Способ получения стыкового замкового соединения разнотолщинных деталей

Способ получения стыкового замкового соединения разнотолщинных деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЫКОВОГО ЗАМКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

РАЗНОТОЛЩИННЫХ ДЕТАЛЕЙ

Изобретение относится к области сварки, в частности к электронно-лучевой сварке в вакууме разнотолщинных деталей, содержащих массивный элемент и состыкованную с ним деталь меньшей толщины (например, крышку), и может найти применение в различных отраслях промышленности.

Известна конструкция углового одностороннего сварного соединения без скоса кромок с полным проплавлением (Электронно-лучевая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. ОСТ 26-260.453-92, УЗ), применяемая при электронно-лучевой сварке разнотолщинных деталей. Использование этой конструкции обеспечивает полное проплавление на всю толщину стыка свариваемых деталей, а также отсутствие технологического непровара.

Однако существенным недостатком такой конструкции становится, во-первых, резкое увеличение грата, когда капли избыточного расплавленного металла под действием давления вытесняются из зоны сварки. Из-за особенностей конструкции сварного соединения устранить подобный дефект не представляется возможным. Во-вторых, появление ослабления шва, что снижает прочность сварного соединения. В-третьих, отсутствие опоры для крышки, в связи с чем возникает необходимость использовать дополнительные элементы крепления для удержания крышки, что существенно усложняет процесс сварки.

Наиболее близким по технической сущности является стыковое одностороннее замковое соединение, находящее применение при электронно-лучевой сварке разнотолщинных деталей (ОСТ 26-260.453-92, C5). Подобная конструкция обеспечивает отсутствие грата, к тому же, основание замка, выполненное на торце свариваемой кромки массивного элемента, является опорой для крышки и позволяет точно состыковать свариваемые элементы.

Недостатком такой конструкции является наличие технологического непровара между крышкой и основанием замка. Технологические непровары создают концентрацию напряжений, вызывая снижение выносливости и прочности сварных соединений, а также могут стать причиной появления щелевой коррозии в корне шва.

Технической задачей изобретения является обеспечение полного проплавления на всю толщину свариваемого стыка без технологического непровара, уменьшения грата в корне шва и исключение появления ослабления в вершине шва.

Технический результат заключается в повышении качества сварного соединения.

Решение технической задачи достигается за счет того, что в известном стыковом замковом соединении разнотолщинных деталей, содержащем массивный элемент, на торце свариваемой кромки которого выполнено основание замка, и состыкованную с ним деталь меньшей толщины, по сравнению с прототипом основание замка выполнено с прямолинейным скосом под углом α, выбирающимся из диапазона 45°≤α≤60°.

Кроме того, скос в основании замка может быть выполнен прямолинейным.

Дополнительно скос в основании замка может быть выполнен ломаным с образованием полочки, ширина которой составляет менее 0,3 ширины В_к шва в корне.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана форма поперечного сечения подготовленных кромок конструкции предлагаемого стыкового замкового соединения при скосе основания замка под углом α; на фиг.2 - форма поперечного сечения выполненного сварного шва для вышеуказанной конструкции; на фиг.3 - форма поперечного сечения подготовленных кромок конструкции стыкового замкового соединения с ломаным скосом основания замка; на фиг.4 - форма поперечного сечения выполненного сварного шва для вышеуказанной конструкции. На фиг.5 представлен макрошлиф сварного соединения; на фиг.6 - вид со стороны корня шва сварного соединения, выполненного с применением предложенной формой разделки кромок.

Стыковое замковое соединение содержит массивный элемент 1, на торце свариваемой кромки которого выполнено основание замка 2, состыкованную с ним деталь 3 (крышку) толщиной δ и сварной шов 4.

Сварка с использованием скоса основания замка 2 (фиг.1 и фиг.2) позволяет позиционировать крышку без применения специальных технологических приспособлений для ее крепления, одновременно достигается высокое качество сварного шва за счет отсутствия технологического непровара, снижения величины ослабления на поверхности шва и уменьшения количества грата по сравнению со сваркой без использования скоса основания замка 2 на торце свариваемой кромки массивного элемента 1. При сварке с частичным (ломаным) скосом основания замка 2 (фиг.3 и фиг.4) длина полочки 5 составляет менее 0,3 ширины В_к шва в корне. Помимо отсутствия технологического непровара достигается минимальное количество грата или его полное отсутствие.

В ходе исследований, проводившихся на кафедре Технологии металлов ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», проводили сварку разнотолщинных сварных стыков с толщиной крышки δ=8 мм и 5 мм с различными видами разделки кромок: замковое соединение C5 по ОСТ 26-260.453-92, УЗ по ОСТ 26-260.453-92, а также при скосе основания замка под углами 30°, 45° и 60°. Материал деталей - сталь AISI 316 L (N). Сварка осуществлялась на электронно-лучевой установке ЭЛА 60/60. Скорость сварки - 100 м/ч, ускоряющее напряжение - 60 кВ. Ток пучка - 100 мА и 75 мА при сварке толщин 8 мм и 5 мм соответственно. По результатам экспериментов было установлено, что наиболее приемлемым является сварка при скосе основания замка под углом α, выбирающимся из диапазона 45°≤α≤60°. Уменьшение угла может приводить к появлению технологического непровара за счет несплавления между основанием замка и крышкой. Выбор именно таких углов обусловлен также возможностью использования в этом случае стандартных фасонных фрез, не требующих перетачивания и позволяющих осуществлять разделку кромок за один проход, что существенно упрощает и убыстряет данную операцию. При выполнении ломаного скоса основания замка длина полочки составляет менее 0,3 ширины Вк шва в корне; ширина шва в корне зависит от режимов сварки и определяется экспериментально. Увеличение длины полочки может приводить к появлению технологического непровара.

Использование изобретения позволяет повысить качество сварного соединения путем обеспечения полного проплавления на всю толщину свариваемого стыка без технологического непровара, одновременно позволяя минимизировать количество грата.

1. Способ получения стыкового замкового соединения разнотолщинных деталей, включающий разделку кромок деталей под сварку замкового соединения с выполнением основания замка на торце свариваемой кромки детали большей толщины, стыковку с ней детали с меньшей толщиной и сварку с помощью электронно-лучевой установки, отличающийся тем, что основание замка выполняют со скосом под углом 45°≤α≤60° , а сварку осуществляют с проплавлением стыка на всю толщину.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скос в основании замка выполняют прямолинейным.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скос в основании замка выполняют ломаным с образованием полочки шириной менее 0,3 ширины шва в корне.