Способ многопроходной сварки

Способ многопроходной сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 740429 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 100676 (21) 2372446/25-27 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет (Si) M. К,.2

В 23 К 9/00

В 23 К 28/00

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений н открытий

Опубликовано 150680. Бюллетень ¹ 22 (53) УДК 621,791. .754(088.8) Дата опубликования описания 1506.80 (72) Авторы изобретения

B. B. Гринин, М.М.Штрикман (71) Заявитель (54) СПОСОБ МНОГОПРОХОДНОЙ СВАРКИ

Изобретение относится к области сварки, в частности, к способам многопроходной сварки, преимущественно, деталей большой .толщины, и может быть применено при изготовлении резервуаров, в котлостроении и в других отрасл ях машин острое ни я.

Известен способ многопроходной сварки, преимущественно, деталей 10 большой толщины, при котором свариваемые элементы закрепляют в приспособлении и задают им при этом угловую деформацию, обратную сварочной деформации, а сварку выполняют по щелевой разделке (1).

Однако при выполнении сварки по мере наложения слоев и заполнения разделки ширина ее увеличивается.

Это приводит к большим угловым деформациям и остаточным напряжениям.

Кроме того, обеспечение точности разделки с учетом изменения поперечной усадки по высоте разделки связа- 25 но с дополнительными затратами.

Цель изобретения — улучшение качества сварки путем обеспечения первменной в процессе сварки угловой деформации, обратной сварочной.

Для этого свариваемые элементы закрепляют в приспособлении шарнирно и в точках закрепления прикладывают растягивающую нагрузку в направлении, перпендикулярном продольной оси сварного шва, которую изменяют при сварке от прохода к проходу, при этом величину растягивающей нагрузки при сварке каждого слоя выбирают из условия равенства моментов растягивающей на; грузки.: и усилия от поперечной усадки сварного шва.

На фиг. 1 представлена схема сборки и сварки элементов согласно данному способу; на фиг.2 — вид A фиг. 1.

Способ осуществляют следующим образом.

Детали 1 под сварку с щелевой разделкой после прихватки закрепляют шарнирно в приспособлении и в точках закрепления прикладывают поперечные растягивающие усилия. Под действием момента МР=Р„ - и растягивающих сил детали поворачиваются вокруг осей, параллельных оси шва (точки А и В на фиг.1), и занимают исходное положение с предварительным раскрытием кромок, улучшающим доступ к сварке нижнего слоя. После погружения элек740429 трода в разделку на заданную глубину возбуждают дугу и начинают процесс сварки корневого шва.

При сварке каждого слоя неизбежно возникновение усадочной силы P„ величина которой практически одинакова для всех слоев из-за постоянстна их формы и площади в поперечном сечении Режим сварки каждого слоя постоянен. Величина h> переменная, что учтено в приведенном расчете.

Р Ь„=6 И

Опытным путем установлено, что момент усадочной силы может быть практически уравновешен при высоте сечения сваренного шва ЙшЪ 2В (Язв радиус изотермы 650ос в поперечном сечении), В этом случае h =В иэ равенства (2) получим 2

<,Ü)

Y $

Значение ранновесного усилия Р„ при котором угловая деформация отсутствует, можно определить подставив в уравнение (1) значение P из уравне1 ния (3) . ч р = Ç S ш s Ь „т „

Если растягивающее усилие больше равновесного, то происходит раскрытие зазора между кромками и наоборот, 55

Работа системы и взаимодействие сил осуществляется следующим образом.

Под действием поперечной силы усадки Р„ и растягивающих сил в шарнирной заделке Р„ детали поворачиваются во- 15 круг оси A проходящей через шарниры параллельно оси шва и занимают последовательно положения 2, 3 и 4. Выбор места расположения шарниров производят исходя из конструкции деталей, распо- 20 лагая их как можно дальше от корня шва (практически 10 мм 0Т поверхности деталей).

Угловая деформация (поворот кромок относительно центра тяжести сварен- 25 ного сечения) будет отсутствовать

TlPH p.j p.q + 5, .О

И И v Ч "п где h u h .— расстояние от центра и тяжести сечения сваренного шва до линии действия сил Ph и Р„ при сварке h -го слоя, см;

w„-С . "/й, где Е и hù — длина и высота шва, см; бт„ — предел текучести металла при данной темпераууре, кг/см

Фиктивную усадочную силу Р, которая, как уже отмечалось, практически постоянна для всех слоев шва, можно 40 приближенно определить для случая внецентрового сжатия незакрепленных деталей беэ учета центральной силы сжатия ошибка не превышает 8-10Ъ) .

Тогда

45 (e) Растягивающее усилие создается болтами-растяжками 5. В зависимости от сечения болтов-растяжек Р и их

Р длины Ер и модуля упругости материала болтов Е кг/мм, растяжка получит удлинение 6Š— р откуда подставив

9n lt значение Р„из уравнения (4) получим

26 g „,Зъ„. 6„И), Ъ а Ь„Ь (51

Величина удлинения растяжки 5 соответствует поперечному перемещению кромки на уровне шарнира, Однако, поскольку под действием силы Р имеет место выборка люфтов конструкции и небольшое смятие поверхности шарнира, не прэвышающее 0,6-0,7 мм, в среднем по 0,05 мм за каждый проход, то к величине ь8 следует прибавить величину 0,05 мм ЬЕ .Е.0,05h

Расчеты по уравнению (4) показывают, что по мере удаления от корня шва, равновесное усилие Р„ возрастает от слоя к слою. Если затяжку гаек 6 в приспособлении перед сваркой очередного слоя не производить, то будет .протекать угловая деформация (сближение кромок) и, следовательно, удлинение растяжек 5, которое приводит к росту усилия P„

Как только усилие Рп достигнет, при удлинении растяжки, равновесного значения для данного слоя, сближение кромок прекратится, Подбирая расчетом соответствующее сечение болтонрастяжек и базу их удлинения, можно управлять угловой деформацией, возникающей при наложении последующих слоев.

Таким образом, определив из уравнения (5) перемещение кромки при сварке и слоев можно определить величину угла раскрытия кромок при сварке корневого слоя, которая обеспечит после выполнения последнего прохода получение нулевой угловой деформации соединения (т.е., будет скомпенсирована суммой последующих углоных деформаций). Получение расчетной угловой деформации при сварке корневого слоя обеспечивается автоматически, если усилие растяжки выбрать заведомо больше равновесного иэ соотношения

Р.h„Р„ где Р и h — равновесное усилие рас < ( тяжки при снарке корневого слоя и плечо этого усилия;

P u h — требуемое (расчетное)

I усилие растяжки и плечо этого усилия.

Посколько при раскрытии кромок, благодаря шарнирному закреплению, центр тяжести сваренного сечения перемещается вверх и высота Ь„уменьшается.

740429

Расчетные значения удлинения растяжки, перемещения кромок и их раскрытия. уммар- 50

ый гол аскрыия ромок 55

Прирост раскрытия щели в зоне сварки,мм

Pï кг

Номер сло

3 ) 4 1 л

О 0 8

0 2029 5о4

1 1166

2 2380 0,119 0,219 0,159 4034

3 3420 0,172 0,322 0,1385 3 58

Как видно иэ фиг,l раскрытие кромок в зоне наложения последующего шва имеет прирост 2дЬ .

Величину прироста раскрыти я кромок в зоне наложения каждого слоя можно определить через Q - (угол раскрытия) . ьЕ к тогда

2 Е

2ab 2d 4ц — =2б сл 2 слh i где de„— толщина одного слоя, Как показали расчеты (см. таблицу) по приведенным выше формулам и практические замеры при сварке образцов наибольший прирост раскрытия кромок в зоне сварки не превышает 0,2 мм (по 0,1 мм на сторону). Это свидетельствует о достижении необходимых условий стабилизации зазора между кромками и ширины шва. Возникающее при шарнирном закреплении небольшое раскрытие g0 кромок улучшает доступ к зоне сварки нижних слоев, при этом удается уменьшить ширину исходного зазора с .8-10 мм до 4-5 мм и тем самым существенно уменьшить ширину шва и зон тер- Q5 мического влияния.

Пример . Сваривали образцы иэ стали ВНС2 толщиной 35 мм. Шарнирное закрепление осуществляли на расстоянии 25 мм от нижней кромки стыка. 30

Усилие растяжения не превышало 500 кг.

Максимальное раскрытие щели при сварке нижнего слоя (8-8,5 мм), что соответствовало суммарному углу раскрытия кромок 6-7О. Раскрытие кромок в корне З5 составляло 4-5 мм. После сварки угловая деформация образцов равнялась нулю.

Металлографические исследования образцов показали, что ширина литой зоны шва с учетом оплавления кромок составила 6-6, 5 мм вместо 10-12 мм, полученной при сварке образцов по обычной технологии, и была равномерна по высоте.

Продолжение таблицы

Л 2 3 4 5 б

4 4140 0,207 О, 407 О, 1215

3 30

5 4680 0,234 О, 484 О, 1061 3 02

6 5070 0,2535 0,5535 О, 0922 2 38

7 5380 О, 269 О., 619 О, 0781 2О 16

8 5650 0,2825 0,685 О, 0664 lo 54

9 5830 О, 292 О, 742 .О, 0545 1 34

10 5950 0,298 0,798 0,0433 1 14

11 6050 0,3025 0,8525 0,0324 ОО56

12 6140 О, 3070 0,907 О, 0215 ОО36

13 6220 0,311 0,961 0,0107 0 18

14 6290 О, 3145 1,0145

О

П р и м е ч а н и е : Расчетные данные Ic = 280A;Uc)= 11В; ь= 0,12 см/сек; г)э = 0,67;

А =0,059 кал/см сек С (сталь ВНС2); C=0, 16 кал/г С; ф= 7, 76 г/смэ; 6,О 9000 кг/см", 5,— 2700-4000 кг/см у h= 2 GM; с(сÄ=0, 2 смр Fp =100 мм, Р = 100 мму

Ep = 2 10 кг/мм формула изобретения

1. Способ многопроходной сварки, преимущественнол деталей большой толщины, при котором св арин аемые элементы закрепляют в приспособлении и задают им при этом угловую деформацию, обратную сварочной деформации, а сварку выполняют по щеленой разделке, отличающий с я тем, что, с целью улучшения качества сварки путем обеспечения переменной в процессе сварки углоной деформации, обратной сварочной, снаринаемые элементы закрепляют в приспособлении шарнирно и в точках закрепления прикладывают растягивающую нагрузку, в направлении перпендикулярном продольной оси сварного шна, которую изменяют при сварке от прохода к проходу.

2. Способ по п ° 1, о т л и ч а ю шийся тем, что величину растягивающей нагрузки при сварке каждого слоя выбирают из условия равенства моментон растягинающей нагрузки и усилия от поперечной усадки сварного шва.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 394175, кл. В 23 К 9/16, 1968 (прототип).

740429

Составитель Л.Назарова

Редактор П.Макаревич Техред Л.Теслюк

Корректор Е.Папп

Заказ 3282/1 Тираж 1160

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4