Способ упрочнения сварных соединений

 

СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ преимущественно в листовых и оболочковых конструкциях , заключающийся в том , что под .сварным швом располагают подкладку , определяют прочностные свойства материала соединения в направлении, нормальном к продольной оси шва, и деформируют сварное соединение по шву ив околошовной зоне, отличающийся тем, что, с целью повышения качества за счет получения равнопрочности сварного соединения , околошовную зону деформируют в направлении, нормальном к продольной оси шва, с переменной степенью деформации , величину которой определиют по формуле т( ). где а - коэффициент,- характеризующий угол наклона кривой упрочнения для данного материала; с - коэффшщент пропорциональнос«е ти, характеризующий связь сл между пределом прочности и твердостью по Бриннелю для данного материала; показатель деформационного п упрочнения; твердость по Бриннелю основНВ ного материала; О5 НВ„. - твердость по Бринн.елю матеИС 1 ср риала шва и околошовноз зоны. vi со о:

СОЮЗ СОВЕТСНИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (54)4 В 23 К 28/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ е =(— „(нб- н8„,„11 ", где а—

НВ—

HB«„ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3697682/25-27 (22) 07.02.84 (46) 30.07.85.. Бюл. Ф 28 (72) IO.ß. Христоев, N.1!. Матюшин, О.В.Елисеев, !О.А. Самохвалов и Г.В. Гвадзабия (53) 621.791 ° 015(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 4066?О, кл. В 23 К 28/00, 1977.

Сагалевич В.M. Методы устранения сварочных деформаций и напряжений.

М., "Машиностроение", 1974, с. 4448 (прототип). (54) (57) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СВАРНЫХ

СОЕДИНЕНИЙ преимущественно в листовых и оболочковых конструкциях, заключающийся в том,что под сварным швом располагают подкладку, определяют прочностные свойства материала соединения в направлении, нормальном к продольной оси шва, и деформируют сварное соединение по шву и в околошовной зоне, о т л и - ч а ю шийся тем, что, с целью

„„80„„1169796 повышения качества за счет получения равнопрочности сварного соединения, околошовную зону деформируют в направлении, нормальном к продольной оси шва, с переменной степенью деформации, величину которой 1 определя- ют по формуле коэффициент,. характеризующий угол наклона кривой упрочнения для данного материала; коэффициент пропорциональности, характеризующий связь между пределом прочности и твердостью по Брипнелю для данного материала; показатель деформациопного упрочнения; твердость по Бриннелю основного материала, твердость по Бриннелю материала шва и околошовной зоны.

1169796

Изобретение относится к сварке металлов, в частности к способам упрочнения сварных соединений, и может быть использовано в любой отрасли машиностроения для упрочнения 5 сварных соединений преимущественно в листовых и оболочковых конструкциях.

Цель изобретения — повьппение качества за счет получения равнопроч- 10 ности сварного соединения.

На фиг. 1 изобраЖена схема упроч= кения сварного соединения по предлагаемому способу; на фиг. 2 — раз-. рез А-А на фиг. 1. 15

Способ осуществляют следующим образом.

В листовой конструкции, включающей панели 1 и 2, под сварным швом 3 располагают подкладку 4. Затем определя-20 ют прочностные свойства материала соединения, для чего замеряют твердость шва 3 и околошовной зоны в нап" равлении нормальном продольной оси шва, причем точки, в которых измеря- 25 ют твердость, располагают на ровном расстоянии друг от друга, начиная от продольной осевой линии шва 3, по обе стороны от него. При этом определяют ширину околошовной зоны, которая on- Зp ределяется положением точки, твердость которой близка к твердости ма-, териала панелей 1 и 2 в исходном состоянии до сварки.

После этого деформируют сварное соединение последовательно по шву при помощи ролика 5, который перемещают вдоль продольной осевой линии шва 3, и в околошовной. зоне при помощи соответствующих роликов 6 и 7, ко- О торые перемещают в направлении, перпендикулярном продольной оси линии шва 3.

При этом шов 3 деформируют роликом 5 с постоянной степенью дейормации в продольном направлении, а околошовную зону роликами 6 и 7 - с переменной степенью деформации в поперечном направлении, причем величину степени деформации и попереЧном > направлении задают в зависимости от распределения твердости материала соединения в околошовной зоне. При этом используют линейную зависимость между пределом прочност в и твер- Э достык по Вриннелю, которая определяется следующим соотношением:

Ьв с НВ1 ..17 ав-6в -o oE и

В исх (2) гДе В „с„ — пРеДел пРочности матеРиала в исходном состоянии; а — коэффициент, характеризующий угол наклона кривой упрочнения для данного материала; и — показатель деформационного упрочнения.

Исходя из условия (1) можем записать формулу (2) для данного материала: с НВ. = с НВ„„+ а Я где Н †.твердость по Бриннелю основного материала;

НВ„ „ †. твердость по Бриннелю соответственно материала шва и околошовной зоны в поперечном сечении.

Отсюда степень деформации при упрочнении будет в заданной точке шва и околошовной зоны равна:

Ф

Е = — (Н — НВи ) . (3) При этом степень деформации опре" деляют для каждой точки, в которой измерена твердость, по формуле (3), причем твердость основного материала будет постоянной НВ = const a переменной величиной будет твердость материала в околошовной зоне НВ„ „ Полученная величина степени деформации является разностью между степенями деформаций, соответствующими напряжениям в точке замера твердостей, и степенью деформации, соответствующей пределу прочности основного материала, и определяют величину деформации, на которую необходимо, продеформировать металл околошовной зоны в каждой из характерных точек..

При этом величину степени деформации задают путем выполнения роликов б и 7 по плавной кривой, радиус которой в каждом сечении соответствует требуемой степени деформации. где с — коэффициент пропорциональности.

Предел прочности материала при холодной обработке давлением опреде,ляется по следующей эмпирической формуле:

1169796 у 4

Продолжение таблицы

Характерная точка

НВ

3 (1,=15 0 мм)

4 (1, =20,0 мм) 100

106

5 (1+=25,0 мм) 114

6 (1.=30,0 мм)

7 (16=35,0 мм) 120

124 основ" ной металл

L -=-с» Р. =-30-35 мм.

0,76 (124-6О) =29, 97.

| 0,25 ш8 1 1э60

1 сз=.—

0<7Ь.(124-86) =18, ЗЕ, 1 (124-90) =15 у 87, 1 ось (124-100) =10, 1Х.0,7Ь (124-106) =6, 8Х, (0,38 1,60

Оэ 38

1 (10=-5,О мм

2 (1„=10,O ) 86

Io,ç8

После деформирования участка околошовной зоны ролики б и 7 возвраща" ют в исходное положение, после чего осуществляют перемещение вдоль оси шва 3 .таким образом, чтобы при деформировании последуюшего участка околошовной зоны предыдущий продеформированный участок был перекрыт роликами 6 и 7 на 2-3 мм, что обеспечит равномерность деформации по длине сварного соединения. После полной обработки околошовной зоны шов 3 повторно деформируют роликом 5, перемещая последшш в обратном направлении.

Шов 3 деформируют в зависимости от технических требований полностью (если требуется исключить наличие ступеньки), со степенью деформации, определяемой из соотношения (3), или до получения сварного шва с тблщиной d 2 и шириной В,, отвечающим следующему соотношению: х В, 7j (1,57-1,60) d; х В,, 25 где < — толщина urea до осадки;.

В, — ширина шва до осадки..

После этого конструкцию снимают .с подкладки 4.

Пример. Листовая конструкция выполнена иэ двух фрезерованных плоских панелей, сваренных между собой. Иатериал Д16Т; габариты панелей

980х150х6,0 мм; ширина сварного шва

B„ =8,О мм; толщина сварного шва

d„" =10,0 мм (с учетом проплава); твердость материала сварного шва 60 НВ; твердость основного материала панелей 124 НВ; твердость материала око- 40 лошовной зоны определялась по обе стороны от оси сварного шва в точках, расстояние между которыми 1=4d MM, где d — диаметр шарика прибора для определения твердости, принимаем

1.=5 0 мм. Точки, в которых определяется твердость, располагаем в шахматном порядке. Расстояние от линии сплавления металла шва с основным металлом принимает равным 1„=5,0 мм.. р

Распределение твердости в околошовной зоне в поперечном направлении представлено в таблице.

Характернаяточка (1, )

НВ б

Таким образом, ширина околошовной зоны (без учета ширины сварного ursa) составляет:

Принимаем L=35,0 мм.

По формуле (3) определяем степень деформации прп упрочненни для сварного шва

Е,ы=- — (НВ - НВ ) а

Принимаем с=0,25 (для литейного алюминиевого сплава), а=1,60 (для алю" миниевых сплавов типа Д1), n=0,76 для алюминиевых сплавов типа Д1.

Степень деформации при упрочнепий для околошовной зоны составляет .

Принимаем с=О 38, а=1,60, n=0,76.

1169796

l — =02

6,0

1 о,зь (124-114) =3»14%, 1 (124-1 20)) =0,9%.

) o,÷6

О 38

6,0 - Ь, = 1,2, h = 4,8 мм.

0,38

Ь, = Ь„= 4,99 мм.

ЬО Ь 100 р

П Л» п,@

360

Отсюда

360 х 1р 10 28

П Д

"" =0183

6,0

45

R = — = 25 О мм

Др р

В точке 2

В точке 3

Ьр 6,0 мм.

В точке 4

Определяем толщину сварного соеди" нения в поперечном сечении после, 10 упрочнения где Ьр — толщина плоской панели до упрочнения, мм;

Ъ вЂ” толщина плоской панели после упрочнения, мм.

Е = — — =0299. 10,0 — Ь„, 10,0

1 Π— h „=2» 99» hùð((=7» 0 1 мм

6 — Ь„=О, 183х6,0, Ь, =4,99 мм, 6О-Ь, 6 — Ь =О, 158х6,0, Ь =5, 05 мм, 6,0 - h

= 0 101

3 6 О»»

6 — Ь = 0,101х6,0, h,=5,394 мм, 40

Я = — = О 068;

6,0 - hy

6,0

6 - h< 0,068 х 6 0» Ь4 = 5»59 мм»

Е5= = 0,0314;

» б-Ь =0,314х6,0, Ь =5,.81 мм, 9 6,0 - Ь р,рр9

6,0

6 hc =0»009х 6 0 Ьа 5»946 мм;

Принимаем степень деформации в зоне сплавления металла шва с основ ным металлом В 20%;

Учитывая наличие радиуса перехода от сварного шва к металлу околошовной зоны, принимаем:

Проводим построение профиля деформирующих роликов 6 и 7. Принимаем диаметр роликов Д =50,0 мм. Ширина околошовной зоны соответствует дуге окружности ролика р 360xL 360 х 35

0Б02 ПД 3 14хД

Для каждой из точек 1 — 7 Поскольку 1 =1„= ... =1, то пр=п „= ... =.и =11 28 .

Таким образом, точки 1 — 7 лежат на радиусах, угол между которыми равен 11 28, длина дуги окружности между радиусами соответствует расстоянию между точками и равна 5,00 мм, а общий угол,, определяющий рабочий профиль роликов, 80 16 . Профиль роликов 6 и 7 выполняем по плавной кривой, радиус которой в заданных точках

1 — 7 соответствует требуемой степени деформации. Поскольку h =h принима( ем на линии сплавления металла шва с металлом околошовной зоны и в точке 1

R = — л h6=25,0-0, 054=24,946 мм, Д

 = — —

ДР

2 — khan 25,0-0,41=24,59 мм, 1169796

В точке 5

В точке 7

R, = -2 - — 4h, =25,0"0,606 24,394 мм, Д

В точке 6. 5

R = 2 - 4.йз 25,0-0,95 24,05 мм, ДР

8 д 2 41, *25,0- t,01 23,99 мм.

Л

Предлагаемый способ позволяет повысить качество сварного соединения

sa счет обеспечения однородности прочностпых свойств материала, которая обеспечивается деформированием околошовной зоныс переменнойстепень!о деформации впоперечном направлении.

11б9796

Составитель 10. Мельцов

Редактор К. Волощук Техред Q.Íåöå Корректор О. Тигор

Заказ 5386 Тираж 1086 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.„ д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4