Способ изготовления многослойных конструкций Советский патент 1985 года по МПК B23K33/00 B23K31/06 

1 Изобретение относится к области сварки, в частности к способам изготовления стальных многослойных конструкций, преимущес венно труб и сосудов, и может быть испол зовано во всех отраслях народного хозяйств преимущественно в нефтегазовой и х)ми-. ческой промышленности. Цель изобретения - повышение качества швов, включая обеспечение их гермешчности путем снижения давления газов в межвитковых зазорах до менее критических значений, привод щих к образованию пор в шве. Изобретение позволяет применять (юлее производительные режимы сварки, недопустимые для обычных условий ввиду значительного возрастания количества и размеров пор и свищей. На фиг. 1 представлено соединение обечае сваренных стыковым швом, общий вид; на фиг. 2 - полученная труба, вид сбоку; на фиг. 3 - схема навивки полосы перпендикулярно продольной оси барабана моталки на фиг. 4 - варианты подготовки горизонтально расположенной полосы посредством уменьшения ее толщины на участках, приле гающих к продольным кромкам, предусматривающие обработку полосы сверху (I), снизу (II) или с обеих сторон (III); на фиг. 5 - варианты вьшолнения стыкового шва при различных методах обрабопо продольных кромок; на фиг. 6 - прерывистое расположение зон гарантированного зазора. Предлагаемый сгюсоб используют, например, при изготовлении трубы наружным диаметром 1420 мм и толщиной стенки 22 мм, образованной путем состыковки мн гослойных обечаек 1 и 2 и сварки соответствующих стыковых кольцевых швов 3. Обечайки навиваются из полосы 4 рулонног металла шириной 1700 и толщиной .5,5 мм в четыре слоя. Линия подготовки полосы включает разматыватель рулона, правильные и подающие устройства, гильотинные ножнищь установку для УЗ-контроля полосы, стыкосварочную маишну для соединения концов рулонов, устройство для механической обработки полосы. После намотки передний 5 н задний 6 концы механически обработанной полосы 4 прихватывают со стороны торцов к телу обечайки 2, которая передается далее на установку для дуговой сварки наружного нахлесточного соединения заднего конца полосы. Затем производится механическое эксиандирование обечайки посредством которого калибруется ее внутренний диаметр. После сварки внутреннего нахлесточн:ого 3 шва соединения переднего конца полосы 4 производят контроль сварных швов обечайки и механическую обработку ее торцов с целью устранения телескопичности и получения фасок под сварку. При состыковке на центраторе сборочной установки обечайки 1 и 2 соединяются плотно без зазора и превышения кромок. Соединение кромок под сварку образует с внутренней стороны обечаек фаску глубиной 3 - 4 мм с углом раскрытия 90°, а с наружной - щелевую разделку шириной 9-11 мм, при зтом притупление составляет 7-8 мм. Сборочный шов 7 сваривают с наружной стороны разделки в СО или смеси на основе аргона на следующем режиме: в 800- 900 А; Uj 26-28 В; V 120-180 м/ч, 4 мм. Далее на отдельных установках выполняют рабочие швы - внутренний 8, промежуточный 9 и наружный 10. Промежуточный шов 9 сваривают в защитном газе, остальные - под флюсом или также в защитном газе. Примерные режимы сварки рабочих швов: внутренний щов 8 (сварка под флюсом) -, Л„ - 700-750 А, Uj 38-40 В, VCB - 35-40 м/ч; промежуточный шов 9 (сварка в СО2) - Jcg 720-780 А , Ujj 32-35 В, VCB 35-40 м/ч; наружный шов 10 (сварка под флюсом) Зсв 650-650 А, и.. 40-42 В, Voe 35-40 м/ч. Чем больше зазор между витками, тем сво- . боднее выходит воздух из межслойной полости и тем меньше развиваемое в ней давление воздуха. Отсутствие пор гарантируется, если избыточное давление воздуха в полости не превышает 2 кПа. Данное условие обеспечивается при наличии определенного гарантированного зазора в примыкающих к ашу участках межслойных полостей не ниже некоторой величины А. На основании экспериментальных данных, учитывающих влияние погонной энергии процесса сварки на нагрев и соответствующее измене ние давления воздуха в межслойной полости, величина минимального необходимого зазора А может быть определена из эмпирической формулыЛ 0,06 - 0,003 Я, .(1) где 1, - эффективная мощность, дуги, Vpg - скорость сварки, см/с; a/Vj., - погонная энергия процесса сварки, кДж/см; А - минимальный зазор, мм. Увеличение зазора сверх значений, определенных формулой (1), приведет к дальнейтему снижению давления воздуха в межслойной полости, однако качество швов при этом уже не будет улучшаться, поскольку отсутствие пор гарантировано и при меньшем зазоре А. В то же время возрастет объем механической обработки и снизитс прочность изделия, поэтому верхний предел величины зазора в межслойной полости, примыкаюшей к шву, определяется допуском на точность механической обработки, которая должна гарантировать величину указанного зазора не ниже А. Практически при обычных режимах дуговой автоматической сварки гарантированный зазор должен равнят ся 0,1-0,2 мм.. Для свободного прохождения нагреваемого в межслойных полостях воздуха по периферии сварочной ванны и далее через зону дуги в атмосферу указанная полость с гаранти рованными зазорами (не ниже А) должна быть шире шва, т. е. на каждой из стыкуемых обечаек превышать 0,5 fc , где t ширина иша. Минимальная ширина указанной полости на каждой из обечаек должна быть равна 0,55tui . Следовательно, минимальная ширина обработки полосы должна быть равна сумме максимального припуска на механи ческую обработку торца обечайки и 0,55ty,. По аналогии с величиной зазора повышение ширины обработки полосы не приводит к дальнейшему улучшению качества шва и связано с увеличением объема механической обработки. Если известна величина минималь ного припуска на обработку торца обечайки, то зону полосы, непосредственно прилегающу к ее боковым кромкам, шириной, равной указанному минимальному припуск, можно н обрабатывать. Пример 1. Прилегаюшие к продоль ным кромкам участка полосы обрабатывают шлифовальными кругами по варианту 1 (фиг. 4). Величину утонения полосы (глубину обработки) определяют по формуле (1), для чего предварительно находят эффективную моцшость дуги ,(2) где IT - КПД дуги (при автоматической сварке под флюсом 0,85; в зашитном газе 0,9). Подставляя значение с в формулу (1) получают а св А 0,06 + Таким образом, минимальный зазор А для приведенных выше режимов сварки внутреннего 8, промежуточного 9 и наружного 10 ujBOB соответственно равен 0,139, 0,136 и 0,143 мм. С учетом допуска на точность обработки принимают глубину обработки полосы 0,16 мм. Ширину зоны обработки полосы ( Ь ) определяют по формуле В 0,55 Ъц. +17 - - максимальный припуск на обработку торца обечайки. Принимают Пр - 20 мм. Ширина внутреннего 8 и наружного 10 швов составляет 22-24 мм, а промежуточного 9-14 мм. Тогда, исходя из наибольшей ширины шва(24 мм), S - 33,2 мм. С учетом допуска на точность обработки принимают В 35,0 мм. Поскольку в цилиндрическом сосуде давления рабочие напряжения в поперечном сечении вдвое ниже, чем в продольном, незначительное ослабление кольцевого сечения в прилегаюшей к шву зоне не приведет к снижению конструктивной прочности изделия. Поскольку гарантированный зазор получается за счет внутренней стороны витков (1, фиг. 5), нет смысла обрабатывать перед-i нюю часть полосы, соответствующую внутренней поверхности первого витка, которая не образует межвиткового контакта. При обшей примерной длине полосы (с учетом перекрытия внутреннего и наружного витков 0,1 и без учета зазоров между витками) 17,7 м, длина ее необрабатываемой передней части составит 4,3 м, а обрабатываемой задней - 13,4 м. Пример 2. То же, что и в примере 1, но обрабатывается только средняя по длине часть полосы, соответствующая первому межвитковому контакту (1У, фиг. 5). Его длина составляет 4,4 м. Пример 3. То же, что и в примере 1, но обработка полосы производится прерывисто (фиг.. 6). Длину обрабатываемых и необрабатываемых частей полосы принимают одинаковой и равной 0,5 м. Общая длина обрабатываемой части полосы составит 6,7 м. Пример 4. То же, что и в примере 1, но средняя часть полосы, соответствующая первому межвитковому контакту, обрабатывается по всей длине, а задняя часть полосы - прерывисто, причем длины обрабатываемых и необрабать1ваемых участков задней полосы одинаковы и составляют 0,5 м. Данный способ является комбинацией способов, изложенных в примерах 2 и 3. При

этом обеспечивается герметичность внутренней полосы трубы и некоторое ограничение объема механической обработки. Обшая длина обрабатываемой частн полосы составит 8,9 м.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными экономию средств за счет повышения качества многоJ слойных сосудов и труб.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, преимущественно труб и сосудов, включающий навивку многослойных обечаек из полосы перпендикулярно ее продольной оси, крепление концов полосы к нижележащим слоям, механическую обработку торцов обечаек и сварку стыковых соединений обечаек между собой или с другими элементами конструкции, отличающийся тем, что, с целью повыщения качества швов путем снижения давления газов в межвитковых зазорах до менее критических значений, приводящих кобразованию пор в щве, перед навивкой участ :и полосы, прилегающие к ее продольным кромкам , шириной, равной или большей суммы максимального припуска на механическую обработку торца обечайки и 0,55 ширины щва, по крайней мере с одной стороны подвергают механической обработке, образуя утонение указанных участков на велиS чину Д , определяемую эмпирической формум. (Л лой / :