Способ упрочнения сварных соединений

 

1. СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, преимущественно в листовых и оболочковых конструкциях,при котором под сварнымшвом располагают пбд-. кладку и выполняют осадку сварного шва нагретым инструментом,о т л и чающийся тем,что,с целью повышения проч ности сварных соединений из высокопрочных сталей путем исклюTjBHHR дефектов типа пор и появления трещин и надрывов в корне шва, перед осадкой осуществляют нагрев сварного шва вместе с подкладкой до температуры , соответствующей нулевому зна ,чению предела текучести металла сварного соединения, а .в процессе осадки инструмент перемещают одновременно в продольном и поперечном иапраз пениях со скоростью в продольномнаправленииS ftp МкйИрЩ . где , - скорость перемещения ин струмента в поперечном направлении; S - ширина рабочей части инструмента; В - ширина шва после осадки; § до получения сварного шва с толщиной шириной В , отвечакяцим следуюСП щему соотношению г: 1,575. в , где ширина шва до осадки; толщина шва до осадки. с с 2, Способ по п. 1, отличающий с я тем, что осадку выпол ,няют путем прокатки роликом. 4j 00 ж

П9) Ш>

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ЭИ В 23 К 28 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСМОЬФУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3256834/25-27 (22) 11 ° 03.81 (46) 30.03.83. Бюл. 9 12 (72) Л.A.Êèñåëåâ и A.A.Ïîëüøàêîs (53) 621.791 011(088. 8) (56) 1. Куркин С.А. Прочность сварных тонкостенных сосудов, работающих под давлением, М., Машиностроение, 1976, с.158.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 406670,кл, В 23 К 28/00, 1972 (прототип) . (54)(57) 1. СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СВАРНЫХ

СОЕЦИНЕНИй, преимущественно в листовых н оболочковых конструкциях,при котором под сварнымшвом располагают пбд-. кладку и выполняют осадку сварйого шва нагретым инструментом.,о т л ич а ю шийся тем,что,с целью повышения прочности сварных соединений .из высокопрочных сталей путем исключйния дефектов типа пор и появления трещин и надрывов в корне шва, перед осадкой осуществляют нагрев сварного шва вместе с подкладкой до темпера.туры, соответствующей нулевому зна,чению предела текучести металла сварного соединения, а в процессе осадки инструмент перемещают одновременно в продольном и поперечном направлениях со скоростью в продольном направлении яр - rrrmr.p2aд где Ч„ — скорость йеремещения инструмента в поперечном направленииу

S — ширина рабочей части инструмента)

 — ширина шва после осадкиу до получения сварного шва с толщиной Е

8 и шириной В, отвечающим следую- щему соотношению

2В Klg576 в, С: где  — ширина шва до осадки

Ф Ь

3„— толщина шва до осадки.

2, Способ по п. 1, о т л и ч а ющ:и и с я тем, что осадку выполняют путем прокатки роликом.

1007880

Изобретение относится к сварке, н частности к способам упрсчнения сварных соединений, преимущественно в оболочконых и листовых металлических конструкциях, и может быть использовано при изготовлении сосудов высокого давления в химическом машиностроении и других отраслях промышленности.

Известен способ упрочнения сварных швов путем осадки с помощью ра- 10 бочего инструмента (например, днумя роликами или роликом и подкладкой), металл которых предварительно подогревают в диапазоне температур от комнатной до температур, соответству-15 ющих нулевому значению предела текучести материала)11;

При прокатке усиления шва по известному способу, т.е. роликами или роликом на подкладке, пластические деформации н.сварном щве развиваются своеобразно: металл шва испытывает осадку по .толщине и сдвигается s плоскости листа, причем наибольшие деформации происходят в середине шва и практически мало выражены по линии сплавления металла шва и основного металла (конкретно — в периферийных, участках сварного шва).

Наиболее близок -и предлагаемому по технической сущности способ упрочнения сварных соединений, преимущественно в листовых и оболочконых конструкциях, согласно которому под сварным швом располагают подкладку и выполняют осадку сварного шва на- З5 гретым инструментом. По известному способу в начальную стадию осадки производиТся нагрев только пуансона до температуры, превышающей температуру, соотнетстнующую нулевому 40 значению предела текучести металла шва, а затем нагретый инструмент ннодят н соприкосновение с лицевой стороной шва и производят частичную осадку шна для обеспечения 45 площади контакта инструмента со швом.

Далее делается выдержка,в процессе которой производится передача тепла от инструмента к сварному соединению .до выравнивания температур. После выравнивания температур производится окончательная осадка.шна. Нагрев нижнего инструмента-подкладки не производится. Подкладка служит лишь опорой для осуществления способа f2), Известным способом можно устранить деформации в основном н пластичных сплавах типа АМгб, Осадка сварных соединений для высокопрочных:сталей мартенситного класса по известному способу трудно осуществима, так 60 как нагрев металла шва контактным методом (путем передачи аккумулированного тепла через поверхность контакта от инструмента к шву) до температуры, соответствующей нулевому эначе-65 нию предела текучести металла шна невозможен. Причем вледстние того, что подкладка не подогревается, а находится н соприкосновении с обратной стороной шва, она способствует теплоотноду от металла шна. Осаживаемый металл будет иметь разную температуру-по сечению шва. В связи с этим -при осадке на подкладку, непрогретую до температуры,соответствующей нулевому значению предела текучести металла шва, в районе корня шва появляются дефекты типа трещин и надрывов. Кроме того, при осадке нагретым HHcrp eHroì до температуры, превышающей нулевое значение предела текучести металла шва(более 800 С, возникают дефекты типа вырывов, вызванные процессом микросварки давлением в отдельных точках между.инструментом и лицевой стороной шва.Известный способ трудоемок, длителен и не приемлем для кольцевых швов.. По известному способу при осадке швов с внутренними дефектами типа пор трудно осуществим контроль степени сплюсности пор после осадки шна.

При проведении рентгенографического просвечивания сварных швов, а

)также при проведении ультразвукового метода контроля возможны необъективные показани сплюсности пор, а также выявление ложных дефектов. Необъективен также металлографический метод контроля, так как он производится выборочно от партии сварных узлов.

Цель изобретения — повышение прочности сварных соединений из. высоко,прочных сталей путем исключения дефектов типа пор и появление трещин и надрывов в корне шва.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу упрочнения сварных соединений, преимущественно н листовых и аболочковых конструкциях, при котором под сварным швом располагают подкладку и выполняют осадку сварного шва нагретым инструментом, перед осадкой осуществляют нагрев свар, ного шва вместе с подкладкой до температуры,соответствующей нулевому з наче нию предела текучести металла сварного соединения, а н процессе осадки инструмента перемещают одновременно в продольном и поперечном направлениях со скоростью в продольном. направлении

S пр попер 28. где Ч „ — скорость перемещения инструмента в поперечном направлении;

S — ширина рабочей части инструмента;

В2 — ширина шва после осадки, до получения сварного шва с толщиной S2 и шириной B2, отвечающим

1007880

Sg В ) 1,576„ В i где  — ширина шва после осадки;

 — ширина шва до осадки;

8g — толщина шва после осадки;

8 — толщина шва до осадки.

Заданное соотношение параметров шва получено экспериментальным путем . и подтверждено механическими испытаниями сварных соединений, а также гидроиспытаниями сосудов высокого давления, выполненных из стали

25ХГСА.

В процессе осадки скорость движения инструмента в продольном направлении задается так, чтобы при возвратном движении его в поперечном направлении им захватывалась часть ранее осаженного шва,-т.е. рабочий инструмент при осадке в поперечном 60 направлении шва по одному и тому же месту проходил бы дважды, при этом

S . (Vrr S Vnoner»

Vrr ep 2В 2В

65 следующему соотношению 6 В > 1, 576, В, где  — ширина шва до осадки;

5q — толщина шва до осадки.

Кроме того, осадку выполняют путем прокатки роликом.

На фиг. 1:представлена схема осад- 5 ки сварного шва,. вид со стороны усиления шва; на фиг. 2 — схема осадки шва, вид продольного сечения шва.

Перед осадкой изделие 1 со сварным швом 2 располагают на прокладке 10

3. При осадке продольных и кольцевых швов в качестве подкладки 3 можно испольэовать оправки с диаметром, близким диаметру внутреннего диаметра обечайки1 (трубы). 35

Оправку (подкладку перед надеванием на нее юбечайки (трубы) смазывают графитовой смазкой во избежание свариваемости изделия с подкладкой (прилипанйя) . Производят нагрев сварного шва и подкладки.

Нагрев может производиться индуктором или газовой горелкой. В качестве примера для стали 25ХГСА температура нагрева 800-1000 С.После нагрева до соответствующих температур сварного шва 2 и подкладки 3.производят осадку шва нагретым инструментом(роликом, шариком)4.В процессе осадки сварного шва 2 инструмент 4 перемещают в двух направлениях: в продольном направлении шва (по стрелке Vrpи rioперечном (по стрелке Ч це ), причем поперечное движение инструменту. может быть сообщено в возвратно- поступательном направлении.

Осадку сварного шва производят до полного сплющивания пор, которое задается соотношением параметров шва до и после осадки следующим империческим выражением: 40 где Чд — скорость движения инстру- " мента в продольном направлении шва; скорость движения инструмента в поперечном направлении . шва;

S — ширина рабочей части инструмента;

Вд — ширина шва после осадки.

Заданные соотношения между геометрическими параметрами шва инструмента и режимов осадки позволяют исключить появление трещин в корне шва

1 избежать. йоявление следов от инструмента с лицевой стороны шва,кроме того, способ позволяет произвести йолное сплющивание пор в поперечном направлении шва и повысить его несущую способность. После обкаткишва не требуется дополнительный контроль плотности шва.

Пример. Проводят проверку несущей способности сварного соединения из стали 25ХГСА толщиной, 1,5 мм.

Продольный сварной шов обечайки диаметром .200 мм подвергают садке роликом в поперечном и продольном направлениях.

Определяют оптимальные режимы осадки сварного, а также соотношения, геометрических йараметров шва до и после обкатки, при которых исключается появление трещин после осадка, а наличие пор в шве не влияет на прочностные характеристики шва.

Токарный станок. в

Оправка (подкладка) под сварной шов. Газосварочный пост .с горелкой Москва . Рабочий.гаэ - пропан-бутан.

Режим сварки продольного шва са =80Ау

П =12В,Ч =10 м/чу Ag-12 м/мин.Осадку производят при температуре нагре ва металла шва и подкладки м,.— =800- .

1000@C. Температура нагрева ролика

=200 — 300 С.

Производят сварку обечаек стали

25ХГСА с содержанием азота до 0,25t.

По результатам рентгенографического просвечивания по линии сплавления со стороны корня шва с обоих сторон имеются сплошные цепочки пор и отдельные поры до 0,6 мм. По нормативнотехнической документации для сосудов, работающих под давлением, цепочки, поры и отдельные поры диаметром более 0,3 мм недопустимы. Продольные швы подвергают обкатке на режимахз (Чц„—, 3-8 м/ Vygrrep» 8-18 м/ч.

Проведены исследования по выявлению соотношения геометрических параметров шва до и после обкатки.

В процессе анализа эксперименталь ных данных, проведения рентгеноконтроля и металлографического ана1007880 лиза установлено, что трещины в .. швах после обкатки отсутствуют, а поры сплюснуты до полного coIIpHKoc» новения их внутренних поверхностей при следующих соотношениях геометрических параметров шва 5 г В,г - 1,57 Si B где  — ширина шва после обкатки;

Вг- тблщина шва до обкатки

 — ширина шва до обкаткиу

5q — толщина шва до обкатки.

15

V „ — скорость движения инстру- . мента в поперечном направлении;

S — ширина рабочей части ролика в мм;

Давление, при котором произошло разрушение сосуда, кгс/мм

Качество шва

Б е э

123-132

1.70-175

Швы без пор

127 осадки

180-205 Швы с единичными

190 порами доФ0,6 мм

129-139

С осадкой

Таблица попЕр м/" Vpp м/Ч

Давление, при котором разрушился сосуд кг.с/см

Опыт

Качество шва

182

Швы с порами ф0,6 мм

205

205

Швы с порами 0,4 мм

194

21

Установлены также режимы осадки, и геометрические параметры ролика и rasa были заданы следующим соотношением

Я

О «ОВ» 2Ву где V ä, — скорость движения инструмента в продольном направ" ленииг

Вг — ширина шва после обкатки..Для обечайки из стали 25ХГСА толшиной 1,5 мм найдены оптимальные режимы нагрева и осадки:

Ь, — 1;7 мм (при сварке с приса" дочной проволокой)

Чд =4 м/ч, V„ = 9 м/ч, 8)- 1,3 мм В(- 7 мм. В 3,5 мм

S -18мм.

Вид сварного гЗ (Для плоских соединения образцов)кгс/mP) Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Результаты обжатия сварного шва обечайки4200 мм с толщиной стенки

Q ..==l 5 мм приведены в табл. 2.

Исйытания показали, что осадка щвов методом обкатки при скоростях

Våð =4 м/ч и Vrroneu=9 м/ч позволяет осуществить полнде сплющивание пор, Исключить появление трещин в швах и повысить прочностные характеристики сварных швов. Повышение прочностных характеристик шва достигается при геометрических параметрах шва заl данных соотношением гВ2 > 1,57 3ч В1

В процессе испытанийвыявленогесли соотношение 61В меньше,57,воз"можно неполное сплющивание пор; при

6 B несоблюдении соотношения Vrr с

" — на лицевой стороне шва появV S ляются вырывы и вмятины по околошовной зоне; при осадке сталей мартенситного класса на скоростях V <3 м/ч и Vgprrgp 8 м/ч выявлены трещины со стороны корня шва. На скоростях Ч„ >

:, 8 м/ч и Vrtîïå >18 м/ч выявлено неполР . ное сплющивание пор, а также следы инструмента на шве.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет по сравнению а прототипом повысить прочность сварных швов на

7«10%, снизить дефекты,в сварных швах на 20-30%, а трудоемкость работ по исправлению дефектов на 30-40%, расширить технологические возможности

rio применению трудносвариваемых сталей.

Таблица 1

1007880 Заказ 2202/16 Тираж 1104

ВНИИПИ 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

Составитель Л. Назарова

Редактор И.Ковальчук Техред И.Костик Корректор A.Ôåðåíö