СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ С КОЛЬЦЕВЫМИ СВАРНЫМИ ШВАМИ Российский патент 1997 года по МПК B23K33/00 

Изобретение относится к сварке и может быть использовано в машиностроении при изготовлении изделий с кольцевыми сварными швами, например емкостей и баллонов высокого давления, трубопроводов и др.

Известен способ сварки кольцевых швов ( Куркин С. А. Технология изготовления сварных конструкций. Атлас чертежей. М. Машгиз, 1962, с. 84 - 86), включающий механическую обработку стыкуемых кромок свариваемых деталей, сборку их под сварку на специальном приспособлении.

Недостатками указанного способа сварки являются необходимость использования сложных приспособлений для стыковки свариваемых кромок и невозможность применения его при сварке замыкающих швов баллонов с узкой горловиной и длинномерных труб, исключающих установку внутренних центрирующих устройств.

Известен способ изготовления трубопроводов с кольцевыми сварными швами (Акундинов Н. И. и др. Технология изготовления трубопроводов летательных аппаратов. М. Машиностроение, 1985, с. 103 105), включающий механическую обработку стыкуемых кромок в перпендикулярной оси деталей, сборку встык кромок соединения деталей на специальном приспособлении и сварку кольцевого шва.

Этот способ также требует применения сложных технологических центрирующих устройств для устранения зазоров и перекосов свариваемых кромок.

Известны способы сварки кольцевых сварных швов (Фалькевич А. С. Сварка магистральных и заводских трубопроводов. М. Гостоптехиздат, 1958, с. 21, рис. 11), не требующие использования сложных центрирующих свариваемые кромки устройств, а центрирование свариваемых кромок достигается применением внутреннего подкладного остающегося кольца или сборка свариваемых торцов труб в соединение типа "фанового".

Недостатком таких способов сварки кольцевых швов является невозможность использования их в изделиях, работающих под высоким внутренним давлением и не допускающих формирования концентраторов напряжений.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления изделий с кольцевыми сварными швами (авт. св. СССР N 804298, кл. В 23 К 33/00, 1979 ), включающий механическую обработку свариваемых кромок при которой производят разделку кромок выполняют на одной трубе внутренний конус, на другой - ответный ему наружный конус, а на трубе с внутренним конусом выполняют предельные прорези с отверстиями на концах, на трубе с наружным конусом на внутренней поверхности выполняют канавку, затем трубы стыкуют и производят двухстороннюю сварку.

Прототипу так же присущи недостатки следующие недостатки: большая трудоемкость изготовления профилей стыкуемых кромок, возможность использования только двухсторонней сварки и полная невозможность использования для сварки емкостей, баллонов и трубопроводов высокого давления.

Предлагаемое изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа, обеспечивает возможность односторонней сварки кольцевых швов емкостей и баллонов, длинномерных трубопроводов работающих под высоким внутренним давлением.

Основным технический результат изобретения повышение точности сборки под сварку стыкуемых кромок без зазоров и перекосов, повышение качества сварного соединения, упрощение конструкции технологической оснастки и расширение технологических возможностей производства сварных конструкций с кольцевыми сварными швами.

Технический результат достигается тем, что в известном способе сварки кольцевых швов, включающем разделку стыкуемых кромок с выполнением на одной из труб внутреннего конуса, на другой ответной ему наружного конуса, сборку кольцевого соединения встык и сварку, сопрягаемые конусные поверхности стыкуемых кромок выполнены с наклоном образующих на угол 10 36^o к плоскости поперечного сечения перпендикулярной оси трубы, при этом наружную конусную поверхность на трубе большего диаметра с углом на 1 3^o большим, чем угол сопрягаемой внутренней конусной поверхности на трубе меньшего диаметра.

Разделка кромок в выбранных пределах обеспечивает высокую точность сборки и стыковки свариваемых труб, как номинального размера по диаметру и толщине стенки, а также труб, размеры которого различаются между собой в пределах установленных стандартами допусков по диаметру и толщине стенки от минимальных до максимальных значений. Углы наклона образующих конусов в пределах 10 36^o к плоскости перпендикулярной оси свариваемых деталей установлены из условий обеспечения сцепления и удержания самоцентрирующего стыка при стягивании кромок в процессе сборки под сварку без применения внутренних разжимных центрирующих приспособлений и условий проправления кромок по ширине шва при сварке за один поход. При многопроходной сварке конусное сопряжение кромок выполнено в разделке корня шва. Увеличение угла наклона образующей наружного конуса на трубе большего диаметра выбрано из условий смыкания образующих сопрягаемых конусов при совместной их деформации в процессе стягивания кромок при сборке под сварку.

Отключение от установленных значений углов сопрягаемых конусных поверхностей свариваемых кромок не обеспечивает достижения поставленной цели. Так, например, при угле конусности менее 10 градусов не обеспечивается удержании стыка в сборе, а при угле конусности более 36^o не обеспечивает проплавление кромок при однопроходной сварке, т.е. ширина шва при оптимальном режиме менее ширины разбега (расстояния) между выходами стыков кромок на наружной и внутренней поверхностях. Увеличение угла наклона наружного конуса на 1 3^o обеспечивает облегчение условий втягивания наружного конуса кромки трубы большого диаметра, при этом кромка трубы меньшего диаметра под воздействием вдавливаемого наружного конуса увеличивается и одновременно сжимает наружный конус на трубе большего диаметра, уменьшая его, т.е. происходит выравнивание диаметра стыку кромок в сечении сварного шва, а конусные поверхности разворачиваясь друг к другу смыкаются устраняя предварительный зазор. Уменьшение превышения угла наклона наружной конусности менее 1^o увеличивает трение и ухудшают выравнивание диаметров стыкуемых труб в свариваемом сечении, а увеличение превышения угла конусности более 3^o в стыке образуется зазор, вызывающий занижение сварного шва.

Авторам не известны технические решения с указанными в формуле изобретения признаками, направленными на достижение той же цели, что и в заявляемом в качестве изобретения объекте, поэтому заявляемое изобретение отвечает критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана схема разделки свариваемых кромок с сопрягаемыми конусными поверхностями на торцах, где:
1 труба с нижним пределом допуска по наружному диаметру ( D_min);
2 труба с верхним пределом допуска по наружному диаметру (D_max);
g превышение кромок перед сборкой под сварку;
α₁- угол наклона внутренней конусной поверхности внутреннего конуса на трубе меньшего диаметра;
α₂ угол наклона конусной поверхности наружного конуса на трубе большего диаметра;
S толщина стенки трубы.

На фиг. 2 изображено кольцевое сварное соединение с сопряжением кромок по конусным поверхностям при однопроходной сварке, где 3 сворной шов.

На фиг. 3 показано кольцевое сварное соединение с сопряжением свариваемых кромок по конусным поверхностям в корне шва при многопроходной сварке с присадкой, где 4 сварной шов в корневой части; 5 наплавка сварного шва многопроходная с присадкой.

Предлагаемый способ изготовления изделий с кольцевыми сварными швами опробован при сварке труб ⊘ 273^±2,0 с толщиной 4,0 и 8,0 мм по ГОСТ 20295-85 из стали 16Г2АФ.

Примеры опробования приведены в таблице.

Реализация предлагаемого технического решения обеспечивает упрощение технологии и повышение точности сборки стыкуемых кромок, повышение качества сварных швов. Указанные эффекты достигаются тем, что при сборке стыкуемых кромок с сопрягаемыми конусными поверхностями предлагаемых параметров происходит их самоцентрирование, возрастает равномерность распределения допусков на превышение или занижение свариваемых кромок по всему периметру шва, а стягивающее усилие "вгоняет конус в конус" и уменьшает зазоры в стыке кромок. При сварке толстостенных труб стыкуемые конусные поверхности формируют в корневой зоне шва.

Таким образом, предлагаемый способ решает задачи упрощения технологии повышения точности сборки стыкуемых кромок под сварку, повышения стабильности процесса сварки и качества формирования сварного шва, упрощения конструкции технологической оснастки для сборки и сварки, а также обеспечивает экономический эффект не менее 3 млн. руб. и обладает критерием "положительный эффект".

Промышленное внедрение предлагаемого способа изготовления изделий с кольцевыми сварными швами планируется провести на АО "Томез" и АО "Ижорские заводы".

Использование: в машиностроении при изготовлении изделий с кольцевыми сварными швами типа емкостей и баллонов высокого давления, трубопроводов и др. Сущность изобретения: стыкуемые кромки свариваемых трубчатых деталей выполняют в виде сопрягаемых конусных поверхностей с наклоном образующих конусов на угол 10 - 36^o к плоскости поперечного сечения перпендикулярной оси трубы. Наружную конусную поверхность на трубе большого диаметра выполняют с углом на 1 - 3^o большим, чем угол сопрягаемой внутренней конусной поверхности на трубе меньшего диаметра. 3 ил., 1 табл.

Способ изготовления изделий с кольцевыми сварными швами, имеющими разные пределы допуска по наружному диаметру, включающий разделку стыкуемых кромок с выполнением на одной из труб внутреннего конуса, на другой ответного ему наружного конуса, сборку кольцевого соединения встык и сварку, отличающийся тем, что стыкуемые кромки выполняют в виде сопрягаемых конусных поверхностей с наклоном образующих конусов на угол 10 36^o к плоскости поперечного сечения, перпендикулярной оси трубы, при этом наружную конусную поверхность на трубе большего диаметра выполняют с углом на 1 3^o больше угла сопрягаемой внутренней поверхности на трубе меньшего диаметра.