Способ сварки плавлением надстройки с корпусом судна Советский патент 1993 года по МПК B23K33/00 

Изобретение относится к судостроению, в частности к соединениям надстроек из легких сплавов со стальным корпусом судна.

Цель изобретения - повышение качества и снижение трудоемкости выполнения сварных узлов надстройки с корпусом судна с применением биметаллического стале- алюминиевого переходника с выступающей стальной частью за счет исключения выполнения нахлесточных соединений алюминиевых деталей.

На фиг.1 показан внешний вид поперечного сварного соединения сталеалюминие- вого переходника со стенкой из алюминиевого сплава (а) и .микроструктура границы раздела (б), свидетельствующая о расслоении в области алюминиевого шва, выполненного с торцовой кромки биметалла; на фиг.2 - соединение алюминиевой

стенки надстройки и алюминиевого слоя биметаллического переходника с выступающей стальной частью, выполняющей роль комингса, где д - толщина алюминиевого слоя биметалла.

Сущность предлагаемого способа заключается в удалении части стального слоя переходника для осуществления сварки алюминиевых деталей встык, а не внакрой, как в прототипе. Повышение качества и надежности сварных соединений надстройки с корпусом судна через биметаллический переходник с выступающей стальной частью достигается посредством исключения взаимодействия дуги с несвариваемыми стальными кромками биметалла и отсутствия возможности контактного плавления на границе раздела слоев за счет удаления стального слоя на ширине, равной

00

g

OJ 00

со

1.0-2,5 толщины алюминиевого слоя биметалла, из зоны сварочного воздействия.

Нижняя граница (1,0 (5) установлена из условия выполнения одностороннего алюминиевого шва, верхняя (23 5) - двусторон- него, когда требуется усиление шва с обеих сторон. Промежуточные значения выбираются с учетом влияния на формирование шва теплофизических свойств свариваемых алюминиевых сплавов и составляющих би- металла. В общем случае сплавы, отличающиеся высокими значениями тепло- и температуропроводности (например, системы алюминий- магний) требуют разделки ближе к установленному нижнему пределу, когда опасность перегрева околошовной зоны биметалла из-за неблагоприятных условий теплоотвода исключена.

При вышеприведенных ограничениях сварка алюминиевого слоя не приводит к нагреву границы раздела биметалла свыше 500° С, что исключает возможность не только расслоений, но и образования хрупких интерметаллидных фаз.

Остающаяся часть стальной кромки мо- жет быть выполнена со скосом (оптимальными следует считать углы в диапазоне 0-45°), что будет снижать отрицательное влияние близлежащей кромки стали на дугу и способствовать стабильности процесса сварки, особенно при выполнении двустороннего алюминиевого шва.

Повышение качества сварных узлов, а следовательно, эксплуатационной прочности соединений надстройки с корпусом суд- на, выполненных с применением асимметричного биметаллического переходника по предлагаемому способу, обеспечивается увеличением его механических характеристик при растяжении и изгибе, благодаря компактности сечения переходника, т.е. уменьшения его суммарной толщины на толщину привариваемого алюминиевого элемента (а значит, и сниже- . ния влияния эксцентриситета при нагруже- нии, величина которого будет определяться только геометрическими параметрами исходной слоистой структуры биметалла). Это вполне компенсирует уменьшение сечения переходника за счет удаляемого слоя стали,

Существенное отличие предлагаемого решения заключается в удалении части стального слоя переходника на величину 1,0-2,5 толщины алюминиевого слоя биметалла для обеспечения его сварки с алюми- ниевой стенкой надстройки встык. Это подтверждается получением качественно нового соединения надстройки с корпусом судна через биметаллический переходник с

выступающей стальной частью, отличающегося комплексом более высоких механических свойств по сравнению с существующими.

Предлагаемое техническое решение реализуется выполнением одного стыкового шва на алюминиевых деталях, а не двух угловых, как в нахлесточном соединении прототипа, что снижает трудоемкость сварочных работ и упрощает их выполнение..

Пример.

Сварное соединение алюминиевой стенки надстройки из сплава марки 1560 толщиной б мм с биметаллическим переходником с выступающей стальной частью, состоящим из слоев алюминиевого сплава марки 1561 (6 мм) и низколегированной стали марки 10 ХСИД (4 мм).

Подготовку свариваемых кромок осуществляли механическим путем (строжкой и фрезерованием) с последующим химическим травлением в растворе едкого натра и осветлением в разбавленной азотной кислоте. Ширина удаленного слоя стали со свариваемой торцевой кромки биметалла составила 6 и 15 мм (граничные значения предлагаемого варианта, соответствующие 1 д и 2,5 (5, где д - толщина алюминиевого слоя биметалла), а также 3 и 18 мм (0,5 д и 3, соответственно). Оставшаяся стальная кромка на биметалле в ряде случаев подвергалась скосу под углом 45°.

Стыкуемые алюминиевое кромки выполняли со скосом под углом 35°. В качестве присадочного металла использовали проволоку марки СвАМг61 (ГОСТ 7871-75), защитного газа - аргон марки А. Сварку выполняли в нижнем положении ручным и полуавтоматическим способами неплавящимся вольфрамовым электродом на переменном токе с использованием установок УДГ-501 иКетр.

Сварку осуществляли односторонним (с формированием обратной стороны на медной подкладке с канавкой) и двусторонними швами,

Соединения, выполненные по предлагаемому способу (ширина удаленного слоя стали составляла 6 и 15 мм (1 б и 2,5 5), характеризуются высоким качеством, расслоения на границе раздела биметалла отсутствуют.

На фиг.З приведены макрошлифы поперечного сечения стыковых соединений (с одно- и двусторонним формированием шва) алюминиевой стенки надстройки с биметаллическим переходником, имеющим выступающую стальную часть для приварки к палубе судна.

Сварное соединение алюминиевой стенки и биметалла, выполненное встык односторонним швом после удаления сталь- ного слоя на величину 3 мм (0,5 3), имело дефект в виде расслоений на границах раздела, прилегающих ко шву.

Сварные образцы, выполненные после удаления стали на ширине 18 мм (3 5), хотя и не приводили к образованию специфических дефектов биметалла (расслоений), однако имели пониженные механические свойства по сравнению с предлагаемым вариантом. Снижение статической и устаяост- ной прочности при растяжении и изгибе объясняется уменьшением жесткости алюминиевой детали конструкции .вследствие появления остаточных деформаций в области сварного шва и снижением сопротивле- ния потере устойчивости, т.е. эффект поддерживающего влияния биметалла на гомогенный алюминиевый шов распространяется только в достаточно ограниченной области, соответствующей граничным уело- виям заявляемого решения.

Механические испытания на растяжение соединений алюминиевых элементов с биметаллическим переходником, имеющим выступающую стальную часть, показали, что статическая прочность узлов, выполненных по предлагаемому решению, существенно (на 20-25%) выше по сравнению с прототипом. Разрушение образцов происходило по зоне термического влияния алю- миниевой стенки надстройки.

Результаты механических испытаний сварных узлов алюминиевой стенки надстройки со стальным комингсом, выполненным через биметаллический переходник даны в таблице.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает по сравнению с прототипом получение качественных, более компактных узлов, что способствует повышению их надежности и работоспособности в судостроительных конструкциях.

Использование предлагаемого способа сварки плавлением надстройки с корпусом судна, предусматривающего выполнение стыкового соединения алюминиевой стенки с одноименным слоем биметалла, увеличивает их эксплуатационный ресурс и работоспособность, уменьшает трудоемкость сварочных, ремонтных и восстановительных работ.

Предлагаемый способ сварки плавлением надстройки с корпусом судна с применением биметаллических вставок может быть реализован при строительстве судов различного водоизмещения.

Формула изобретения

Способ сварки плавлением надстройки с корпусом судна, включающий сварку стыковых соединений одноименных материалов с применением биметаллического сталеалюминиевого переходника с выступающей стальной частью, отличающий- с я тем, что, с целью повышения качества и снижение трудоемкости выполнения сварных узлов, с торцевой поверхности переходника удаляют стальной слой на ширину 1,0-2,5 толщины алюминиевого слоя биметаллического переходника, после чего пере- ходник приваривают встык к стенке надстройки.

3(W-W)

Использование: судостроение, корпусные конструкции. Сущность изобретения; соединение надстройки с корпусом судна с применением биметаллического сталеалю- миниевого переходника с выступающей стальной частью осуществляют встык, Перед сваркой с торцовой поверхностью переходника удаляют стальной слой на ширине 1,0-2,5 толщины алюминиевого слоя биметалла. 3 ил., 1 табл.

ISSfrOQl

/ W$

Фиг. 3