СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ СВАРКОЙ ПЛАВЛЕНИЕМ Российский патент 1996 года по МПК B23K33/00 B23K9/16 

Изобретение относится к узлам сварных соединений и может быть использовано при изготовлении оборудования атомных энергетических установок.

В процессе эксплуатации сварных корпусных конструкций, подвергающихся на ряду с давлением термоциклическим напряжениям, вызванным колебаниями температуры среды, находящейся внутри, имеет место возникновение трещин в сварном шве, как наиболее нагруженном месте корпусной конструкции в результате взаимодействия рабочих напряжений конструкции (термоциклика, давление и т.д. ) и собственных сварочных напряжений.

Поэтому существует проблема защиты сварного шва корпусной конструкции от влияния температурных колебаний среды, которая может быть решена установкой тепловых экранов. Кроме этого, внутрикорпусная конструкция может устанавливаться и с другими целями и задачами (расходомеры, сужающие устройства и т. п.).

Известен способ закрепления внутрикорпусной конструкции с использованием известного типового сварного соединения ("Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварка и наплавка. Основные положения. ПНАЭГ-7-009-89, табл. П3.42, сварное соединение тип 1-26), используя подкладное кольцо с перемычкой.

Недостатки этой конструкции:
наличие двух щелевых концентраторов в корне сварного шва уменьшает надежность корпусной конструкции;
корпусной шов является частью внутрикорпусной конструкции;
нагрузки внутрикорпусной конструкции передаются на корпусной шов, снижая его надежность;
сварочные деформации передаются на внутрикорпусную конструкцию.

Этот узел выбран за прототип.

Изобретение позволяет повышать надежность путем обеспечения защемления внутрикорпусной конструкции в процессе сварки корпуса, т.е. закрепление внутрикорпусной конструкции осуществляется без сварного шва и применения крепежных деталей. Может быть использовано для установки тепловых экранов и других внутрикорпусных конструкций.

Указанная цель достигается тем, что по периметру корпуса в районе корня шва выполняют паз, в который устанавливают выступ внутрикорпусной конструкции, снабженный проточкой с предварительным зазором "а" между вертикальной опорной поверхностью паза и вертикальной опорной поверхностью выступа, причем "а" определяется из соотношения:

Зазор "а" в процессе сварки соединения ликвидируется и внутрикорпусная конструкция жестко фиксируется внутри корпуса за счет контакта между вертикальными опорными поверхностями паза и выступа.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: фиг.1
установка внутрикорпусной конструкции перед сваркой; фиг.2 конструкция после выполнения сварки.

Сварное соединение состоит из корпуса 1 со сварным швом 2 и внутрикорпусной конструкции 3. На внутренней поверхности корпуса выполняют паз 4, а внутрикорпусная конструкция 3 имеет выступ 5, снабженный проточкой 6 с размерами, обеспечивающими сварку без оплавления корпуса 1 с конструкцией 3.

Наличие проточки 6, во-первых, исключает усилие элементов внутрикорпусной конструкции в формировании сварного шва и непосредственной работе их в составе сварного шва; во-вторых, исключает характерный для сварных соединений с подкладными кольцами конструктивный концентратор напряжений в виде щели.

Зазор "а" определяется по формуле:

где k коэффициент эффективности защемления, k (1/3 2/3);
ΔB ожидаемое поперечное укорочение сварного соединения ("усадка"), зависящая от толщины и вида разделки.

ΔB определяется экспериментальным путем по среднестатистическим данным "усадки" или теоретически по формуле

где I сварочный ток;
U сварочное напряжение;
V скорость сварки;
C теплоемкость;
γ плотность;
h коэффициент, зависящий от способа сварки: для электродов равен 0,75, для автоматической сварки под флюсом равен 0,8;
a_н коэффициент наплавки, 12 г/а•ч для электродов; 15 г/а•ч для автоматической сварки под флюсом;
δ толщина прохода;
i номер прохода.

Длина паза "l" определяется с учетом предварительного зазора "а".

При сварке корпуса 1 зазор "а" полностью выбирается за счет поперечной "усадки" сварного шва и внутрикорпусная конструкция жестко фиксируется плотным прилеганием вертикальных опорных поверхностей паза 4 корпуса и выступа 5 внутрикорпусного элемента.

Таким образом, предлагаемый узел сварного соединения отличается от прототипа тем, что внутрикорпусная конструкция крепится при формировании сварного шва путем зажима или закрепления за счет ликвидации в процессе сварки предварительного зазора между элементами корпуса и внутрикорпусной конструкции, при этом повышается надежность сварного соединения за счет ликвидации концентраторов в корне сварного шва.

Использование: при изготовлении оборудования атомных энергетических установок. Сущность изобретения: сварное соединение состоит из корпуса 1 со сварным швом 2 и внутрикорпусной конструкции 3. На внутренней поверхности корпуса выполняют паз 4, а внутрикорпусная конструкция имеет выступ 5, снабженный проточкой 6, выполненной в районе сварного шва. Ширину паза берут больше ширины выступа на величину a ≅ k•ΔB, где k - коэффициент эффективности защемления, ΔB - ожидаемое поперечное укорочение сварного шва. 2 ил.

Способ соединения сваркой плавлением корпуса с внутрикорпусной конструкцией, имеющей выступ по оси шва корпуса, отличающийся тем, что на внутренней стороне корпуса выполняют паз, в котором размещают выступ с фиксируемыми поверхностями, при этом ширину паза берут больше ширины выступа на величину "а" определяемую из соотношения:
a≅ к.ΔВ,
где
К коэффициент эффективности защемления,
ΔВ ожидаемое поперечное укорочение сварного шва, а на выступе по оси шва выполняют проточку, исключающую расплавление металла выступа при сварке корпуса.