SU1544817A1 - Способ термообработки сварных соединений полос и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к термообработке, в частности, сварных соединений стальных полос и может быть использовано при обработке полос непосредственно за машинами их стыковой сварки. Цель изобретени  - улучшение качества термообработки путем повышени  равномерности нагрева соединени  и увеличени  коэффициента полезного действи . Способ включает двусторонний нагрев сварного соединени  путем пропускани  переменного тока во взаимно противоположных направлени х по индуктирующим проводам. Каждый из проводов располагают с зазором относительно соответственно верхней и нижней поверхностей сваренных полос. Сначала устанавливают одинаковые зазоры между индуктирующими проводами и соответствующей им поверхностью полос и осуществл ют нагрев до точки Кюри, после чего один из зазоров увеличивают в 3-6 раз. Устройство дл  термообработки содержит станину с вертикальными направл ющими, в которой установлен ползун с приводом его перемещени . На станине и ползуне оппозитно друг другу закреплены две пары заж23

11 428032 чебоксары, ленинградска  14-18Изобретение относитс  к синтезу полиуретанов с мочевинными группами в цепи и может быть использовано при изготовлении ударопрочных конструкционных материалов. Изобретение позвол ет повысить прочность покрытий на их основе (до 188 кгс/см²) при одновременном сохранени

Description

Изобретение относитс  к термообработке , в частности сварных соединений стальных полос и может быть использовано при обработке полос непосредственно за машинами их стыковой

сварки.

Цель изобретени  - улучшение качества термообработки путем повышени 

равномерности нагрева соединени  и увеличени  коэффициента полезного действи .

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство при зажатых в нем сваренных полосах, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 (в положении нагрева соединени  до температуры, близ

315448

кой к точке Кюри); на фиг.З - то же, i положении нагрева соединени  до температуры , превышающей точку Кюри и to4Ky AC5; на фиг,4 - схема индуктируемых в сваренных полосах токов при продольном магнитном поле; на фиг.З - Схема индуктируемых в сваренных полосах токов при поперечном магнитном (голе; на фиг.6 - зависимость предель- д йой температуры нагрева от соотношени  зазоров; на фиг.7 - зависимость Перепада температуры по кра м и в средней части соединени  и КПД нагре

Ја от соотношени  зазоров.

При осуществлении предложенного способа над и под сварным швом полос располагают индуктирующие провода h подсоедин ют их к источнику тока (гак 5 чтобы направление тока в них Ьыпо противоположное. Сначала устанавливают одинаковые зазоры между проводами и соответствующей им поверхностыо полос и осуществл ют нагрев рша до точки Кюри. Затем устанавлива|ют указанные зазоры разными и осу- ществл ют нагрев выше точки Кюри. I При опытной проверке предложенного способа брали сварные соединени  полос толщиной 4 мм и шириной 1550 мм из стали 65Г.

В первой серии опытов с самого начала устанавливали различные зазоры между проводниками индуктора и соответствующей поверхностью сваренных полос U и Л-2. В результате установ- лено, что с увеличением соотношени  &,/ повышаетс  предельна  температура нагрева (фигаб). При этом с ростом температуры существенно возрастает неравномерность нагрева вдоль соединени . Так, если при нагреве до 750°С разность температур по кра м и в средней части соединени  составл ет всего 15°С, то при нагреве до 950°С неравномерность нагрева достигает 150°С (крива  М1 на сЬиг.7), Это приводит к снижению качества термообработки соединени  в целом. Именно поэтому при назначении такого вида термообработки задают допускаемое отклонение температуры нагрева не более 30°С.

Кроме того, при таких услови х про

ведени  процесса с ростом температуры нагрева резко падает КПД индукционного нагрева,. Так, при нагреве до 950 С и.необходимости установки соотношени  упом нутых зазоров Д( :

д

5

0

0

5

5

0

5

0

5

174

: А, 6,0 КПД индукционного нагрева составл ет всего лишь 25%,

Во второй серии опытов в соответствии с предложенным способом проводили процесс нагрева в две стадии: сначала при одинаковых зазорах Д. k 2 (нагрев до 720°с), а затем при соотношении зазоров &., : & 6,0. При нагреве до 950 С неравномерность нагрева составл ет 30 С (крива  &.Т на фиг.7), а КПД - 70% (крива  g4). Достаточно высока  равномерность нагрева по длине соединени  при предложенном способе св зана с тем, что на первой стадии (при одинаковых зазорах , т.е. при нагреве в продольном магнитном поле) разность температур вдоль соединени  не превосходит 5° С, и хот  на второй стадии (при разных зазорах) неравномерность нагрева возрастает , однако, так как на этой стадии осуществл етс  лишь подогрев от 720 до 950°С, то в целом неравномерность нагрева оказываетс  удовлетворительной дл  этого вида термообработ- ки„ Если нагрев начинают сразу при разных зазорах ( U, : Л 6,0), т.е. в продольно-поперечном магнитном поле , то разность конечной и начальной температур нагрева в продольно-поперечном поле несопоставимо больше, чем при нагреве в две стадии, следствием чего и  вл етс  высока  неравномерность температуры по длине соединени .

Более высокий КПД при использовании предложенного способа св зан с тем, что первую стадию нагрева (до 720°С) осуществл ют при одинаковых зазорах, когда потери энергии минимальны . И хот  на второй стадии при увеличении одного из зазоров в несколько раз (от 3 до 6) кпд начинает значительно падать, однако так как эта стади  непродолжительна и на ней осуществл етс  подогрев от 720 до 950°С КПД процесса нагрева в целом сказываетс  существенно выше, чем при нагреве соединени  при тех же зазорах, но с самого начала, т.е. в одну стадию.

Пример. У сварных соединений полос сечением мм из стали 65Г на первой стадии размещали индуктирующие провода с обеих сторон соединени  на рассто нии от поверхности полос Л, . 15 мм. Через провода во взаимно противоположных направлени х пропускали переменный ток. При. таком положении проводов соединение нагревали до 720°С. Затем один из проводов перемещали на рассто ние 30 мм от поверхности полос и соединение нагревали до 750°С. Неравномерность нагрева по длине .сварного птва на первой стадии составл ла 5 .С, а на второй - 8°С КПД нагрева составл л 88%„ При установке на старой стадии нагрева зазора между одним проводом и соответствующей поверхностью полос &, 105 мм (зазор &а 15 м) КВД снижаетс  до 60%, а неравномерность нагрева по длине шва увеличиваетс  до 60°С. Предельна  температура нагрева достигает при этом 1000 С. Данные по результатам нагрева при раз .процессе термообработки, В ползуне 4 выполнены дополнительные вертикальные направл ющие втулки 8, с возможностью перемещени  в которых установлена тра верса 9, дополнительные направл ющие штанги 10 которой проход т через втул ки 8. На траверсе 9 жестко закреплен шихтованный магнитопровод И, изолнро

jg ванный от нее прокладкой 12 из не-,, электропроводного материала, например стеклотекстолита. Второй шихтованный магнИтопровод 13 жестко закреплен на нижней поперечине 1 станины и изолй15 рован от нее прокладкой 14 из неэлект ропроводного материала.

Дл  обеспечени  регулировани  рассто ни  между магнитопроводом 13 и нижней поверхностью сваренных полос

личном рассто нии от одного из прово- 20 (что соответствует верхней поверхности зажимных планок 7, закрепленных на нижней поперечине 1 станины) предусмотрена проставка 15, В пазу каждого из шихтованных магнитопроводов 11 и 13 уложен индуктирующий провод .16 и 17 соответственно. Одни концы- индуктирующих проводов 16 и 17 соедов до поверхности полос -на второй стадии нагрева приведены в таблице, из которых следует, что достаточно высока  равномерность нагрева сварного соединени  ( &Т Ј 30°с) обеспечи- 25 ваетс  при соотношении рассто ний &, и U.2на второй стадии нагрева до k,. 6« КПД при этом не ниже 70%.

Предлагаемое устройство содержит станину, выполненную из нижней 1 и верхней 2 поперечин, скрепленных четырьм  вертикальными направл ющими 3„ На направл ющих 3 установлен ползун 4, св занный с приводом его перемещени  В ВИДе ДВУХ ЦИЛИНДРОВ 5, КОр

пуса которых закреплены на верхней поперечине .2 станины. В ползуне 4 запрессованы вкладыши 6, сопр гаемые с направл ющими 3. На станине (на нижней ее поперечине 1) и на ползуне 4 оппозитно друг другу закреплены две п ары зажимных планок 7, предназначенных дл  удержани  сваренных полос по обе стороны от соединени  в

544817

.процессе термообработки, В ползуне 4 выполнены дополнительные вертикальные направл ющие втулки 8, с возможностью перемещени  в которых установлена траверса 9, дополнительные направл ющие штанги 10 которой проход т через втулки 8. На траверсе 9 жестко закреплен шихтованный магнитопровод И, изолнроjg ванный от нее прокладкой 12 из не-,, электропроводного материала, например стеклотекстолита. Второй шихтованный магнИтопровод 13 жестко закреплен на нижней поперечине 1 станины и изолй15 рован от нее прокладкой 14 из неэлектропроводного материала.

Дл  обеспечени  регулировани  рассто ни  между магнитопроводом 13 и нижней поверхностью сваренных полос

5

0

5

0

5

Q

5

ти зажимных планок 7, закрепленных на нижней поперечине 1 станины) предусмотрена проставка 15, В пазу каждого из шихтованных магнитопроводов 11 и 13 уложен индуктирующий провод .16 и 17 соответственно. Одни концы- индуктирующих проводов 16 и 17 сое (динепы между собой посредством гибкого электрического провода 18, а другие их концы соединены с источником переменного тока (не показан),.Индуктирующие провода 16 и 17 выполнены пр моугольного сечени  и полыми и соединены с источником охлаждающей жидкости (не показан). Траверса 9 св зана с приводом ее перемещени ,, установленным на ползуне 4. Привод перемещени  траверсы включает в себ  двигатель 19, два черв чных редуктора 20 и 21 и два винта 22 и 23. Черв чные валы 24 и 25 редукторов соединены с концами двигател  19, а в черв чных колесах 26 и 27 выполнена резьба, с которой сопр гаютс  винты 22 и 23о Траверса 9 соединена с винтами 22 и 23 через цилиндрические шарниры 28 и 29. В системе управле .ни  двигателем 19 привода перемещени  траверсы предусмотрено несколько программ (не показано), кажда  из которых соответствует тому-или иному виду термообработки.

Предлагаемое устройство используют следующим образом.

В исходном положении (не показано) ползун .4 с помощью привода его перемещени  (цилиндров 5) подн т в крайнее верхнее положение дл  обеспечени  свободного прохождени  сваренных

полос в зазоре между зажимными планками 7, закрепленными на нижней поперечине 1 и ползуне 4. Сваренные полосы 30 подают в устройство и оста

Навливают в таком положении, при котором сварное соединение (гаов) 31 будет расположено на продольной оси индуктирующих проводов 16 и 17. Включением ЦИЛИНДРОВ 5 ПОЛЗУН 4 опускают

.6 крайнее нижнее положение, и две пары зажимных планок 7 зажимают сваренные полосы 30 по обе стороны от сварного соединени  (шва) 31,

При необходимости проведени  высо- кого отпуска (низкого отжига), при котором сварное соединение нужно нагреть до температуры пор дка 700°С, т.е. несколько ниже точки Кюри, включением двигател  19 на отработку соответствующей программы перемещают траверсу 9 в такое положение, при котором зазор &(между индуктирующим проводом 16, уложенным в закрепленном на траверсе 9 магнитопроводе 11, и верхней поверхностью сваренных полос 30 (или сварного соединени  31) будет равен зазору Д между индуктирующим проводом 17, уложенным в закрепленном на нижней поперечине 1 ста- нины магнитопроводе 13, и нижней поверхностью сваренных полос 30 (или сварного соединени  31).

При.проведении конкретного режима термообработки сварного соединени  полос сечением мм из стали 65Г, свареннных контактной стыковой тваркой оплавлением, упом нутые зазоры &(и & а устанавливали равными по 15

Затем включают источник переменного тока (не показан) При этом переменный ток протекает по индуктирующим проводам 16 и 17 в противоположных направлени х, и результирующий магнитный поток направлен вдоль сваренных полос перпендикул рно сварному соединению (стыку) по всей его длине , а индуктированный в сваренных полосах ток 1 замыкаетс  по перимет- ру .их поперечного сечени , т.е. в плоскост х, параллельных плоскости сварного соединени  (как доказано на фиг,4). В этом случае имеет место нагрев в продольном магнитном поле, особенностью которого, как известно,  вл етс  равномерный нагрев полос до температуры, близкой к -точке магнитных превращений (720°С) ,

$ 0 5 0

$ 0

5 Q 5

При проведении конкретного режима на указанных сварных соединени х с использованием источников переменного тока со следующими электрическими параметрами: частота тока f 8 кГц, напр жение генератора Ur 750 В, ток генератора Тг 300 А, емкость конденсаторной батареи С 120 мкФ, ток в контуре I, 2500 А и мощность нагрева Рг 80 кВА, врем  нагрева соединени  до 720°С составл ло 10 с. При этом разность температур по ширине полос (длине сварного соединени )

не превосходила 5°С,

После достижени  температуры нагре-, ва зоны стыка в 720°С источник переменного тока оставл ют включенным еще в течение 20-40с, однако так как стальна  полоса при этой температуре становитс  прозрачной дл  частот машинных генераторов, дальнейшее повышение температуры сварного соединени  не происходит. В этот период происходит изотермическа  выдержка,, Затем источник переменного тока выключают . Охлаждение соединени  осуществл етс  на воздухе в течение 5- 25с „ Термообработка (нижний отжиг) закончилась. После этого включают цилиндры 5 привода перемещени  ползуна 4, и последний совместно с закрепленным на нем приводом перемещени  траверсы и с самой траверсой 9 поднимаетс  по основным вертикальным направл ющим 3 станины в крайнее верхнее положение. Закрепленные на ползуне 4 зажимные планки 7 освобождают сваренные полосы 30 дл  продвижени  их в соответствии с последующей технологией . После установки следующего сварного соединени  31 по оси индуктирующих проводов 16 и 17 устройство вновь готово к проведению термообработки ,

При необходимости проведени  нор- мализациоиного отжига, при котором сварное соединение нужно нагреть до температуры, превышающей точку АСз на 50-100°С, т.е. существенно выше точки Кюри, поступают следующим образом .

Включают привод перемещени  ползуна 4 (цилиндры 5), и ползун 4 опускаетс  в крайнее положение. При этом tсварные полосы 30 оказываютс  зажатыми между двум  парами зажимных планок 7 по обе стороны от сварного соединени . После этого включают соответствующую этому виду термообработки программу в системе управлени  (не показана) двигателем 19 привода перемещени  траверсы 9, при которой процесс нагрева сварного соединени  31 (зоны стыка) будет .осуществл тьс  в две стадии. На первой стадии траверсу 9 опускают в такое положа- ние, при котором зазор &, между индуктирующим проводом 16 и верхней поверхностью сварного соединени  31 окажетс  равным зазору &„ между индуктирующим проводом 17 и нижней по- верхностью сварного соединени  31. Затем включают источник переменного тока-(не показан). При таком положе- нии, как и при приведенном выше режиме , имеет место нагрев в продоль- ном магнитном прле„

При достижении температуры нагрева сварного соединени  31, близкой к точке Кюри, двигатель 19 привода перемещени  траверсы 9 отрабатывает вторую стадию заложенной в систему управлени  программы, и траверса 9 поднимаетс  по выполненным в ползуне 4 дополнительным вертикальным направл ющим 8 в такое положение, при котором зазор &,между закрепленным на ней индуктирующим проводом 16 и верхней поверхностью сварного соединени  31 становитс  в 3-6 раз (в зависимости

от параметров сваренных полос и часто - ты подводимого к индуктору тока) больше первоначального и, следовательно, больше зазора & между индуктирующим проводом 17 и нижней поверхностью сварного соединени  31. Индуктор остаетс  по прежнему подключенным к источнику переменного токаа Начинаетс  втора  стади  нагрева, характеризующа с  тем, что нар ду с имевшим до этого место продольным магнитным полем воз- никает также и поперечное магнитное поле как результат того, что часть магнитного потока, создаваемого ближайшим к сварному соединению индукти- (Рующим проводом 17, из-за относителв- ной удаленности индуктирующего провода 16 становитс  направленной перпендикул рно поверхности сваренных полос 30 и параллельно сварному соединению (стыку) по всей его длине и замыкаетс , пронизыва  попосы по обе стороны от сварного соединени  31, а индуктированный этой частью магнитного потока ток i замыкаетс  в сваренных полосах в плоскост х, перпендикул рных плоскости сварного соединени , по обе стороны от него (как показано на фиг о 5)

Это и позвол ет предварительно наретому на первой стадии сварному соединению сообщить дополнительную темпратуру и довести ее до 850-900 С, При этом благодар  тому,что. на перво стадии нагрев осуществл лс  при положении индуктирующих приводов 16 и 17, обеспечивающих продольное магнитное поле, результатом котгорого  вл етс  довольно высока  равномерность нагрева по длине сварного соединени  (неравномерность нагрева до температуры, близкой к 720 С, не превосходит 5°С), дополнительный подогрев соединени  31 до 850-900°С при положении индуктирующих проводов 16 и 17, обеспечивающих продольно-поперечное магнитное поле, несмотр  на то, что нагреву чисто поперечным магнитным полем присуща относительно высока  неравномерность (до 200-2506С по длине соединени ), в целом дает относительно хорошую равномерность температуры (разность температуры по длине соединени  не превосходит 30 С) При указанных сварных соединени х и источнике переменного тока продолжительность второй стадии нагрева составл ет , Затем следует выдержка в течение 3-1 Ос, после чего при включенном источнике переменного тока двигатель 19,отрабатыва  соответствующую программу системы управлени  передает движение через черв чные валы 24 и 25, черв чные колеса 26 и 27 и винты 22 и 23 траверсе 9, и она опускаетс  в первоначальное положение , при котором зазор Д между индуктирующим проводом 16 и верхней поверхностью соединени  31 становитс  равным зазору Д между индуктирующим проводом 17 и нижней поверхностью соединени  31. В этом положен нии происходит изотермическа  выдержка в течение примерно 20с. Затем источник переменного тока выключают и происходит охлаждение сварного соединени  на воздухе в течение 5-25с

Проведенный режим термообработки - нормализаци  с последующим высоким отпуском (изотермический отжиг) - позвол ет исправить дефектное крупнозернистое строение металла сварного соединени  и добитьс  практически

о

однородности свойства металла свар- Vroro соединени  и основного металла полос. После этого включают цилиндры 5 привода перемещени  ползуна. Ползун 4 вместе с закрепленными на нем за- ж|имными планками 7 и вместе с травер- с|ой 9, несущей на себе шихтованный м;агнитопровод 1 1 и индуктирующий про- в{од 16, поднимаетс  в исходное поло- ж|ение. Сварные полосы 30 можно транспортировать через устройство и передрав атъ к месту дальнейшей их переработки .

При необходимости предложенное Устройство позвол ет проводить пик- Яический или так называемый ма тниковый отжиг, который может быть Осуществлен многократным чередочани- 4м подъема и опускани  траверсы 9 Соответственно в положение, при котором зазор Л,( будет в 3-6 раз бопьте Зазора &г , ив положение, при котором зазор Д.ч будет рав ен зазору г; ему будет соответствовать нагрев со- (динени  до 850-900° С и выдержка при (температуре пор дка 700°С,

Такой вид термообработки позвол ет Добитьс  полной фазовой перекристаллизации и устранени  крупнозернисто- Го строени  металла в зоне сварного Соединени  с признаками зидманштето- fioft структуры и других дефектных структур, которые другими видами тер- ообработки устранить невозможно или (затруднительно.

При этом следует дополнительно отметить то преимущество предложенного устройстваэ что оно позвол ет проводить различные виды термообработки (различные стадии нагрева, выдержки и охлаждени  сварного соединени  полос ) при неизменном положении этого соединени  в одном устройстве (в его зажимных планках). Это приводи- к повышению производительности процесса за счет исключени  необходимости передачи сваренных полос из одного нагревательного устройства в другое и св занных с этимч передачами потерь рабочего времени, что особенно актуально при термообработке сварных соединений полос непосредственно з пинии высокопроизводительных непоерып- ных агрегатов, перерабатывающие по- лосовой прокат, так как с длит эль-нос тью термообработки св зан необходимый запас петли полосового проката между устройством рлп термоэбрлбг.тки сварных соединении полос и непрерывным агрегатом (травильным агрегатом или прокатным станом).

Устройство обладает высоким КПД при нагреве, так как обе стадии нагрева осуществл ютс  без транспортировки сваренных полос из одного устройства дл  термообработки в другое, и потому св занных с транспортировкой тепловых потерь не происходит,, Не происходит короблени  полос в зоне сварного соединени , так как сваренные полосы удерживаютс  зажимными планками по обе стороны от сварного соединени  (причем вблизи его) в течение всего процесса термообработки (т„е, в продолжении любой стадии нагрева, гыцержки и охлаждени  или повторных циклов термообработки при ма тниковом отжиге)„

Таким образом}Выполнение устройства в соответствии с изобретением позвол ет расширить его технологические возможности, создава  услови  дл  проведени  большого количества различных видов .термообработки.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1, Способ термообработки сварных соединений полос, включающий двусторонний нагрев сварного соединени  путем пропускани  переменного тока во взаимно противбположных направлени х по индуктирующим проводам, каждый из которых располагают с зазором относительно соответственно верхней и нижней поверхностей сваренных полос, о т- личающийс  тем, что, с целью улучшени  качества термообработки путем повышени  равномерности нагрева соединени  и увеличени  КПД, нагрев до точки Кюри производ т при одинаковых зазорах между индуктирующими. проводами и соответствующей им поверхностью полос, а затем один из зазоров увеличивают в 3-6 раз0
2. 2. Устройство дл  термообработки сварных соединений полос, содержащее станину с вертикальными направл ющими , установленный на них ползун с приводом его перемещени , две пары зажимных планок, закрепленных оппозит- но одна относительно другой соответственно на станине и ползуне, а также индуктор, соединенный с источником переменного тока и состо щий из двух индуктирующих троводов, каждый

   из которых уложен в па  магнитоирово- да, причем один из них соединен с ползуном, а другой - со станиной, отличающеес  тем, что, с целью улучшени  качества термообработки путем повышени  равномерности нагрева соединени  и увеличени  КПД,

   оно снабжено дополнительными вертикальными направл ющими штангами и траверсой с приводом перемещени , при этом дополнительные направл ющие штанги закреплены на траверсе и размещены в ползуне, а магнитопровод ползуна закреплен на траверсе.

   20 26

   Фие.1

   -

   24 19 25 27 21

   v-v

   Ъъпф

   Z18VVSI

   30

   Фиг. i/

   Фиг.5

   30

   /

   Я

   30

   We i

   00 Z 3 V S 5 Фие.7