Способ сварки кольцевых стыков

Способ сварки кольцевых стыков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технологии сварки, в частности к сварке труб встык или приварке фланцев к тонкостенным трубам, и может быть использовано в трубной промышленности и других отраслях машиностроения . Цель - повышение качества сварки за счет снижения сварочных деформаций. В собранные трубы 1 и 2 со стороны трубы 2 вводят деформируюший элемент (ДЭ) 3, снабженный заходной конической частью 4 и цилиндрической рабочей частью 7. ДЭ 3 раздает трубы 1 и 2 с радиуса ло до радиуса г. Толш,ина стенки уменьшается с to до t. Длину цилиндрической рабочей части 7 ДЭ 3 устанавливают не менее суммы длины внеконтактной зоны 6, образующейся за ной конической частью 4, и ширины кольцевой зоны 8 п.тастической деформации образуюш,ейся при сварке стыка 5. Длину зоны 6 определяют из соотношения ,611 Х о а ширину зоны 8 - известным способом . При сварке деформирующий элемент смещен относительно стыка 5 в направлении перемещения на величину не менее протяженности зоны 6. Угол наклона образующей заходной конической части 4 устанавливают в пределах 1-3°. 2 з. п. ф-лы, 3 ил. 1 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК дц 4 В 23 К 31 06 28 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

В (, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ""

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4091546/31-27 (22) 20.05.86 (46) 30.04.88. Бюл. № 16 (71) Институт сверхтвердых материалов

АН УССР и Институт электросварки им. Е. О. Патона (72) А. И. Геровский, Я. Б. Немировский, О. А. Розенберг, В. А. Богдановский, В. М. Гавва, В. А. Задорожный, Е. А. Резников, Г. А. Сизоненко, Ю. М. Исаенко, А. П. Коконин и Д. А. Кружнов (53) 621.791.75 (088.8) (56) Автоматическая сварка. 1984, № 12, с. 40 — 42.

Авторское свидетельство СССР № 57231, кл. В 23 К 31/06, 1937. (54) СПОСОБ СВАРКИ КОЛЬЦЕВЫХ

СТЫКОВ (57) Изобретение относится к технологии сварки, в частности к сварке труб встык или приварке фланцев к тонкостенным трубам, и может быть использовано в трубной про„„SU„„1391843 А1 мышленности и других отраслях машиностроения. Цель — повышение качества сварки за счет снижения сварочных деформаций.

В собранные трубы 1 и 2 со стороны трубы 2 вводят деформирующий элемент (ДЭ) 3, снабженный заходной конической частью 4 и цилиндрической рабочей частью 7. ДЭ 3 раздает трубы 1 и 2 с радиуса rp до радиуса r . Толщина стенки уменьшается с to до t .

Длину цилиндрической рабочей части 7 ДЭ 3 устанавливают не менее суммы длины внеконтактной зоны 6, образующейся за заходной конической частью 4, и ширины кольцевой зоны 8 пластической деформации образующейся при сварке стыка 5. Длину зоны 6 определяют из соотношения /- =0,611 r," "x

Qt5, а ширину зоны 8 — известным способом. При сварке деформирующий элемент смещен относительно стыка 5 в направлении перемещения на величину не менее протяженности зоны 6. Угол наклона образующей заходной конической части 4 устанавливают в пределах 1 — 3 . 2 з. п. ф-лы, 3 ил. 1 табл.

1391843

50

Изобретение относится к сварке, в част ности к сварке труб встык или приварке, фланцев к тонкостенным трубам, и может быть использовано в трубной промышленности и других отраслях машиностроения.

Целью изобретения является повышение качества сварки за счет снижения сварочных деформаций.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа при сварке труб встык; на фиг. 2— то же при приварке фланца к трубе; на фиг. 3 — зависимость длины пластического ! участка внеконтактной зоны за деформирующим элементом от размеров трубы. ! В случае сварки двух труб встык трубы 1 и 2 предварительно фиксируют в осевом направлении и, прикладывая осевую нагрузку Q, перемещают цельный деформирующий элемент 3 внутри трубы 1 от ее свободного торца в сторону стыка. При этом деформирующий элемент 3 своей заходной кониче1 ской частью 4 деформирует трубу 1 и сва, . риваемые кромки трубы 2 до получения одинаковых размеров. При достижении дефор,,мирующим элементом зоны стыка 5 его оста навливают.

При перемещении деформирующего эле мента 3 в отверстии свариваемых труб его контакт с обрабатываемой поверхностью, происходит по заходному конусу 4. При схо,де с заходного конуса металл, соблюдая условие непрерывности течения, образует внеконтактную зону 6. Она на определенном расстоянии со стороны большего основания заходного конуса лишает контакта цилиндрическую рабочую часть 7 с деформируемой сварочной зоной. Поэтому, чтобы обеспечить контакт цилиндрической рабочей части со сварочной зоной, при остановке деформирую щего элемента необходимо смещать большее

; основание его заходного конуса относитель но стыка 5 в направлении деформирования на величину, превышающую длину внеконтактной зоны 6. Для этого длина цилиндрической рабочей части 7 деформирующего элемента должна превышать сумму длины внеконтактной зоны 6 и ширины окружной зоны пластических деформаций 8, имеющих место при сварке кольцевыми швами тонкостенных обечаек.

Так как после остановки деформирующего элемента в зоне сварки длина внеконтактной зоны определяется по зависимости

/ 0 611 г >, 6 to 5 (!) где ro — внутренний радиус стыка до деформирования, мм;

t0 — толщины стыка до деформирования, мм, а зависимость для определения окружной зоны пластических деформаций, возникающих при сварке тонкостенных обечаек кольцевыми швами, имеет вид

Зл/г 1 ! =-;- (2)

4 13(1 — p ) 5

35 где ri — внутренний радиус стыка после деформирования, мм; — толщина стыка после деформирования, мм; ц — коэффициент Пуассона, то длина цилиндрической рабочей части 7 должна определяться неравенством

4 з(- ) Выражение (1) получено путем математической обработки экспериментальных данных, представленных на фиг. 3. Выражение (2) известно из литературных данных.

Деформирующий элемент 3 останавливают в положении, когда большее основание его заходного конуса 4 смещено относительно стыка 5 в направлении деформирования на величину, превышающую длину внеконтактной зоны 6 после заходного конуса 4.

В этом случае цилиндрическая рабочая часть 7 деформирующего элемента 3 находится в непосредственном контакте с внутренними поверхностями свариваемых труб I и 2 по всему периметру стыка 5. Затем производят сварку. Цилиндрическая рабочая часть 7 своей поверхностью оказывает силовое воздействие на зону пластических деформаций 8, возникающих в процессе сварки и устраняет условия образования растягивающих остаточных напряжений в сварочном шве, повышая геометрическую точность отверстия в районе сварного шва.

После выполнения сварки трубу 1 деформируют деформирующим элементом 3 по всей ее длине.

При приварке фланца к трубе (фиг. 2) трубу 1 и фланец 9 фиксируют в осевом направлении и, прикладывая осевую нагрузку Q, перемещают цельный деформирующий элемент 3 относительно трубы 1 и фланца 9.

При этом деформирующий элемент 3 деформирует трубу 1 на величину, обеспечивающую одинаковый размер наружного диаметра трубы 1 и внутреннего диаметра фланца 9.

Деформирующий элемент 3 останавливают в положении, когда большее основание его заходного конуса 4 смещено в направлении деформирования относительно стыка 5 на величину, превышающую длину внеконтактной зоны 6 после заходного конуса 4. При таком положении деформирующего элемента 3 во время приварки фланца 9 к трубе 1 цилиндрическая рабочая часть? деформирующего элемента 3 находится в непосредственном контакте с внутренней поверхностью трубы 1 по всему периметру стыка 5, препятствуя образованию растягивающих остаточных напряжений в сварном шве и содействуя повышению геометрической точности отверстия трубы 1 в районе сварного шва.

После приварки фланца 9 к трубе 1 последнюю деформируют деформирующим элементом 3 по всей длине.

1391843

Угол ос наклона образующей заходного конуса 4 к оси деформирующего элемента 3 целесообразно назначать в пределах 1 — 3 .

Выбор угла а меньше указанного диапазона приводит к вырождению заходного конуса в цилиндрическую ленточку, что недопустимо, так как с помощью него осуществляется плавный заход в отверстие трубы и деформирование свариваемых элементов в радиальном направлении. Выбор угла а больше указанного диапазона вызывает образование острой кромки в месте перехода заходного конуса в цилиндрическую рабочую часть. При остановке деформирующего элемента в зоне сварки острая кромка внедряется в стенку свариваемых элементов, что приводит к образованию дефектов. Кроме того, увеличение угла а выше указанного диапазона также ухудшает точность раздаваемого отверстия, что приводит к неравномерному контакту цилиндрической рабочей части деформирующего элемента 3 со свариваемыми трубами и ухудшению качества сварного шва и нарушению геометрии в зоне сварки.

Пример. Приваривали фланцы к биметаллическим трубам (волноводам для радиорелейных линий связи). Материал кольца и трубы — сталь 20. По внутренней поверхности труба имела медный токонесущий слой толщиной 0,3 мм. Диаметр отверстия трубы до деформирования ее в радиальном направлении составлял 69,3 мм, а фланца—

75,0 мм; толщина стенки трубы — 2,5 мм, фланца — 8 мм, длина трубы — 250 мм, фланца — 31 мм. Перед сваркой трубу 1 и фланец 9 деформировали в радиальном направлении до получения одинаковых размеров в месте сопряжения внутренней поверхности фланца с наружной поверхностью трубы. Деформирование осуществляли цельным деформирующим элементом 3, изготовленным из твердого сплава марки ВК15, Длина цилиндрической рабочей части 7 деформирующего элемента 3 определялась по зависимости (3) и была принятой равной

30 мм, а угол наклона образующей рабочего конуса деформирующего элемента был равен а=2 .

Большее основание заходного конуса 4 деформирующего элемента 3 смещали относительно стыка 5 в направлении деформирования на 6 мм, что превышало длину внеконтактной move 6 после заходного конуса 4, определенную по зависимости (1) и равную для данного размера трубы 5,1 мм. Протяженность зоны пластической деформации, определенная по зависимости (2), была равной 22,5 мм. Приварку фланца 9 к трубе I производили плавящимся электродом в среде углекислого газа и следующем режиме: сварочный ток 150 — 160 А, напряжение дуги

23 — 24 В, скорость сварки V-=70 м/ч, диаметр электродной проволоки 1,2 мм. После

Усадка в районе сварного шва, мм

Угол наклона образующей рабочего

О конуса (cX), 20 № п/п

Наблюдается резание, что не допустимо

0

0,06

25 1

3

Применение предложенного способа сварки позволяет повысить геометрическую точность их внутреннего диаметра в районе сварного шва и свести к минимуму растягивающие остаточные напряжения в сварном шве.

Формула изобретения

1. Способ сварки кольцевых стыков, преимущественно тонкостенных труб, между собой и с фланцами, при котором внутрь труб вводят деформирующий элемент, имеющий цилиндрическую рабочую и коническую заходную части, деформируют им сваривае45 мые кромки с увеличением их диаметра и производят сварку, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварки за счет снижения сварочных деформаций, длину цилиндрической рабочей части деформирующего элемента назначают из соотношения

50 .О,46 О,54 где ЙΠ— длина цилиндрической рабочей части, мм; гΠ— внутренний радиус стыка до деформирования, мм; — толщина стыка до деформирования, мм;

l eф — ширина зоны пластических деформаций при сварке стыка, мм, 4 сварки трубу деформировали деформирующим элементом 3 по всей длине. Для обоснования заявляемого диапазона угла наклона образующей заходного конуса 4 деформирующего элемента 3 деформирование трубы 1 и фланца 9 осуществляли при пяти значениях а; двух граничных, среднем и двух за пределами диапазона. Каждым деформирующим элементом с конкретным значением а деформировалось по 3 трубы и по 3 фланца.

После приварки фланцев к трубам и деформирования последних по всей длине измеряли усадку внутреннего диаметра труб в районе сварного шва, которая характеризует уровень растягивающих остаточных напря15 жений в сварном шве.

Средние значения усадки внутреннего диаметра труб с приваренным фланцем в месте сварочной зоны приведены в таблице.

1391843

0//

0,2

OZ 03 04t

Аср. 3

Составитель М. Буянов

Редактор М. Келемеш Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи

Заказ 1792/17 Тираж 92! Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 деформирующий элемент вводят после сборки стыка со стороны одного из свободных концов свариваемых труб, перемещают по трубе в зону стыка и располагают в указанной зоне со смещением места перехода за,ходной конической части деформирующего

: элемента в его цилиндрическую рабочую часть относительно стыка в направлении перемещения на величину не менее 0,611 (: )(т," "./"„, а после сварки продолжают пе; ремещение деформирующего элемента до

: второго свободного конца свариваемых труб. ! 2. Способ сварки по и. 1, отличающийся тем, что ширину зоны пластических дефор-! маций при сварке стыка определяют по соотношению

Зл /т А

4 /3(1 — 1ь ) где ri — внутренний радиус стыка после деформирования, мм; — толщина стенки стыка после деформирования, мм;

1ь — коэффициент Пуассона.

3. Способ сварки по п. 1, отличающийся тем, что угол наклона образующей конической заходной части к оси деформирующего элемента назначают в пределах 1 — 3 .