Способ изготовления сварных ребристых панелей

Способ изготовления сварных ребристых панелей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ («)998063

Союз Советских

Социалистических

Республик (61} Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 29. 08. 80 (21} 2976608/25-27.

Р М К з

23 K 31/00

В 23 К 28/00 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23} Приоритет

Опубликовано 23.02.83. Бюллетень № 7

РЙУДК 621 ° 791 ° .0ll(088.8) Дата опубликования описания 25.02.83 (72} Авторы изобретения

В.B. Редчиц, A.Ñ. Зажигин, Г.Т. Лебедев и И.A. Вакс (71) Заявитель (5 4) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ

РЕБРИСТЫХ ПАНЕЛЕЙ

Изобретение относится к сварке, преимущественно к способам изготовления сварочных ребристых панелей, где . стоит задача уменьшения сварочных деформаций при их изготовлении с перекрещивающимися ребрами из титановых сплавов.

Известны способы уменьшения деформаций при сварке листов, когда свариваемое полотно прикрепляют к опорной плите по контуру, а также способ сварки методом сквозного проплавления (сварка со стороны обшивки панели), когда к ребру в процессе сварки.прикладывают растягивающее.усилие $1) и $2$

Эти способы недостаточно эффективны и не обеспечивают получения сварных

-панельных конструкций с требуемой геометрией формы. Их применение приводит к необходимости прсмежуточных опера-. ций правки обшивки и части приваренных ребер, например методом термофиксации, что снижает производительность и качество материала в результате воз- 2 действия повторных нагревов при термофиксации.

Известен также способ изготовления сварных ребристых панелей, при котором к обшивке панели приваривают технологический элемент, фиксируют ее по периметру в сборочно-сварочном приспособлении, приваривают к ней ребра и выполняют отжиг совместно с приспособлением (3 1.

Однако известный способ не целесообразен в применении при изготовлении тонколнстовых панельных конструкций из титановых сплавов, так как материалы плиты и панели должны обладать достаточно хорошей свариваемостью между собой. Т.е. в случае сварки панелей из титановых сплавов материалом плиты должен служить также титановый сплав, что не эконсмично в связи с, острой дефицитностью титана, Крсме того, основание в виде плиты не позволяет осуществить сварку панелей методом сквозного проплавления, поскольку в последнем случае требуется свободный двухсторонний доступ к местам приварки ребер к обшивке панели. И, наконец, если допустить воэможность примененчя другого способа фиксации элементов панели к основанию (например, с помощью разъемных соединений), то в этсм случае, вследствие различия свойств термического расширения материалов основания,и панели, при последующей термообработке тонколистовой

998063 конструкции совместно с основанием существует вероятность отклонения формы панели от заданной.

Целью изобретения является обеспечение заданной геометрической точности форлы панелей. для достижения этой цели согласно способу изготовления сварных ребристых панелей, при котором к обшивке панели приваривают технологический элемент, фиксируют ее по периметру в сборочно-сварочном приспособлении, приваривают к ней ребра и выполняют. отжиг совместно r. приспособлением, технологический элемент выполняют в виде ленты, материал и геометричес. кие размеры которой назначают, исходя из следующего соотношения (б-„ ), n = 0.8... 0,7(5 ) Г,„, где (б ), ((>- ),„— пределы текучести, соо,.ветственйо материала ленты и па . нели при температуре отжига;

F F - площади поперечного ceYl чения соответственно ленты и панели, и после приварки ленты к обшивке в ней выполняют технологические поперечные прорези, которые располагают между ребрами на равном расстоянии от них.

Кроме того, перед приваркой каждое ребро прихватывают к обшивке по его концам.

Иа фиг. 1 представлена схема осуществления способа; на фиг. 2 — то же вид сверху; на фиг. 3 — узел Т на фиг . 1.

Пример. Изготовление ребрис- Ç5 тых панелеи по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

Вначале к листовой обшивке 1 панели по периметру приваривают технологическую ленту 2 с шириной А и проч- 4G ностью при температуре отжига на

20-ЗОВ ниже, чем у материала обшивки панели. Это необходимо выполнять из .соображений, что при нагреве до TBMr пературы отжига для снятия сварочных напряжений обшивки, например из титанового сплава, жестко зафиксированной по периметру в приспособлении раме 3, обычно изготавливаемой из стали, вследствие разности коэффициентов линейного термического расширения материала приспособления и обшивки в последней возникают растягивающие напряжения, которые могут пре высить предел текучести при данной температуре. Это приводит к отрицательным результатам при отжиге: панель увеличивается в размерах, что приводит к искажению требуемой геомет" рической формы панели, а в худиих случаях может произойти ее разруше- 60 ние (образование трещин).

Наличие технологической ленты с прочностью на 20-ЗОЪ ниже, чем у обшивки панели, .позволяет избежать указанных неблагоприятных обстоятельств. 6э

Величина оптимального соотношения прочности определена экспериментальньм путем. Это соотношение практически можно соблюсти тремя путями:

1. Материал ленты выбрать с пределом текучести при температуре отжи га на 20-ЗОВ ниже, чем у обшивки панели. Так при изготовлении сварных панелей из титанового сплава ВТ20 (предел текучести при температуре отжига 650 равен около 30 кгс/мм") ленту можно выбрать из титанового сплава (предел текучести при 650 равен 23 кгс/мм ), при этом ленту можно выбрать одной толщины с обшивкой.

2. Материал ленты можно выбрать таким же, как у обшивки, но толщиной на 20-ЗОВ меньше. Например, при изготовлении панели из того же сплава

ВТ20 с толщиной обшивки 2,.5 мм в качестве ленты можно взять листовую заготовку из ВТ20 толщиной 1,8-

2,0 мм.

3. Соотношение конструкционной прочности ленты и обшивки можно соблюсти комбинированным методом: под. бором марки сплава и толщины ленты.

Возможны и другие варианты, при выполнении любого иэ вариантов при нагреве до температуры от>кига удлиняется материал ленты, а панель сохраняет требуемую форму.

Если технологическую ленту взять с более низкой прочностью, чем задана соотношением, то при сварке и особенно при обжиге возникает опасность потери устойчивости панели в зоне технологической ленты, что приводит к расфиксированию обшивки и деформации панели.

После приварки технологической ленты 2 (например автсматической аргонодуговой сваркой) в ней симметрично привариваемым ребрам 4 íà расстоянии В/2 ( — расстояние между ребрами)выполняют поперечные прорези 5 на глубину до свариваемого участ; ка обшивки и ребра.

Прорези 5 необходимо выполнять с целью предупреждения вспучивания обшивки на несвариваемом участке.

При приварке ребер 4 к обшивке 1 в результате поперечной усадки металла в несвариваемой зоне возникает недопустимое вспучивание обшивки 1, которое распространяется и на зону приварки обшивки 1 с ребрами 4.

После отжига панели это вспучива» ние сохраняется, Исправить его термофиксацией. практически не представляется воэможньм .

Выполнение прорезей 5 на.указанную глубину гарантирует получение панелей без дефектов. Ширина прорезей может составлять величину 8-12 мм.

Затем в раме 3 и ленте 2 по периметру выполняют отверстия д>,я фиксации обшивки 1 в раме 3 с помощью

998063 болтового соединения 6, изготавливаемого из нержавеющей стали. Диаметр. болта для рассматриваемого примера выбирается равньм 10-14 мм. Учитывая, что наибольшая деформация в продольном направлении от усадки шва идет вдоль привариваемых ребер 4, отверстия для крепления обшивки в раме располагают соосно с ребрами.

При выполнении отверстий для фиксации необходимо, учитывать, что -в процессе нагрева в силу указанной причины материал технологической ленты 2 удлиняется на величину, прибли" зительно равную разности удлинений рамы и обшивки при температуре отжига, а при последующем остывании до комнатной температуры в результате происшедшего удлинения ленты происходит коробление панели (упругое деформирование) . Это может привести к нарушению геометрии панели, а gQ также к осложнению в выполнении последующих операций снятия панели с рамы. Для обеспечения свободной усадки материала рамы и панели при остывании отверстия в технологической ленте выполняют в виде пазов, оси которых направлены к геометрическому центру рамы, причем пазы образуют от места фиксации к этому центру.

Последнее требование выполняется с целью обеспечения условия создания в панели в процессе сварки и термообработки (отжига ) ра.стягивающих двухосных напряжений, удерживающих панель в плоскости рамы. Пазы выполняют длиной не менее разности удлине35 ния рамы и обшивки панели при температуре отжига, что может быть сравнительно легко рассчитано.

Выбор рамы в качестве сборо-сварочного приспособления объясняется 40 необходимостью иметь двухсторонний доступ к обшивке в процессе сборки под сварку и сварки.

После выполнения данных операций и закрепления обшивки в раме в зоне технологической ленты привариваемое ребро 4 устанавливают в прорези подкладки 7 типовой для сварки тавровых соединений методом сквозного проплавления). Затем раму с зафиксированной в ней обшивкой располагают над ребром в месте его приварки, после чего каждое привариваемо ребро предварительно прихватывают по концам к обшивке Прихватку осуществляют тем же

,методсм автоматической сварки сквоз- 55

1ньм проплавлением. Длина прихватки ограничивается размером Д фиг.3) и для рассматриваемого примера составляет 35-45 мм. Прихватку осущест-, вляют с целью уменьшения деформации панели за счет создания и в ребре в процессе сварки растягивающих напряжений.

Для слежения в процессе сварки за стыком ребра и обшивки на последней наносится риска. Собранные таким обрВзом ребро и обшивка по длине прижимаются друг к другу и к подиладке 7 прижимами 8 (-например пневмоприжимами клавишного типа) и свариваются автоматической сваркой методом сквозного проплавления дугой, горящей от горелки 9, с двухсторонней местной защитной .зоны нагрева инертньм газом.

Прижим предотвращает. временные локальные деформации в процессе сварки и уменьшает остаточные деформации (угловые).

Аналогичньм образом осуществляют сборку под сварку каждого последующего ребра и производят их сварку, соблюдая последовательность, обеспв .чивающую минимальные деформации панели (как если бы ее сваривали в свободном, не зафиксированном состоянии).

При сварке происходит усадка металла шва. И поскольку обшивка жестко закреплена в раме, то свободной усадки произойти не может, в резуль.тате в панели возникают двухосные растягивающие напряжения, удерживающие панель в плоскости рамы. После отжига с термофиксацией панели совместно с рамой укаэанные напряжения снимаются, а сама панель сохраняет требуемую форму.

Если термообработку произвоцут в воздушной среде, то панель подвергают неполному отжигу (для сплава ВТ20 при 650 ), если — в вакууме либо в инертном газе, то панель подвергают полному отжигу (при 750Г.)

С целью сохранения высоких прочностных свойств рамы (ее жесткости! при температуре отжига ее лучше всего изготавливать из нержавеющей стали типа 1Х18Н9Т. Это также удлиняет срок службы рамы и предотвращает загазованность среды при вакуумном от-жиге или в среде инертного газа.

Предложенный способ испытан с положительньм результатом при изготовлении с применением сварки опытных натурных панелей из сплава ВТ20 центральной части крыла сверхзвукового самолета. Размер панелей в плоскости 2500 .х 2500 мм, шаг между ребрами 65 и 170 мм.

Изобретение целесообразно испоньэовать в авиационной, ракетной и др. отраслях народного...хозяйства "при изготовлении.панелей иэ свариваемых сплавов, например на основе титана, алнминия и др.

Формула изобретения

1. Способ изготовления сварных ребристых панелей, при котором к обшив- ке панели приваривают технологический элемент, фиксируют ее по периметру в сборочно-сварочном приспособ998063

Фиг,1

ФигЗ

:,пении, приваривают к ней ребра н вы полняют отжиг совместно с приспособлением, отличающийся тем, что, с целью обеспечения заданной геометрической точности формы панелей, технологический элемент выполняют в виде ленты, материал и геометрические размеры которой назначают, исходя из следующего соотношения (d,)ä F„= О, 8... 0,7 (6т)п л где (бД, (б .)д — пределы текучести соответственйо материала ленты и панели при температуре отжига;

Fp, и 5> — площади поперечного сечения соответственно ленты и панели, и после приварки ленты к обшивке в ней выполняют технологические поперечные прорези, которые располагают

ВНИИПИ Заказ 1023/23

Тираж 1104 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Проектная, 4 между ребрами на равном расстоянии от них

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что перед приваркой каждое ребро прихватывают к обшивке по его концам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бельчук A.A. и др. Сварка в судостроении. Л., Судпромгиз, 1955, с. 338-343.

2. ТР-460-71 HMAT. Сварка скаозным проплавлением тавровых соединений из титановых сплавов.

3. Куркин С.A. Технология изготовления сварных конструкций.Атлас чертежей. И., 19б2, с. 145, фиг. 31 (прототип )..