Способ контактной стыковой сварки оплавлением Советский патент 1982 года по МПК B23K11/04 

ляет производить осадку на заданную величину с высокой точностью. Цель изобретения - повышение качества соединений и стабильности их механических свойств. Указанная цель достигается тем, что припуск на осадку устанавливают в пределах 1,2-3,0 величины максимального зазора, образующегося межд свариваемыми торцами изделий в процессе оплавления между осадкой. При этом для изделий толщиной от 5 до 20 мм припуск на осадку ус танавливают в пределах 1,2-1,8 вели чины максимального зазора, который определяют по формуле Uixx (0,0226 + 0,2), а для изделий толщиной более 20 мм припуск на осадку устанавливают в пределах 1,5-3,0 величины максимал ного зазора, который определяют no формуле {0,001 + 0,62) . где максимальный зазор, образующийся между свариваемыми торцагли в процессе оплавления перед осадкой, мм; - напряжение холостого хо да, В; р. «-, , - - толщина свариваемых изделий, мм. На фиг, 1а показано сварное соединение полос, где оС угол искривдения полос прокатки относительно его продольной оси на фиг. 16 свариваемые изделия в процессе оплавления, где Эииах - максимальный зазор, образующийся между торцами изделий в процессе оплавления перед осадкой; на фиг, 2а и в показаны торцы свариваемых изделий до сварки на .фиг, 26 и г - то же, перед осадкой, где - протяженность участков оплавляемых торцов, расположенных у поверхности свариваемых изделий, на которых зазор между изделиями увеличивается До максимал ной величины. Зависимость величины максимального зазора от изменения условий сварки устанавливается в результате всестороннего исследования процесса оплавления изделий различной толщины. Как показывают проведенные иссле дорания, величина Aз,ox определяетс особенностью образования и разрушен контактов в процессе оплавления, Ейши зазор в окрестностях контакт достаточно велик, что возможно при большой высоте выступов на оплавляемых поверхностях, то при разрушени контактов на поверхностях оплавления -не остается заметных углублений (фиг. 2а и б). Если этот зазор мал (фиг. Зв), то металл контактов по мере своего расплавления вытесняется электродинамическими силами в зазор, образуя участок сваривания, который характеризуется металлической связью между свариваег-ими изделиями. В связи с этим нагрев этого участка происходит по всей его поверхности одновременно. Глубина кратера, .образующегося при выплавлении участка сваривания, тем больше, чем больше площадь этого участка, которая, в свою очередь, определяется градиентом температурного поля впереди фронта плавления (фиг. 2г),Ве.личины градиентов различны в том случае, если отличаются условия от- . вода тепла на этих участках. У края образцов теплоотвод меньше, чем в центре поверхности оплавления, а следовательно,меньше глубина кратера. Поэтому по мере перемещения фронта плавления от центра поверхностей оплавления к ее краю, глубина кратера уменьшается. При достаточно большой толщине образцов отвод тепла при перемещении фронта плавления на определенном расстоянии от края поверхности оплавления (фиг. 2г) остается неизменным. В данном случае независимо от расположения контакта его нагрев соответствует схеме нагрева полубесконечного тела точечным источником. Поэтому при толщине элемента свариваемого сечения, превышающей максимальная глубина кратера, а следовательно, и максимальная величина зазора между деталями, мало зависит от толщины свариваемых изделий. Экспериментальным путем установлено, что величина 9-10 мм; Следовательно, изменение толщины свариваемого изделия свыше 18-20 мм не оказывает существенного влияния на величину Д-Зи/.ах г как это наблюдается при толщинах менее 18 мм. Экспериментально установлено, что максимальный зазор между деталями изменяется прямо пропорцибнально их толщине, но скорость изменения величины при сварке изделий толщиной менее 18 мм значительно больше, чем при сварке изделий толщиной свыше 20 мм. Нагрев металла участков определяется не только условиями теплоотвода, но и проводимостью этих участков. С увеличением напряжения холостого хода U2)if проводимость повышается. Поэтому при высоких значениях создаются более благоприятные условия для увеличения площади. участка сваривания. Кроме, этого, при высоких напряжениях выплавляется большее количество металла в единицу времени, В связи с этим в зазоре между изделиями впереди фронта плавления накапливается большое количестно расплавленного металла, образующего участок свариванияJ В результате глубина кратеров, а следовательно, и максимальный зазор между деталями, увеличивается. Исследования показывают, что максимальный зазор между свариваемыми изделиями изменяется прямо пропорционально напряжению холостого хода, причем подобная зависимость сохраняется при сварке изделий всех толщин,

От других параметров режима сварки величина максимального зазора не зависит. Например, при оплавлении на различных скоростях изменяется только конфигурация кратеров на оплавляемых поверхностях. С псвкшением скорости их края становятся более пологими, но глубина при этом остается неизменной.

На основании полученных данных выводят эмпирические формулы, определяющие величину максимального зазора между свариваемыми изделиями при оплавлении. Для толщин, от 5 до 20 мм

3v.ai Ua.i (0,022&+ 0,200) и для толщин свыше 20 мм

)( ийХХ (0,001сГ+ 0,620),

где , и Si - соответственно максимальный зазор и толщина свариваемых изделий, мм, - напряжение холостог

хода, В.

Устанавливая минимально возможную величину осадки, равную

Дх 1,

качественные соединения можью получить только определенной ширине зоны разогрева. Однако ширина зоны разогрева зависит от ряда факторов и изменяется з широких пределах. Например, ширина зоны разогрева обычно увеличивается с увеличением толщины свариваемых изделий. Ее величина изменяется в зависимости от режима сварки: она меньше при сварке на жестких.режимах, чем на мягких. Ширина зоны разогрева особенно зависит от метода сварки оплавлением: при сварке непрерывным оплавлением она уже, чем при сварке оплавлением с предварительным подогревом.

Поэтому припуск на осадку выбирают в пределах (1, 2-3 , О ) Aj .a , устанавливая ее значение в зависимости от ширины зоны разогрева. При сварке изделий толщиной 5-20 мм на жестких режимах, характеризующихся малым термическим циклом т,е, относительно малой зоной разогрева, припуск на осадку устанавливают в пределах (1, 2-1, 5) Азц,с(х.

Например, при сварке непрерывным оплавлением труб из стали 20 диаметром 219 мм и толщиной стенки 12 мм на контактно-стыковой машине К-584

с длительностью термического цикла 60 с при напряжении Ug 6,5 В припуск на осадку устанавливают Дсс 4 IVCM:

,3-А5„а , где Дз,,5 (0,022х Х12+0,200)3,01 мм, ,3 3,01 3,913 мм, Дос 4 мм.

При сварке изделий такой же толщины (от 5 до 20 MJ-) на мягких режимах, отличающихся большим термическим циклом, припуск на осадку устанавливают в пределах (1,5-1,8)Д$ й«х Например, при сварке непрерывным оплавлением импортных труб класса Х60 диаметром 1420 мм и толщиной стенки 18 мм на контактно-стыковой машине К-700 с длительностью термического цикла 150 с при напряжении 7,08 припуск на осадку устанавливают Д ос 7 MNt:

, 7 Д5.«си, Л5.аг7 (0,022 18 + +0,200) 4,172 мм, 4,172 7,092 мм, АОС 7 мм При соединении пластин из сталей Ст.З, 17ГЧС, 09Г2 толщиной 20 мм и шириной 200 мм на сварочной машине К-190 методом непрерывного оплавления с длительностью термического цикла 100 с при напряжении Ujyx 6,8 В припуск на осадку устанавливают , Д ОС 6,5 мм:

Дсх: 1,5- , где Л,„ак 6,8(0,022 20 + 0,200) 4,35 мм ,5-4,,525 мм, Дос 6,5 мм

При сварке изделий толщиной свыше 20 мм, например при соединении больших сечений на мягких режимах методом непрерывного оплавления, припуск на осадку устанавливают в пределах (1, 5-1, 8) Лейлах

Например, при сварке пластин из стали 18Г2АФ толщиной 30 мм и шириной 200 мм на машине К-190 с длительностью термического цикла 180 с при напряжении 7,2 В припуск на осадку устанавливают Л-ос 8,5 мм

При сварке изделий толщиной свыше 20 мм, например при соединении больших сечений методом оплавления с предварительным подогревом, припуск на осадку устанавливают в предлах (1,8-3,0) ,

Например, при сварке пластин из стали Ст.З толщиной 50 мм и шириной 180 мм на машине К 190 с общей длительностью термического цикла 200 с при напряжении 7,5 В припуск на осадку устанавливают АОС 13 мм

Дос 2,5-Abvnax, где 7,5(0,001-50 + 0,620) 5,1 мм, ioc 2,55,1 12,75 мм, Дос 13 мм

Предлагаемый способ сварки позволяет получать высококачественные соединения- со стабильными показателями механических свойств. Это подтверждается всесторонними испытаниями различных соединений, выполненны предлагаемым способом сварки.

ЕСе соединения указанных иэде.ттий, сваренные пред-Ггагаемлм способом (осиозные параметры режима сварки приведены) имеют высокие и стабильные механические свойстза.

Из общего количества образцов, испытанных на изгиб (всего 524 образи.а) только 0,9% (2 образца из соединения толщиной 30 мм и 3 образца из соединений толщиной 50 мм) имеют угол загиба от 100до ISO, остальные образцы (99,1%) имеют угол загиба соединений толщиной 30 мм 174, а толщиной 50 мм 163,

Сварка известными способами позволяет получать соединения, средний угол загиба которых составляет только 100, при минимальных углах загиба и менее

Все образцы, испытанные на разрыв (всего 262 образца), имеют показатели на уровне основного металла.

Применение предложенного способа для сварки изделий из проката позво ляет поднять механические свойства соединений, выполненных сваркой оплавлением, до уровня, предъявляв мого к ответственным сварным конст рукцияМр например к газо- и нефтепроводам большого диаметра, прокладываемым в районах Крайнего Севера, а также к паропроводам высокого давления тепловых электростанций. Это дает возможность применять такЬй высокопроизводительный и автомё-тизированный метод сварки, каким является контактнал стыковая сварка оплавлением, с большим экономическим эффектом.

Годовой экономический эффект от внедрения одного сварочного комплекта при строительстве газопроводов диаметром 1420 мм составляет 1855,5 тыс, руб„ Повышение надежности сварных соединений расширяет объе внедрения данного метода сварки, что дает нapoднoIv y хозяйству большую экономию.

Использование предложенного способа на практике позволяет также уменьшить величину грата, который необходимо удалять со сварных стыков после сварки. В результате значительно сокращается тpyдoe п :ocть его удаления и в целом повышается производительность сварки. Это, в свою очередь, уменьшает затраты на обработку :варного стыка. В результате уменьшения припуска на осадку снижается расход свариваемого металла. Например, при сварке fpy6 диаметром 1420 мм с толщиной стенки 18 мм за счет применения новой технологии

экономится около 4 кг металла на один сварной стык.

Формула изобретения

1 . Способ контактной стыковой сварки оплавлением,преимущественно изделий из проката толщиной более 5 мм, при котором устанавливают припуски на оплавление и осадку, производят оплавление свариваемых торцов изделий при заданном напряжении холостого хода и их осадку, отличающийся тем, что, с целью повышения качества соединений и стабильности их механических свойств, припуск на осадку устанавливают в пределах 1,2-3,0 величины максимального зазора, образующегося между свариваемыми торцами изделий в процессе оплавления перед осадкой

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сварке изделий толщиной от 5 до 20 мм припуск на осадку устанавливают в пределах 1,2-1,8 величины максимальног зазора, который определяют по формуле

Ь„,ах (0, 0,2) гдeйJ, максимальный зазор, образующийся между сварэваемыми торцами в процессе оплавления перед осадкой мм;

напряжение холостого хода, В;

Ъ - толщина свариваемых изделий, мм.

3,Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сварке изделий толщиной более мм припуск

на оса,цку устанавливают в пределах 1/5-3,0 величины максимального зазора, который определяют по формуле

Ua«(0,OOlS + 0,62.; где Л5ц,да- максимальный зазор, образующийся между свариваемыми торцами в процессе оплавления перед осадкой мм;

Ujvv - напряжение холостого хоаххда, В;

rv

д

толщина свариваемых изделий, мм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Лившиц B.C. и др. Выбор оптимальной осадки при контактной сварке стальных труб оплавлением.-Строительство трубопроводов , 1966, №9,

СЬа шВаемые Зетали