СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ ПО ЩЕЛЕВОЙ РАЗДЕЛКЕ Российский патент 2001 года по МПК B23K9/16 B23K33/00 

Изобретение относится к области сварки, а более конкретно - к сварке плавлением по щелевой разделке и может быть применено при сварке деталей большой толщины из различных металлов и их сплавов.

Известен способ сварки плавлением по щелевой разделке, при котором свариваемые кромки разделки выполняют без скоса и осуществляют их сварку (Правила и нормы в атомной энергетике. - Сварка и наплавка. - Основные положения. - ПН АЭ Г-7-009-89. - М.: Энергоатомиздат. - 1991.- С.136).

Недостатком известного способа является образование несплавлений, что приводит к низкому качеству сварных соединений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ сварки плавлением по щелевой разделке, при котором свариваемые кромки разделки выполняют с углом скоса (кромки обрабатывают механически), затем детали подготавливают к сварке, собирают, прихватывают и сваривают. Угол скоса свариваемых кромок выбирают произвольно, что приводит к недостаточной или чрезмерной его величине. При уменьшенной величине угла скоса свариваемые кромки деталей при сварке отклоняются от вертикального положения в сторону щели, и степень воздействия сварочной дуги на свариваемые кромки снижается, а при чрезмерной величине угла скоса свариваемые кромки деталей не доходят до вертикального положения, и соотношение между толщиной деталей и величиной щели разделки увеличивается (Правила и нормы в атомной энергетике. - Сварка и наплавка. - Основные положения. - ПН АЭ Г-7.009-89. - М.: Энергоатомиздат. - 1991.- C.177).

Недостатком известного способа является образование несплавлений в случае, когда угол скоса свариваемых кромок выполнен с недостаточной величиной, что приводит к низкому качеству сварных соединений и необходимости их ремонта. Кроме этого, недостатком известного способа является снижение степени контактного упрочнения сварного соединения в случае, когда угол скоса свариваемых кромок выполнен с завышенной величиной, а при сварке использована менее прочная, чем материал деталей, присадочная проволока. Это приводит к уменьшению прочности сварных соединений. В случае, когда при завышенной величине угла скоса свариваемых кромок при сварке использована присадочная проволока, соизмеримая с прочностью материала деталей, прочность сварных соединений не уменьшается, однако большое количество наплавленного металла в сварном соединении приводит к уменьшению экономичности процесса сварки.

Задачей настоящего изобретения является создание способа плавлением по щелевой разделке, использование которого позволит получить высококачественные сварные соединения без снижения экономичности сварочного процесса в целом. При этом высокое качество сварных соединений обеспечивается за счет повышения прочности и отсутствия несплавлений в них, а экономичность - за счет уменьшения количества наплавленного металла и исключения необходимости ремонта некачественных сварных соединений.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении настоящего изобретения, заключается в том, что свариваемые кромки устанавливаются в вертикальное положение только в конце процесса сварки за счет их углового перемещения, обусловленного неравномерной по толщине поперечной усадкой деталей. При этом увеличивается степень термического и механического воздействия сварочной дуги на свариваемые кромки и, следовательно, увеличивается степень термической и механической активности сварочных кромок, что исключает возможность образования несплавлений в сварном соединении. Кроме этого, уменьшается соотношение между шириной соединений и толщиной деталей, что приводит к повышению степени контактного упрочнения, т.е. к повышению прочности сварного соединения. Кроме этого, уменьшается площадь поперечного сечения щелевой разделки и, следовательно, уменьшается количество наплавленного металла.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе сварки плавлением по щелевой разделке, при котором щелевую разделку выполняют с углом скоса свариваемых кромок деталей и осуществляют сварку, до выполнения разделки определяют суммарное сужение ширины щели между свариваемыми кромками в процессе сварки, а величину угла скоса рассчитывают из соотношения
α = arctgΔB/2β,
где α - угол скоса свариваемых кромок деталей,
ΔВ - суммарное сужение ширины щели между кромками при сварке,
β - толщина деталей.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид щелевой разделки.

Способ сварки плавлением по щелевой разделке осуществляют следующим образом.

До выполнения разделки на деталях 3, 4 определяют величину суммарного сужения ΔB ширины щели между свариваемыми кромками 1, 2 в процессе сварки. Суммарное сужение ΔB определяют, например, экспериментальным, расчетно-экспериментальным или расчетными методами. Величина, суммарного сужения ΔB ширины щели между кромками при сварке ΔB = а+b, где а - отклонение свариваемой кромки 1 от вертикали, b - отклонение свариваемой кромки 2 от вертикали. Затем с использованием полученного результата рассчитывают величину угла скоса α свариваемых кромок 1, 2 из соотношения
α = arctgΔB/2β,
где α - угол скоса свариваемых кромок деталей,
ΔВ - суммарное сужение ширины щели между кромками при сварке,
β - толщина деталей.

После этого выполняют щелевую разделку, для чего механически обрабатывают свариваемые кромки 1, 2 деталей 3, 4 до получения заданного угла скоса α. Затем детали 3, 4 подготавливают к сварке, собирают, прихватывают и сваривают.

Пример. Перед механической обработкой деталей 3, 4 экспериментальным методом определяют величину суммарного сужения ΔB ширины щели между свариваемыми кромками деталей. Для этого проводят сварку модели обечайки, полномасштабной по наружному диаметру (1500 мм) и толщине стенки (40 мм). Технологический процесс сварки модели аналогичен процессу сварки обечайки за исключением того, что детали модели механически обрабатывают без скоса свариваемых кромок, при этом ширину В щели выбирают равной 13 мм. Величину суммарного сужения ширины щели (6 мм) свариваемых кромок определяют в процессе сварки. Затем рассчитывают величину угла скоса свариваемых кромок деталей обечайки из соотношения
α = arctgΔB/2β,
где α - угол скоса свариваемых кромок деталей,
ΔB - суммарное сужение ширины щели между кромками при сварке,
β - толщина деталей.

После этого выполняют щелевую разделку, при этом детали обечайки механически обрабатывают с углом скоса свариваемых кромок, равным 4^o30', затем детали подготавливают к сварке, собирают, прихватывают и сваривают с помощью механизированной дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде аргона с подачей присадочной проволоки из титанового сплава марки 2B менее прочного, чем сплав марки 5B (процесс сварки в соответствии с РД5.95055-90).

В процессе сварки периодически измеряли величину сужения щели между свариваемыми кромками 1, 2, при этом было установлено, что после заполнения 75 процентов глубины щели свариваемые кромки заняли вертикальное положение и более не перемещались.

Контроль сварных соединений (рентгенографическим методом и ультразвуковой дефектоскопией) показал отсутствие несплавлений, а испытания на статическое растяжение при комнатной температуре образцов сварных соединений, изготовленных из полномасштабной модели, позволили определить среднюю прочность соединений (810 МПа), что превышает минимальную прочность сплава 5В (780 МПа).

Изобретение может быть использовано при сварке плавлением по щелевой разделке деталей большой толщины из различных металлов и их сплавов. Щелевую разделку выполняют с углом скоса свариваемых кромок деталей. До выполнения разделки определяют суммарное сужение ширины щели между кромками при сварке. В зависимости от его значения и с учетом толщины свариваемых деталей определяют величину угла скоса свариваемых кромок. За счет увеличения степени термического и механического воздействия сварочной дуги на свариваемые кромки исключается возможность образования несплавлений в сварном соединении. Уменьшение соотношения между шириной соединения и толщиной деталей приводит к повышению степени контактного упрочнения и повышению прочности сварного соединения. 1 ил.

Способ сварки плавлением по щелевой разделке, при котором разделку выполняют со скосом свариваемых кромок деталей, отличающийся тем, что до выполнения разделки определяют суммарное сужение ширины щели в процессе сварки между свариваемыми кромками без скоса, а величину угла скоса свариваемых кромок деталей α рассчитывают из соотношения
α = arctgΔB/2β,
где ΔB - суммарное сужение ширины щели между кромками, мм,
β - толщина деталей, мм.