е. деталь нагревают сначала до 550° в одной печи и затем уже переносят во вторую печь с температурой 880".

Время выдержки при нагреве зависит от толщины элементов свар­ной детали (табл. 39). При наличии в детали элементов различной толщины время выдержки определяется по элементу наибольшей тол­щины.

Таблица 39 Время выдержки (в мин.) при окончательной_закалке Толщииа элементов детали, мм При подогреве до 500—550° При окончательном нагреве до 880+10° или 880+15° 1 До 1 5 5 1.2—2,5 7 7 3—5 10 10 G—8 12 12 9—12 15 15 13—20 20 20

Рекомендуется строго придерживаться установленного времени выдержки при 880 ± 10°. В виде исключения можно допускать пере­держку при подогреве (температура 500—550°), но не более чем в два раза.

Температура нагревания закаленных деталей для отпуска зависит от того, каким сопротивлением разрыву должна обладать готовая деталь.

Для деталей, изготовленных из хромомолибденовой стали, можно руководствоваться следующими данными:

Сопротивление
разрыву
кг)мм’1
160—180
120—140
100—120
70— 90

Температуры отпуска деталей из хромансилевой стали прини­мают на 30° выше, чем для хромомолибденовой стали, за исключением того случая, когда необходимо получить сопротивление 160— 180 кг/мм*; тогда температура для хромансилевой стали не изменяется.

Длительность выдержки при этих температурах отпуска такая же, как и при закалке при низких температурах (см. табл. 38). Детали, сваренные электродуговой сваркой, после отпуска рекомендуется

1 Температура нагрева 880 ± 15° для больших нефтяных печей.

охлаждать в холодном (20—50°) масле, выдерживая их 10—30 сек. Я и окончательно охлаждая на воздухе. Детали, сваренные другими™ методами сварки, охлаждают на воздухе. j

Повторную термообработку производят в случаях, когда деталь* после окончательной термообработки покороблена настолько, чтоЯ выправить ее в закаленном состоянии невозможно, или в закаленной» детали обнаружен дефектный элемент, который необходимо заме-* нить, или в закаленной детали необходимо подварить трещины, или* же деталь закалена недостаточно, т. е. оказалась заниженной твер-И дости. Во всех этих случаях, прежде чем подвергнуть деталь какимЯ либо механическим операциям, ее необходимо, в зависимости от* характера доработки, подвергнуть изотермическому, или низкому,* отжигу, затем произвести необходимые доделки, а потом вновь* подвернуть низкому отжигу и, наконец, произвести вторичную, окон-.* нательную, термообработку. Повторную закалку можно допускать* не более одного раза.