СПОСОБ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ ДЕТАЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ТОЛЩИНЫ Российский патент 2022 года по МПК B23K33/00 B23K9/18 

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способу сварки под флюсом изделий различной толщины. Изобретение может использоваться для получения продольных и кольцевых швов замкового типа труб большого диаметра в различных отраслях машиностроения.

Известен способ сварки крупноразмерных металлических обечаек (патент РФ № 2492038, МПК В23К 31/02, 9/18, 37/053, 37/06, опубл. 2013 г.), при котором выполняют электросварку металлических листов встык под флюсом с принудительной подачей флюса сверху и снизу сварного шва. Из сваренных металлических листов вальцуют цилиндры изгибанием листов в цилиндры на трехвалковой листогибочной машине. Вдоль цилиндра производят электросварку металлических листов встык с формированием цилиндрической обечайки. Электросварку ведут в полуавтоматическом режиме с принудительной подачей флюса сверху и снизу сварного шва. Полученные цилиндры размещают на роликах торцевыми поверхностями друг к другу. Производят электросварку встык по торцам цилиндрических обечаек с одновременным вращением двух обечаек с принудительной подачей флюса сверху и снизу сварного шва, после сварки получают крупноразмерную металлическую обечайку. При необходимости к обечайке приваривают одно или два днища, или переход, или какое-либо другое продолжение в зависимости от конкретного применения на производстве. При сварке металлических листов встык для принудительной подачи флюса снизу сварного шва под сварным швом размещают ванну с гибким днищем, наполненную флюсом. Данный способ позволяет получать качественно выполненные сварные швы.

Однако, применение стыковой разделки кромок обуславливает выставление зазоров под сварку от 0 мм согласно ГОСТам на сварку под флюсом и ручную дуговую сварку. При нулевом зазоре 0⁺¹ мм просыпание флюса практически исключается.

Известно изобретение под названием «Способ сварки Y-образной разделки» (патент США № 8884183, МПК В23К 26/00, 9/025, 9/18, 26/14, 28/02, опубл. 2014 г.), согласно которому разделку, которая содержит фаски и корневой участок, сваривают лазерным излучением и электрической дугой в общей зоне. Сварку производят с помощью гибридной головки, совмещающей лазерную и дуговую сварку, и с помощью головки сварки закрытой дугой под флюсом. Обе головки закреплены на общем держателе.

Из-за высоких значений погонной энергии и тепловложений сварочной дуги данный способ целесообразно применять, когда нет высоких требований к качеству сварного шва, при этом важна скорость сварки изделия (массовое и серийное производство).

Недостатками данного способа являются:

- использование нескольких видов сварки, что является достаточно трудозатратным в плане освоения, настройки и симбиоза оборудования;

- для разных видов сварки требуется динамическая подстройка режимов при выполнении сварки, в связи с использованием нескольких источников питания. Это представляется крайне неудобным, если оператор-сварщик только один.

Известно изобретение под названием «Способ автоматической электродуговой наплавки под флюсом наружных или внутренних поверхностей тел вращения» (патент РФ № 2410215, МПК В23К 9/04, 9/18, опубл. 2011 г.), по которому электроды одной или нескольких групп устанавливают со смещением в горизонтальной плоскости против направления вращения тела с линейным отклонением от «зенита» на 5-20 мм и угловым отклонением от «зенита» более 30°. Расстояние между электродами каждой группы выбирают из условия формирования общей ванны жидкого металла по всей ширине наплавляемого валика. Формируют валик с площадью, равновеликой площади обрабатываемой поверхности, при вращении тела и одновременном перемещении электродов в прямом и обратном направлениях вдоль его образующей, которое совмещают с подачей флюса. Формируют вытянутую вдоль тела вращения ванну жидкого металла и шлака с соотношением ее геометрических размеров не менее чем 3:1. Наплавку ведут со скоростью продольного перемещения электродов, которая в 28-32 раза превышает линейную скорость вращения тела.

Способ позволяет наплавлять значительные объемы металла на поверхности тел вращения диаметром менее 150 мм, когда площадь наплавки соизмерима с размерами деталей, с обеспечением высокого качества полученного покрытия и производительности.

Недостатки данного способа:

- использование многоэлектродной сварки с большими значениями погонной энергии может привести к чрезмерному перегреву сварочной ванны. В свою очередь это может привести к образованию горячих и кристаллизационных трещин, а так же к обезуглероживанию основного металла в зоне термического влияния;

- смещение сварочной головки от зенита на 5-20 мм является недостаточным и может привести к неправильному формированию геометрии шва и затеканию флюса в пространство между валиком шва (выпуклостью) и кромками сварного соединения (при многопроходной сварке толстостенных соединений).

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ подготовки кромок деталей под сварку (з. РФ № 2014119073, МПК В23К 33/00, опубл. 2015 г.), который заключается в том, что на одной из деталей выполняют выступ. При этом выступ создают на одной или обеих стыкуемых кромках, присоединяя к кромке дополнительную деталь, и образуют между кромкой и дополнительной деталью неразъемное соединение или наплавляют на кромку детали дополнительный материал. Выступ делают с переменными размерами поперечного сечения по длине кромки детали. Химический состав материала выступа выбирают отличающимся от материала соединяемых кромок и переменным по длине кромки детали. Форму поперечного сечения выступа на одной из кромок делают отличающейся от формы поперечного сечения выступа на стыкуемой с ней кромке. Данному способу присущи следующие недостатки:

- в связи с использованием дополнительной сварки со стороны корня, возможно появление дефектов сварки (поры, трещины, шлаковые включения). Данные дефекты требуют дополнительных работ по устранению;

- возможно появление коробления в изделии, отклонение геометрических параметров, так как сварка выделяет достаточное количество тепла, чтобы изменить конфигурацию и кристаллическую решетку материала, а наплавка на кромку детали до выполнения основного шва может привести к перепадам кромок, увеличению зазоров между деталями.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения - повышение качества, прочности и герметичности сварного соединения деталей разной толщины.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе сварки под флюсом деталей различной толщины на одной из деталей выполняют выступ, при этом выступ выполняют на детали с большей толщиной, на обеих деталях выполняют высокое притупление, в верхней части соединения на обеих деталях выполняют фаску, сначала выполняют корневой шов, затем заполняющий, при этом сварку выполняют углом вперед.

Для кольцевых соединений дополнительно устанавливается смещение сварочной головки в зените на расстояние 40-60 мм.

Всей совокупностью перечисленных признаков обеспечивается высокое качество, прочность и герметичность сварного соединения. Этого добились за счет следующего: за счет выполнения выступа и высокого притупления стало возможным сформировать замковое соединение, что обеспечило качественное формирование разнотолщинного сварного соединения без доступа со стороны корня шва; при выполнении сначала корневого, а затем заполняющего шва, а также при выполнении сварки углом вперед происходит наиболее правильное формирование геометрии сварного шва и наилучшая отделяемость шлаковой корки от шва.

При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлена разделка свариваемых кромок и сварного шва по заявляемому способу.

На фиг. 2 представлена схема выполнения сварного шва замкового типа.

Для соединения разнотолщинных деталей 1, 2 на детали с большей толщиной 2 выполняют выступ 3 (фиг. 1). Выступ 3 выполняют для формирования замкового соединения, что обеспечивает качественное формирование разнотолщинного сварного соединения без доступа со стороны корня шва. Затем на обеих деталях выполняют высокое притупление 4 и фаску 5 в верхней части соединения. Перед началом сварки выполняют прихватку деталей 1, 2 ручной дуговой сваркой в нескольких равноудаленных точках. Прихватки выполняются с целью исключения возможных короблений и изменения заданных размеров зазоров.

Затем выполняли непосредственно сварку соединения. Опытным путем была определена последовательность выполнения проходов (фиг. 2), а также режимы сварки, обеспечивающие стабильное формирование сварного шва с высоким притуплением. Для обеспечения проплавления заявленного притупления характерно применение жестких режимов сварки. Сначала выполняют корневой шов 6, затем заполняющий (облицовочный) 7, при этом сварку выполняют углом вперед. Для кольцевых соединений дополнительно устанавливается смещение сварочной головки в зените на расстояние 40-60 мм. Данные значения являются оптимальными, так как при таком смещении происходит наиболее правильное формирование геометрии сварного шва и наилучшая отделяемость шлаковой корки от шва.

После выполнения каждого прохода поверхность сварного шва очищалась слесарным путем от шлаковой корки и обезжиривалась растворителем.

Данным способом сваривались образцы толщиной детали 1-14 мм и толщиной детали 2-20 мм соответственно. Применение данной разделки позволило обеспечить выполнение сварного соединения за меньшее количество проходов (2 прохода) по сравнению со стандартной разделкой кромок шва ГОСТ 8713-79-С20 (4 прохода). Исходя из этого, следует, что межоперационное время, затрачиваемое на подготовку каждого прохода (механическая и слесарная обработка, обезжиривание кромок), уменьшилось в 2 раза.

Данное техническое решение позволило сократить расход сварочных материалов на 40% (никель-молибденовая сварочная проволока св-10НМА ГОСТ 2246-70 и высокоосновный керамический, пассивный флюс OK Flux 10.62).

После окончания сварки сварной шов зачищали слесарным путем с шероховатостью Rz20 и проводили ультразвуковой контроль шва по ГОСТ 55724-2013. По результатам ультразвукового контроля внутренних и наружных дефектов в виде пор, шлаковых включений, непроваров, прожогов и трещин не обнаружено.

В связи с возникновением концентраторов напряжений, приводящих к снижению пластических и повышению прочностных свойств металла в сварном шве в процессе сварки, применяли среднетемпературный отпуск при значениях от 400 до 450°С в течение 2-3 часов.

Таким образом, при использовании способа по заявляемому изобретению, представленные данные свидетельствуют о выполнении следующей совокупности условий:

- процесс, воплощающий заявленный способ при его осуществлении, предназначен для сварки изделий, используемых для планируемого многоразового взрывного нагружения, в частности для изготовления частей взрывозащитных камер, а также может использоваться для получения продольных и кольцевых швов замкового типа труб большого диаметра в различных отраслях машиностроения;

- для заявляемого способа в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.

Следовательно, заявляемый способ соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к способу сварки под флюсом деталей различной толщины и может использоваться для получения продольных и кольцевых швов замкового типа на трубах большого диаметра. Выполняют на детали с большей толщиной выступа для образования замкового соединения, обеспечивающего формирование сварного соединения без доступа со стороны корня шва. На обеих деталях выполняют высокое притупление, а в верхней части стыка на обеих деталях выполняют фаску. Сварку осуществляют углом вперед, причем сначала выполняют корневой шов с проплавлением упомянутого притупления, а затем заполняющий шов. Сварку кольцевых швов осуществляют со смещением сварочной головки в зените на расстояние 40-60 мм. Способ обеспечивает получение сварного соединения деталей разной толщины высокого качества, прочности и герметичности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ сварки под флюсом деталей разной толщины с получением продольных или кольцевых швов, включающий выполнение на детали с большей толщиной выступа для образования замкового соединения деталей, обеспечивающего формирование сварного соединения без доступа со стороны корня шва, отличающийся тем, что на обеих деталях выполняют притупление, а в верхней части стыка на обеих деталях выполняют фаску, при этом сварку осуществляют углом вперед, причем сначала выполняют корневой шов с проплавлением упомянутого притупления, а затем заполняющий шов.

2. Способ сварки по п. 1, отличающийся тем, что сварку кольцевых швов осуществляют со смещением сварочной головки в зените на расстояние 40-60 мм.