Способ изготовления сварных конструкций

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, включающий упрочнение старением и сварку, отличающийся тем, что, с целью повышения качества конструкций, сваренных .многослойным швом, путем снижения послесварочных деформаций, упрочнение старением вьтолняют перед сваркой каждого слоя на величину с:. -г гдес,од заданная прочность материала конструкции,кгс/мм ; 6. пост прочность материала передL. обработкой, кгс/мм ; п деформация конструкции от вьтолнения очередного слоя, а после сварки каждого слоя осуществляют правку конструкции, причем в процессе сварки каждого следующего слоя нагревают первый слой не ниже § температуры рекристаллизации металКл лов шва.

СООЭ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU(„) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3517561/25-27 (22) 30.09 ° 82 (46) 30.05.84. Бюл. В 20 (72) N.Á. Жуков и Л.В; Карасева (53) 621. 791. 011(088, 8)" (56) 1. Дуговая сварка в среде защитных газов конструкционных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.

Инструкция НИАТ ПИ-75-79, с. 60, абз. 6,б (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫМИ

КОНСТРУКЦИЙ, включающий упрочнение старением и сварку, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества конструкций, сваренных ,многослойным швом, путем снижения (у) В 23 К 28/00; В 28 К 9/00 послесварочных деформаций, упрочнение старением выполняют перед сваркой каждого слоя на величину

4 g с ь, àîñ т

6 =

O где6 о — заданная прочность материала конструкции,кгс/мм

2. П0 т- прочность материала перед обработкой, кгс/мм2;

Eq — деформация конструкции от выполнения очередного слоя, а после сварки каждого слоя осуществ. ляют правку конструкции, причем в процессе сварки каждого следующего слоя нагревают первый слой не ниже температуры рекристаллизации металлов шва.

1094709

Изобретение относится к области сварки, в частности к способам многослойной сварки плавлением материалов, упрочняемых старением, обеспечивает получение сварных конструкций без остаточных сварочных деформаций и может быть применено в различных отраслях народного хозяйства.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления сварных конструкций, включающий упрочнение старением и сварку P1).

Однако при сварке многослойных швов известным способом в результате местного неравномерного разогрева и неодинаковой усадки металла происходят коробления сварных узлов °

А поскольку детали узла упрочнены старением, то выправить их часто не представляется возможным. Узел приходится резать в местах наибольших перемещений, ликвидировать поводку и снова заваривать. Кроме того, правка упрочняемых деталей происходит в основном за счет демпфирующих свойств более пластичного шва, в результате чего исчерпывается запас пластичности металла шва Все это значительно снижает качество сварных соединений и их работоспособность.

Целью изобретения является повышение качества конструкций, сварен" ных многослойным швом, путем снижения послесварочных деформаций.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления сварных конструкций, включающему упрочнение старением и сварку, упрочнение старением выполняют перед сваркой каждого слоя на величину ъдд- пост

<и

Yl где 6 — заданная прочность мате2 ° риала конструкции, кгс/мм ; пост- прочность материала перед. обработкой, кгс/мм2, Еп — деформация конструкции от выполнения очередного слоя, Ю а после сварки каждого слоя осуществляют правку конструкции, причем в процессе сварки каждого следующего слоя нагревают первый слой не ниже температуры рекристаллизации металлов шва.

На чертеже представлены кривые этапов упрочнения.

Кривая 1 характеризует упрочнение основного металла, а кривая 2 показывает разупрочнение при следующем этапе старения.

Упрочнение производится при пос" тоянной температуре, заданной для

5 данного материала инструкцией или техническими условиями. А необходимая прочность при очередном этапе старения обеспечивается временем выдержки конструкции t „„ при этой

10 температуре. Следовательно

2 3 4

Способ заключается в следующем.

Перед сваркой серийных узлов производят сварку экспериментального натурного узла многослойным швом по известному способу и замеряют величину деформации после каждого слоя и общую. Затем определяют коэффициент деформации каждого слоя

20 оью, Kï где — общая деформация конструкОВШ, ции после сварки всех слоев шва; п — деформация от очередного слоя;

Ип — величина безразмерная, так как отнесена к единице дли30 ны.

После чего определяют величину упрочнения на единицу деформации дб= зад пост

35 ОБЩ

Затем определяют величину упрочнения узла перед сваркой каждого слоя

За А оы п к=.

40 - и

Чем больше деформация от последующего слоя (Я0 ), тем меньше коэффициент К, тем меньше величина упрочнения узла перед сваркойб„ . Далее приступают к изготовлению серийных сварных узлов.

Детали узлов при постановке имеют прочностьб „ (прочность основного металла). Перед наложением первого слоя шва их упрочняют до величи"ь ом = см+ где 1 ределена ранее.

Упрочнение деталей узла проводят старением при Тс = const, а для получения необходимой прочности их выдерживают определенное время t (в данном случае 1). Затем производят сварку первого слоя, прочность которого О„, немного нижей о® и

1094709

40 правку узла. После этого узел упрочдо 0м2 ам 2 а первый слой шва будет иметь прочность 6 „. Для сварки второго слоя выбирают такой режим, чтобы первый слой нагревался до температуры рекристаллизации металла, когда распадается упрочняющая фаза. Тогда прочность обоих слоев шва бш . Сваривают второй. слой и правят конструкцию. Из практики известно, что наибольшая деформация конструкции при сварке многослойным швом наблюдается при наложении первых двух слоев, а так как прочность конструкции после двух этапов упрочнения не велика (до

50%), то послесварочные деформации легко исправить.

Третий этап упрочнения поднимает прочность основного металла до уров"" о„, = ом + 63 а прочноc r a a до, так как металл шва после сварки второго слоя был разупрочнен.

Третий слой шва выполняют на режиме, при котором первые два слоя 25 нагреваются до температуры рекристаллизации металла. После наложения третьего слоя прочность шва будет бш . Конструкцию правят и проводят четвертый этап упрочнения добом Зр амq

= 4 =бом + б, а сварной шов имеет прочностьбы . Деформация конструкции после третьего шва мала и ее легко исправить даже на более прочном материале, когдабом составляет до 70 заданной прочности. А после сварки завершающего слоя деформация, как-.правило, отсутствует или находится в пределах допустимой без исправления.

Кроме того, поэтапное старение снижает напряжения, возникающие в конструкции от сварки предыдущего слоя и правки. Поэтому деформация конструкции от сварки следующего слоя4

45 значительно меньше, чем при сварке того же слоя, но без поэтапчого старения.

При сварке второго слоя шва вершина первого расплавляется не более, чем на 1,0"1,5 мм и этот расплавленный металл переходит в формирование второго слоя. Первый слой шва имеет большой теплоотвод в медную подкладку и в массу деталей большой толщины, поэтому он имеет большой перепад температур от вершины до корня и получить в нем температуру рекристаллизации не представляет труда.

Для снижения послесварочкых деформаций в конструкции при обеспечении пластичного сварного шва при наложении второго слоя необходимо, чтобы первый слой нагревался не ниже температуры рекристаллиэации для снятия в шве упрочнения. Также при сварке последующих слоев /третьего, четвертого и т.д.) после очередного упрочнения важно, чтобь1 первый слой шва нагревался не ниже температуры рекристаллизации металла. Для достижения такой температуры в нервом слое при сварке третьего и четвертого слоев применяют подкладку из асбестоцемента, т.е. исключают теплоотвод от первого слоя. При большем количестве слоев применяют подкладки с подогревом.

Режим старения различных марок материалов указан в инструкциях предприятий. Например, для стали ВНС-2 температура старения 45(PC при выдержке 2 ч. Для титанового сплава

ВТ23 температура старения 195 С, о выдержка 24 ч.

Старение перед наложением следующего слоя шва на заданную малую величину достигается за счет малого времени выдержки при температуре старения, которая является постоянной для каждой марки материала.

Пример . При автоматической гелиево-дуговой сварке встык деталей из алюминиевого сплава 1201 толщиной 8,0 мм необходимое число слоев три. Прочность материала деталей при поставке. перед отработкойб

Г> и ост

30 кгс/мм . Заданная прочность материала конструкции б = 42 кгс/мм которая в соответствии с инструкцией

НИАТ 1.4.522-78 достигается старением при 195 С в течение 24 ч. о При сварке экспериментального узла по известному способу, т.е. сварка после старения до6 =- 42 кгс/мм проводят замер деформации конструкции после слоя и общую деформацию.

Замеренная деформация отнесена к единице длины и является величиной безразмерной E1 = 3; E = 2, E = 1, Я = 6. Затем определяют коэффициент деформации от каждого слоя op

К = — - — =2 К =3 К =6.

E 3

Величина упрочнекия ка единицу де-. формации

1094709 г - ъьд rtOcr ай= .9кгс)мм . овщ

Составитель Л. Назарова

Редактор А. Шишкина Техред М,Тенер КорректорА. Ильин

Заказ 3491/7 Тираж 1037 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

А величина упрочнения узла перед сваркой каждого слоя составляет

46Kn= 4; 2 = 6 иб

12 кгс/мм

Следовательно, перед сваркой первого слоя предлагаемым способом деУпрочнфют Добощ = оф +61

= 34 кгс/мм . Если за 24 ч выдержки при 195 С детали упрочняются до

42 кгС/мм, т.е. на 12 кгс/мм, то для упрочнения на 4 кгс/мм нужна вьдержка 8 ч. После первого этапа старения проводят сварку первого слоя шва на режиме 01 = 100А;

15 м/ч и правку конструкции, Второй этап старения проводят до6 1 = 36 кгс/мм путем выдержки

2 0 при 195 С в течение 4 ч. Затем сваривают вторым слоем на режиме

Э 140 А, 72 = 18 м/ч, котоРый обеспечивает нагрев первого слоя до

220 С, что дало возможность снять

его упрочнение от первого этапа старения и снизить напряжения в конструкции. Температура рекристаллизации этого сплава 200-2400С. После второго слоя сварное соединение

:подвергают правке.

Третий этап упрочнения проводят дно„ = 42 кгс/мм путем выдержки

2 при Т95 С в течение 12 ч. Сварку третьего слоя ведут на режиме

5 = 160 А; Ч = 18 м/ч. При этом температура первого слоя 210 С, а

5 второго -230 С. Деформации конструк. о ции после сварки третьего слоя в пределах допустимых. В результате конструкция имеет заданную прочность основного металла 42 кгс/мм и сварного шва 27 кгс/мм, что обеспечивало ее работоспособность.

Для сравнения на тех же режимах выполняют конструкцию, сварку которой проводят после полного ее упрочнения старением по известному способу, т.е. при прочности 42 кгс/мм

Правку конструкции проводят после сварки каждого слоя. После сварки

20 первого и второго слоев наблюдается деформация волнистости, выправить которую полностью не удается. А при увеличении нагрузки при правке на поверхности основного металла наблюдается растрескивание. Необходима вырубка дефектных мест и подварка. В результате качество конструкции, ее работоспособность значительно снизились, Применение способа в промьпплен30 ности обеспечит производство ответственных сварных конструкций без остаточнык деформаций, повысит их качество и ресурс работы.