СПОСОБ ОБРАБОТКИ КОЛЬЦЕВЫХ СВАРНЫХ ШВОВ СТЫКОВ ТРУБ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1995 года по МПК B23K31/02 

Изобретение относится к сварочной технологии и может быть использовано при получении трубопроводных сварочных соединений.

Известны способы деформации материала сварного шва. Один из них заключается в силовом воздействии одной трубы на другую при предварительном подогреве свариваемых зон труб до температуры расплавления их кромочных зон (см.Попков О.С. и Хоменко В.И. Контактные установки для сварки газонефтепродуктов. М. Высшая школа 1989, с.111 р.67а). Однако, обеспечивая создание при остывании металла режима высокого отпуска и позволяя тем самым снять остаточные деформации и напряжение в соединении (за счет стабильности его неустойчивых фазоструктурных составляющих), т. е. позволяя получить в шве деформационную структуру, эквивалентную структуре металла внекромочных зон труб, способ весьма энергоемок.

Наиболее близким техническим решением к изобретению, принятым за прототип, является способ деформации материала сварного шва, заключающийся в силовом воздействии на материал шва в его холодном или подогретом состоянии путем высокоскоростной проковки (см.Сагалович В.М. и Савельев В.Ф. Стабильность сварных соединений и конструкций. М. Машиностроение, 1986, с.198, 9.3.2).

Недостатком известного технического решения, характеризующегося в своем главном экономичном варианте отсутствием необходимости послесварочной термообработки сварного соединения, является, как показали исследования, появление в металле шва уровня его деформативной способности менее 20% что недостаточно для существенного снятия остаточных напряжений в соединении и превращения его литой хрупкой структуры в деформационную структуру, близкую структуре материала свариваемых элементов.

Целью изобретения является превращение литой структуры поперечного шва двух труб в деформационную структуру, близкую структуре металла труб.

Для достижения указанной цели в первом варианте способа деформации материала сварного шва, заключающемся в силовом воздействии на материал шва в его подогретом состоянии, силовое воздействие на материал шва осуществляют осевым поворотом одной трубы относительно другой при температуре в диапазоне 0,5-0,8 Т_пл, где Т_пл температура плавления материала шва, при этом поворот выполняют на угол, соответствующий величине окружного сдвига трубы на величину (0,5-1,0)B, где B ширина сварного шва.

Кроме того, силовое сдвиговое воздействие осуществляют на материал шва, имеющего толщину, уступающую на 20% толщине стенки трубы, и дополняют одновременно выполняемым осаживанием труб навстречу друг другу до достижения толщиной шва величины, равной толщине стенки труб.

Для достижения той же цели во втором варианте способа деформации материала сварного шва, заключающемся в силовом воздействии материала шва в его подогретом состоянии, сварной шов в расплавленном состоянии поперечно растягивают до утонения на 20% а силовое воздействия выполняют осаживанием труб при температуре в диапазоне (0,5-0,8) Т_пл.

Способ деформации материала сварного шва по первому варианту реализуют следующим образом. Материал сварного шва разогревают до температуры в диапазоне (0,5-0,8) Т_пл, где Т_пл температура плавления материала шва при сварке, и осуществляют осевой поворот одной трубы относительно другой на угол, соответствующий величине окружного сдвига трубы на величину (0,5-0,1) B, где B ширина сварного шва. В результате указанного поворота при указанной температуре возникает уплотнение материала шва, появляется сцепление зерен (кристаллов) структурной решетки между собой за счет взаимовлияния, идет процесс преобразования вытянутой формы зерен в более компактную объемную форму. Все это создает условия для проскальзывания зерен друг относительно друга при нагружении сварочного соединения, устраняет хрупкость, т.е. обеспечивает превращение рыхлой литой структуры шва в деформационную структуру, близкую структуре свариваемых элементов.

Еще большего эффекта можно добиться, если поворотное силовое воздействие осуществить в отношение шва, имеющего толщину, уступающую на 20% толщине стенки трубы, и этот поворот совмещать с осаживанием труб навстречу друг другу до достижения толщиной шва величины, равной толщине стенки труб.

Наиболее эффективно способ реализуется как дополнение к процессу контактной сварки труб, поскольку специального разогрева шва не требуется, а достаточно использовать тепло остывания стыка после его плавления. Достаточно губки контактного механизма, обеспечивающие захват пристыковываемой трубы, оснастить штангами-поворачивателями, а обе свариваемые трубы расположить на ложе, соблюдающем соосность этих труб, чтобы при появлении в процессе остывания стыка указанной выше температуры легко обеспечить реализацию способа.

Таким образом, благодаря использованию для силового воздействия на металл шва осевого поворота одной трубы относительно другой при температуре равной (0,5-0,8) температуры плавления и выполнению поворота на определенный угол обеспечено создание деформации металла шва не менее, чем на 20% что в свою очередь обеспечивает превышение литой структуры поперечного шва двух труб в деформационную структуру, близкую структуре металла этих труб.

Согласно второму варианту способ деформации материала сварного шва реализуют следующим образом, причем наиболее эффективно при контактной сварке труб. Сварной шов в расплавленном состоянии поперечно растягивают до утонения на 20% а затем осуществляют силовое воздействие на сварной шов осаживанием труб при температуре в диапазоне (0,5-0,8) Т_пл. Практически осаживание можно выполнить сразу же после прекращения подачи электроэнергии в зону расплава.

Таким образом, благодаря тому, что сварной шов в расплавленном состоянии поперечно растягивают до утонения на 20% а силовое воздействие выполняют осаживанием труб навстречу друг другу при температуре в диапазоне (0,5-0,8) Т_пл, обеспечено создание деформации металла шва не менее, чем на 20% что в свою очередь обеспечивает превращение литой структуры поперечного шва двух труб в деформационную структуру, близкую структуре металла этих труб.

Использование: для изготовления трубопроводов. Сущность изобретения: при обработке кольцевых сварных швов стыков труб осуществляют прогрев сварного шва и его пластическое деформирование. Согласно первому варианту силовое воздействие на материал шва осуществляют осевым поворотом одной трубы относительно другой при температуре в диапазоне (0,5-0,8)T_пл, где T_пл температура плавления материала шва. Согласно второму варианту шов в расплавленном состоянии поперечно растягивают до утонения на 20% а силовое воздействие выполняют осаживанием труб при температуре в диапазоне (0,5-0,8)T_пл. 2 с.1 з.п. ф-лы.

1. Способ обработки кольцевых сварных швов стыков труб, при котором осуществляют прогрев металла сварного шва и его пластическое деформирование, отличающийся тем, что сварной шов подогревают до температуры от 0,5 до 0,8 температуры плавления металла шва и пластическое деформирование осуществляют путем поворота вокруг оси одной трубы относительно другой на угол, соответствующий величине окружного сдвига трубы, равной от 0,5 до 0,8 ширины сварного шва. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выполняют пластическое деформирование сварного шва, толщина которого равна 0,2 толщины стенки трубы, при этом дополнительно осаживают трубы навстречу друг другу до получения толщины сварного шва, равного толщине стенки трубы. 3. Способ обработки кольцевых сварных швов стыков труб, при котором осуществляют подогрев металла сварного шва и его пластическое деформирование, отличающийся тем, что сварной шов нагревают до температуры плавления и растягивают в поперечном направлении до утонения, равного 20% толщины сварного шва, а затем осаживают трубы навстречу друг другу при температуре от 0,5 до 0,8 температуры плавления сварного шва.