Способ дуговой сварки стыковых соединений Советский патент 1983 года по МПК B23K9/16 

Изобретение относится к технологии дуговой сварки различных металлов и может быть применено в различных отраслях промышленности при изготовлении сосудов и корпусных конструкций.

Известен способ дуговой сварки стыковых соединений, при котором в процессе сварки к соединению прикладывают сжимающую нагрузку в плоскости, перпендикулярной стыку l .

Недостаток способа заключается в том, что прикладывая нагрузку в -направлении, перпендикулярном стыку, не учитывают направленности поля напряжений , создаваемого собственно сваркой. Наибольший эффект по снижению уровня остаточных напряжений может быть достигнут лишь в.результате взаимодействия внешних и внутренних сил тогда, когда линии их действия.по направлению совпадут.

Наиболее близким, к изобретению является способ.дуговой, сварки стыковых соединений с упомянутыми кромками , при котором в процессе сварки ,к утолщенным кромкам прикладывают сжимающие усилия в зоне температур восстановления упругих свойств метала под углами, отличными от прямого, в направлении, противоположном направлению сварки, при этом углы, под которыми прикладываются сжимающие усилия, выбирают равными углам касательных к изотермам восстановления Упругих свойств металла 2 .

Недостатком данного способа является то, что при приложении усилия в указанной зоне необходиьвл утолщения кромок сваривае№лх деталей, которые выполняются , в основном, механообработкой, что ведет к потере металла, т.е. к уменьшению коэффициента использования металла и повышению трудоемкости изготовления узлоов. Кроме того, для осуществления известного способа необходимо специальное сдавливающее устройство.

Цель изобретения - снижение трудоемкости изготовления сварных узлов и повышение коэффициента использования меташла при их изготовлении.

Для достижения поставленной цели согласно способу дуговой сварки стыковых соединений, при котором в процессе сварки деформируют металл в зоне температур восстановлё-ния его упругих свойств в направлении, противоположном направлению сварки, и параллельно с касательными к изотер мни температур восстановления упругих свойств металла, участки металла шириной 0,3-0,5 от величины зоны восстановления ynpyrtix свойств, расположенные внутри этой зоны охлаждают вдоль линий, исходящих из точки пересечения изотермы начала восстановления упругих свойств с осью шва и расположенных перпендикулярно направлению касательных к изотермам, а область между охлаждаемыми участками и изотермой окончания восстанов ления упругих свойств подогревают до температуры зоны восстановления упругих свойств.

На чертеже изображена схема сварки пластин встык «согласно изобретению.

Свариваемые детали 1 и 2 из любого металла сваривают с помощью дуговой сварки. Предварительно на опытном однотипном образце с помощью термопар в процессе сварки определяют участок температур восстановленных упр уго-пластических свойств металла и строят изотер1«ы начала 3 и конца 4 этого участка, а также продоль ные границы 5 и 6 между сжимающими и растягивающими напряжениями, возникающими при сварке.

С помощью устройства (на чертеже не показано), перемещающегося за сварочной горелкой, охлаждают узкие участки (з-5 мм) 7 и 8, имеющие форму дугообразных полос и расположенные перпендикулярно касательным к изотермам 3 и 4. А участок 9 подогревают до температуры зоны, ограниченной изотермами температур начала и конца восстановления упругих свойств металла.

Принудительное охлаждение участков 7 и 8 вызывает в них сокращение волокон и, как следствие этого, в них возникают растягивающие напряжения, направленные перпендикулярно изотермам (или касательным к йзотермам).

В то же время под действием рас- ширения более нагретого металла7 находящегося с двух сторон от охлаждаемых участков, последние испытывают сжатие в направлении касательных к изотермам, т.е. в направлении, перпендикулярном растягивающим напряжениям. Таким образом, в узком охлажденном участке возникает напряженное состояние, близкое к чистому сдвигу. Известно, Что пластическое течение металла в условиях чистого сдвига происходит при напряжениях, составляющих 0,5 от предела текучести металлд. Течение металла идет т1о направлению растягивающих напряжений и создает деформацИи удлинения. Ширину же охлаждаемого участка делают шир)1ной 0,3-0,5 от величины зоны восстановления упругих свойств металла, в противном случае, как показали экспериментальные данные, объема оставшегося подогреваемо ;сз металла не х§атит, чтобы создать сжимающиеусилия параллельно касательным к изотермам, т.е. поперек охлаждаемого участка. При сварке деталей встык в шве и околошовной зоне, образуются напряжения растяжения и деформациги укорочения.

Следовательно, в охлаждённых участках создаются деформации удпинения, обратные деформациям укорочения, образовавшимся ранее в зонах более высоких температур при усадке металла. Таким образом, охлажденные, участки с пластической деформацией удлинения, образуюишеся за перемещающейся сварочной горелкой вдоль шва, компенсируют деформацию укорочения. В итоге остаточные деформации и напряжения значительно снижаются.

П р и м е р. При сварке встык пластин размером 100x300 мм из малоуглородистой стали толщиной 3 мм, зона восстановления упругих свойств находится между изотермами 3 и 4 тем ператур 650 и 450 С, А касательные к зтим изотестам, проведенные в точках а и о пересечения их с продольными границаьш 5 и 6 между сжимгиощими и растягивгиощими напряжениями, проходят под углёши иОС 2, составляю щими 30-50 к плоскости стыка. Границы между сжимающими и растягивающими напряжениями определяютсяна образцах свидетелях.

Охлаждение производят лдадким азотом до 300-350 С. Охлаждае№1е участки 7 и 8 располагают перпендикулярно к изотермам, р участке 9 поддерживают температуру зоны, т.е. подогревают до 450-400 С.

Детали, сваренные предлагаемым способомг получаются практически без деформгщий.

По сргюнению с прототипом, принятым за базовый объект использование способа позволяет упростить метод изготовления сварных конструкций, получать сварные конструкции без деформаций, повысить производительность из1 отовления узлов, так как не нужно делать утолщения кромок. методом меI ханообработки, позволяет расширить технологические возможности, так как появляется возможность сварки замкнутых конструкций (оболочки,, корпуса и т.д.), а также исключить процесс правки сварных узлов

Годовой экономический эффект от внедрения способа составляет не менее 30 тыс.руб.

СПОСОБ ДУГОВОЙ СВА&КИ СТЫКОЯЛХ СОЕДИНЕНИЙ, При котором в процессе сварки деформируют металл в зоне температур восстановления его упругих СВОЙСТВ В направлении, противоположном направлению сварки, и па раллельно с касательными к изотермам №ffpa&refft/f f&M/fu температур восстановления упругих СВОЙСТВ металла, отличающ и и с я тем, что, с целью снижения трудоемкости изготовления сварных УЗЛОВ и повышения коэффициента использования металла при их изготовлении, участки металла шириной 0,3 0,5 от величины зоны восстановления упругих СВОЙСТВ, расположенные внутри этой 3(ны, охлаждают вдодь линий, исходящих из точки пересечения изотерки начала восстановления упругих СВОЙСТВ с осью шва и расположенных перпендикулярно направлению касательных к изотермам, а между охлаждаемыми участками и изотермой окончания восстановления упругих СВОЙСТВ подогревают до температуры V) зоны восстановления упругих свойств. ы со Ф оэ о