СПОСОБ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ С ПОДОГРЕВОМ Российский патент 2007 года по МПК B23K20/02 

Изобретение относится к области сварки давлением и может быть использовано во всех отраслях хозяйств.

Известен способ электроконтактной сварки, заключающийся в том, что первоначально стык разогревается до температуры сварки теплом, выделяемым при прохождении электрического тока в зоне контакта, а затем к торцам прикладывается сжимающее усилие [Транспортное материаловедение. Берлин В.И., Захаров Б.В., Мельниченко П.А.; Под ред. Б.В.Захарова. - М.: Транспорт, 1982 г., стр.129].

Недостатком этого способа является то, что образование качественного соединения за счет пластической деформации соединяемых поверхностей с окисным пленками на торцах, образованными в процессе механической обработки, крайне затруднено и трудоемко. Разрушение же окисных пленок возможно только при поверхности торцов до оплавления. При этом, при приложении усилия осадки расплавленный металл вытесняется из стыка и образуется грат, удаление которого крайне затруднено. При этом способе значительное количество металла (до 50 мм на стык) сгорает.

Известен способ сварки давлением с подогревом, при котором соединяемые детали механически обрабатывают, стыкуют, прижимают, производят нагрев стыка и при достижений температуры сварки прикладывают дополнительное сжимающее усилие. [А.С. №1804986, В23K 20/00, 31/03, БИ №12, 1993 "Способ сварки давлением с подогревом" В.В.Губарев, А.С.Липатов и др.].

Недостатком способа является снижение в зоне стыка после сварки физико-механических свойств, как например, твердости на 100-150 ед. НВ и прочности на 10-20%. Снижение физико-механических свойств обусловлено тем, что кратковременный нагрев металла до температуры сварки в зоне стыка ниже требуемой температуры закалки, обеспечивающей формирование структуры с заданной твердостью и прочностью.

Техническим результатом является повышение твердости и прочности в зоне стыка за счет формирования мелкодисперсной структуры металла.

Технический результат достигается тем, что в способе сварки давлением с подогревом, при котором собирают встык соединяемые детали из стали, нагревают стык и прикладывают сжимающее усилие с последующей осадкой, причем нагрев стыка производят до температуры (Асз+300)°С÷(Ас3+400)°С с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, а после осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С и затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды.

Аустенизация сталей при температуре (Ac3+300)°C÷(Асз+400)°С и последующее охлаждение стыка в соответствии с приведенным выше режимом обеспечивают повышение твердости в зоне стыка до 350-450 ед. НВ и формируют мелкодисперсную структуру.

После окончания сварки соединение не имеет грата и, следовательно, искажения прокатных волокон, что исключает образование концентраторов напряжения. Все это повышает твердость и прочность сварного стыка до свойств основного металла.

Пример реализации способа. Например, сваривают рельсы Р65 из стали М76. Перед сваркой торцы рельсов механически обрабатывают. Рельсы стыкуют в сварочной установке, совмещают по периметру, выравнивают по рабочей грани поверхности катания. Затем проводят аустенизацию стыков. Например, производят индукционный нагрев при температуре (Ас3+350)°С и выдерживают при этой температуре 15 сек, затем к торцам прикладывают сжимающее усилие с последующей осадкой, а после осадки стык охлаждают воздушно-водной смесью до температуры, как например (Мн+350)°С, а затем воздухом до температуры окружающей среды.

Результаты испытания сведены в таблицу.

Таблица 1
Твердость и прочность объемно закаленных рельсов Р65 (в зоне стыка) при различных технологиях сваркиСпособ сваркиТвердость рельсов в зоне стыка, ед. НВНагрузка разрушением Рн рельсов при статическом поперечном изгибе с пролетом 1 м, кНСварка давлением с подогревом (по а.с. №1804986)2901880Сварка давлением с подогревом (по предлагаемому техническому решению)3402260

Полученные сварные соединения имеют механические свойства, равноценные основному металлу. Грат отсутствует.

Предлагаемый способ сварки позволяет сократить отходы при сварке за счет отсутствия грата, повысить твердость и прочность стали в зоне стыка.

Использование способа, как например на рельсосварочных предприятиях железнодорожного транспорта, позволит повысить надежность и безопасность железнодорожных путей, повысить их долговечность.

Изобретение может быть использовано при сварке давлением, например, на рельсосварочных предприятиях. Осуществляют механическую обработку торцов соединяемых деталей, их стыковку и нагрев стыка до температуры сварки. Нагрев стыка производят до температуры (Асз+300)°С÷(Асз+400)°С с выдержкой при этой температуре для аустенизации зоны стыка. После осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С и затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды. Полученные сварные соединения не имеют грата и обладают механическими свойствами, равноценными основному металлу. Использование способа позволит повысить надежность и безопасность железнодорожных путей, а также их долговечность. 1 табл.

Способ сварки давлением с подогревом, при котором собирают встык соединяемые детали из стали, нагревают стык и прикладывают сжимающее усилие, отличающийся тем, что нагрев стыка производят до температуры (Ас₃+300)°С÷(Ас₃+400)°С с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, а после осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С, и затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды.