Способ изготовления сварных соединений

 

Изобретение относится к сварке и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве тонкостенных конструкций из материалов, свариваемых дуговыми способами сварки в защитных газах и имеющих повышенное требование к надежности сварных соединений и точности их изготовления. Цель изобретения - повышение качества сварного соединения путем достижения равнопрочности и равнопластичности металла шва и околошовной зоны с основным материалом при полном устранении сварочных деформаций коробления и остаточных напряжений. Высококачественные характеристики сварного соединения и конструкции в целом достигаются тем, что в процессе сварки осуществляют пластическое деформирование шва жестко связанными роликами одновременно в двух температурных диапазонах горячей и холодной деформации. Так как одновременно деформируют две зоны шва, то возникающие сжимающие напряжения препятствуют протеканию продольных деформаций и вызывают перераспределение пластических деформаций, в результате чего существенно снижается их уровень. 5 ил.

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИК

РЕСПУБЛИК

А1

09) 01) (5g)$ В 23 K 28/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4364686/31-27 (22) 13. 01 ° 88 (46) 30.06.90. Бюл. N- 24 (71) Калужский филиал МГТУ им. Н.Э.Баумана (72) Г.Ф.Кондаков и А.Н.Мартынов (53) 621.791.75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 789258, кл . В 23 К 28/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Н 155161, кл. С 21 D 9/50, 1963. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ

СОЕДИНЕНИЙ (57) Изобретение относится к сварке и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве тонкостенных конструкций из материалов, свариваемых дуговыми способами сварки в защитных газах и имеющих повышенное требование к надежности сварных соединений и точности их изготовления.

Изобретение относится к сварке и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве тонколистовых и тон= .костенных конструкций из материалов, свариваемых дуговыми способами сварки в защитных гаэах и имеющих повышенное требование к надежности сварных соединений и точности их изготовления.

Цель изобретения — повышение качества сварного соединения путем достижения равнопрочности, равнопластичности металла шва и околошовЦель из о бр ете ния — повышение качества сварного соединения путем достижения равнопрочности и равнопластичности металла шва и околошовной зоны с основным материалом при полном устранении сварочных деформаций коробления и остаточных напряжений.

Высококачественные характеристики сварного соединения и конструкции в целом достигаются тем, что в процессе сварки осуществляют пластическое деформирование шва жестко связанными роликами одновременно в двух температурных диапазонах горячей и холодной деформации. Так как одновременно деформируют две зоны шва, то возникающие ежимающие напряжения препятствуют протеканию продольных деформаций и вызывают перераспределение пластических деформаций, в результате чего существенно снижается их уровень. 5 ил. ной зоны с основным материалом при практически полном устранении свароч= ных деформаций коробления и остаточных напряжений и расширение номенклатуры соединяемых материалов.

На фиг.1 представлена схема осуществления способа устройством с одним силовым приводом; на фиг.2 — то же, с устройством с раздельными силовыми приводами; на фпг.3 — распределение продольных остаточных напряжений в алюминиевом сплаве В92 при различных схемах обработки: а — сварка; б — сварка + прокат ;. Т „=395 С;

1574408

Горелку 1 подводят на расстояние затем возбуждают сварочную дугу и создают требуемое усилие деформиР ОВ ания на каждый Ролик ° Под Hospей 40 ствием нагрузки металл шва под первыи роликом, находящимся в диапазоне горячей деформации, осаживается. Возникшие в процессе |ипавления и кристаллизации дефекты в шве в виде пор, 45 раковин залечиваются, дендритная, крупнозернистая структура разрушается. Центральный участок шва получает мелкозернистую, разориентированную структуру с высокими механическими характеристиками, уменьшаются оста50 точные перемещения конструкции. При этом пластическая деформация шва в горячем состоянии не оказывает существенного влияния на уровень остаточных напряжений (фиг.3) и свойства материала в зоне сплавления, как наиболее ответственной за качество всего соединения (фиг.4,5) ° в — сварка + прокатка Т,=395 C +

СР 0

+ прокатка после сварки Т = 20 С; г — сварка + прокатка Т =395 С + се

+ прокатка Т = 100ОС; д — сварка +

+ (прокатка Т =395 С + прокатка Т о

СР

100 С) в жесткой форме; на фиг.4 распределение твердости по Виккерсу в поперечном сечении сплава В92 при различных схемах обработки; на фиг.5 сопоставление угла изгиба о(и прогиба f при различных схемах обработки.

Способ осуществляют следующим образом.

Перед сваркой в зависимости от ма- 1, 5 териалов, толщины, режима сварки и температурных диапазонов горячей и холодной деформации определяют расчетным путем или экспериментально расстояние I. и L приложения деМ формирующих усилий Р и Р от оси сварочной горелки 1 в процессе сварки. Устанавливают ролики 2 и 3 в корпусе обоймы 4 в соответствии с выбранными Р„ и Р . При использовании 25 одного силового привода 5 необходимое минимальное расстояние L, подбирают путем установки ролика 3 в соответствующее гнездо 6 без перемещения силового привода (фиг.1).

В случае применения раздельных приводов привод 7 на второй ролик 3 имеет независимое перемещение относительно силового привода 8 на первый ролик 2 (фиг.2).

Прокатка металла шва после сварки или одновременно со сваркой в диапазоне холодной деформации вызывает перераспределение остаточных напряжений таким образом, что в шве возникают значительные сжимающие напряжения, а в околошовной зоне уровень максимальных остаточных напряжений (фиг.3) и свойства материала в зоне сплавления (фиг.4, 5) изменяются незначительно.

Это связано с тем, что осадка шва и толщина при прокатке роликами вызывает преимущественное течение металла в очаге деформации в,продольном направлении и заметно меньше в поперечном (фиг.4).

Существенно снижа.ется уровень остаточных напряжений в ОШЗ при практически полном устранении сварочных деформаций коробления, когда второй ролик, находящийся в диа— пазоне холодной деформации, жестко связан с первым роликом, деформирующий металл шва в диапазоне горячей деформации (фиг.3). Благо— приятное перераспределение остаточных напряжений, в этом случае, обусловлено высокой продольной жесткостью прокатного узла, которая препятствует удлинению металла шва на участке Ь -I,„, что создает на входе второго ролика сжимающие напряжения, которые перераспределяют течение металла в очаге от преимущественного продольного, по оси шва, на поперечное. Наличие жесткой связи между первым и вторым роликами изменяет течение металла и под первым роликом, увеличивая степень воздействия осаженных по толщине центральных участков шва на зону сплавления.

Прочность и пластичность зоны сплавления по своим показателям приближаются к основному металлу при практически полном устранении остаточных перемещений (фиг. 4,5).

Реализовать повышенное поперечное течение металла в очаге деформации под роликами с применением жесткой связи между ними возможно как с использованием одного привода, так и с применением раздельных привОдов на каждый ролик (фиг.2). В первом случае достигается компактность узла нагружения, во втором -- возможность плавного, независимого регулирования

4408

5 157 усилия и степени деформации, создаваемой каждым роликом.

Таким образом, одновременная обработка металла шва вслед за дугой жестко связанными роликами, снабженными одним силовым приводом или раздельными в температурных диапазонах горячей и холодной деформации позволяет получить высокий комплекс свойств сварной конструкции путем достижения равнопрочности, равнопластичности металла шва ОШЗ с основным металлом при практически полном устранении сварочных деформаций коробления и остаточных напряжений.

Пример. При сварке трехфаэной дугой стыковых соединений из алюминиевого сплава В92 толщиной

6 мм при значениях тока I,=320 А, I =380 А, Iä=590 А и скорости сварки 20 м/ч. Расстояние между осью сварочной горелки и осью первого ролика L, = 50 мм, что соответствует изменению температуры в очаге деформации от 415-370 С.

Расстояние между осью горелки и вторым прокатывающим роликом, который жестко связан с первым роликом обоймой и обкатывается по усилению шва, L = 150 мм, что соответствует изменению температуры в очаге деформации в интервале 100-95 С. Диаметры прокатных роликов выбраны одинаковыми и равны 30 мм. Усиление на первом ролике при оптимальных степенях деформации в пределах 12-23Х должно быть не более 24 КН, а на вТором ролике степень деформации

1,5-3,5X,усилие не более 16 КН.

Обработка сварного соединения непосредственно в процессе сварки роликами, закрепленными в жесткой обойме, позволила практичесКи полностью устранить остаточные сварочные перемещения (остаточный прогиб на длине

600 мм не более 0,5 .мм), значительно уменьшить уровень остаточных напря5 с женин (меньше 2 МПа) и выравнить прочностные и пластические показатели металла шва зоны соединения с основным материалом. Внедрение данного способа особенно эффективно при изготовлении крупногабаритных конструкций иэ термически упрочняемых сплавов В92, 01911, 01420, ВТ22, ТС6, ВЩЗ и др., так как позволяет при обработке шва воздействовать на зону раэупрочнения и приблизить ее к свойствам основного материала. При этом значительно снижается трудоемкость сборочно-сварочных работ эа счет полу20 чения изделий в процессе сварки без остаточных перемещений и с низким уровнем остаточных напряжений.

25фоPмула изобретения

Способ изготовления сварных соединений, включающий сварку и пластическое деформирование сварного шва, отличающийся. тем, что, с целью повышения качества сварного соединения путем достижения равнопрочпости, равнопластичности металла шва и околошовной зоны с основным материалом при практически полном устранении сварочных де— формаций коробления, остаточных напряжений и расширения номенклатуры соединяемых материалов, пластичес40 кое деформирование осуществляют одновременно в двух температурных зонах шва — горячей и холодной деформации с жестко фиксированным расстоянием между очагами деформации.

1574408

15744 08

Составитель Л.Назарова

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Коданич Корректор Л. Патай

Заказ 1 746 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101