Способ изготовления сварных соединений

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 В 23 К 28/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3774305/25-27 (22) 23. 07. 84 (46) 30.03. 86. Бюл. № 12 (72) В.И. Ануфриев, С.А. Куркин, Г.М. Иванов, Е.Ф. Галкин и И.В. Саломатов (53) 621.791.015(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1052357, кл. В 23 К 28/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1164971, кл. В 23 К 28/00, 1984. (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ

СОЕДИНЕНИЙ, при к тором осуществляют одновременно со сваркой стыкуемых кромок пластическое деформирование кромок и сварного шва роликами, расположенными последовательно перед и за сварочной горелкой, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества сварных соединений высокопрочных сталей с температурой о вторичной кристаллизации ниже 400 С путем снижения уровня остаточных сварочных напряжений, при одновременном устранении сварочных деформаций коробления, деформированию подвергают стыкуемые кромки основного металла при 40+5 С и степени деформации о

E =6-8Х с одновременным деформированием металла шва при 150+20 С и степени деформации E =10-12Х.

1 12209

Изобретение относится к сварке и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве изделий преимущественно из сталей аустенитного и ферритного клас- 5 са с повышенными требованиями к механическим свойствам и герметичности сварных соединений.

Целью изобретения является улучшение качества сварных соединений из 10 высокопрочных сталей с температурой о вторичной кристаллизации ниже 400 С путем снижения уровня остаточных сварочных напряжений при одновременном устранении сварочных деформаций ко- 15 робления.

Указанная цель достигается тем, что деформированию подвергаются стыкуемые кромки основного металла при

40+5 С и степени деформации Е =6-8Xl 20 с одновременным деформированием мео талла при 150+20 С и степени деформации E =10-12Х.

При этом последовательно протекают три зависимых друг от друга процесса. 2

Первый процесс. При деформировании о роликом стыкуемых кромок при 40+5 C и степени деформации F =6-8Х в зоне контакта ролика с основным металлом на расстоянии 8 мм от линии стыка по ЗО обе стороны протекают продольные упру1. гопластические деформации удлинения волокон и образуется поле сжимающих остаточных напряжений. В зоне, не подвергнутой прокатке из-за наличия формирующей канавки, образуется поле растягивающих напряжений.

Кроме того, ролик впереди дуги способствует предотвращению депланации кромок, которая часто приводит 4р к появлению резкого перехода усиления и проплава к основному металлу.

Указанные параметры найдены экспериментальным путем и являются для данного процесса оптимальными. 45

Второй процесс. Сварка. В этом случае протекают процессы в соответствии с известным механизмом образования напряжений и деформаций. При остывании металла происходит укорочение волокон как в продольном, так и в поперечном направлениях, возникают растягивающне сварочные напряжения, появляются поверхностные концентраторы — резкий переход от основного к наплавленному металлу. Однако предварительно созданное поле растягивающих напряжений от прокатки роликом стыкуемых кромок основного металла перед сварочной дугой способствует снижению скорости развития пласт тических деформаций и уменьшению величин деформаций укорочения в околошовной зоне на стадии нагрева впереди движущегося источника тепла. При этом поле сжимающих напряжений (в первом процессе) снижает скорость развития пластических деформаций удлинения и их величину на стадии остывания за источником нагрева по сравнению со сваркой по ненапряженному металлу. Пластические деформации укорочения имеют место, но в меньшей степени, чем после сварки без предварительного деформирования. Указан-.. ные изменения пластических деформаций найдены экспериментальным путем.

Следует отметить существенные улучшения геометрии сварочного шва и его качества.

Третий процесс. Прокатка роликом металла шва на стадии выравнивания о температурного поля Т-150+20 С и

E =10-12Х удлиняет укороченные волокна, компенсируя тем самым величину укорочения волокна, оставшуюся от сварки. Пластическая деформация при прокатке роликом протекает как в продольном, так и в поперечном направлениях, а также в направлении толщины. При этом происходит значительное снижение уровня остаточных сварочных напряжений. Одновременно происходит устранение и деформаций орабления. Снижение уровня остаточых напряжений, устранение концентратов, таких как неровности усиления и проплава шва, резкий переход от нап. лавленного к основному металлу способствует предотвращению опасности хрупкого разрушения сварных конструкций, повышая тем самым их надежность при эксплуатации под давлением.

Указанные значения параметров режимов деформирования являются оптимальными для данного процесса и найдены экспериментальным путем.

Повышение температуры деформировао ния до 180 С хотя и оказывает влияние на величину и характер распределения остаточных напряжений, но при этом происходит перераспределение напряжений, величина напряжений остается на высоком уровне, что может отрицательно сказаться на надежности сварной конструкции, 3 12

Деформирование роликом при 120 С заметно снижает пластические свойства металла шва вследствие наклепа, остаточные напряжения не снижаются, а перераспределяются, деформации корабления сохраняются на достаточно высоком уровне.

На фиг. 1 изображено распределение остаточных сварочных напряжений; на фиг. 2 — сварочные деформации корабления.

В таблице показана зависимость состояния сварного соединения от величины прогибов.

Способ осуществляют следующим образом.

Перед сваркой (в зависимости от температурных условий) прокатывающее устройство устанавливают относительно сварочной горелки на соответствующие расстояния так, чтобы в зоне контакта переднего прокатывающего роли-. ка была температура 40+5 С, а в зоне контакта заднего ролика температура о

150Z20 С. После этого включают уст- . ройства для обеспечения статического усилия с таким расчетом, чтобы при прокатке роликом стыкуемых кромок первый цилиндр обеспечил своим статическим давлением степень деформации

6-8Х основного металла, а второй цилиндр роликом создавал степень деформации металла шва 10-12Х. Затем возбуждают сварочную дугу, приводят в движение привод перемещения сварочного и .деформирующего устройства и начинают подачу присадочной проволоки.

При этом один ролик осуществляет деформирование стыкуемых кромок, а второй ролик, обкатываясь по поверхности усиления шва, производит его деформирование при указанных степенях деформации. Обработку стыкуемых кромок и металла шва производят гладки-ми роликами с прямолинейной образующей. Такое деформирование позволяет практически полностью устранить деформации корабления и снизить уровень остаточных сварочных напряжений ниже критического, уменьшить опасность хрупкого разрушения металла и переход. ной зоны соединения.

При сварке плоских образцов из стали. ЭП-678 толщиной 2,5 мм (сварочный ток 190А, скорость сварки

16 м/ч). расстояние между осью переднего ролика, обкатывающего

Состояние. сварного соединения

Величины прогибов, мм

1 1

f, 2 f f

4,2 4,1 4,1 4,2

Сварка

Прокатка при, С

2,8 2,9 3,0 2,7

0 2 0 3 0 2 0 2

1,2 1,1 1,2 1,2

180

150+20

130

При диаметре ролика 40 мм с учетом

35 степени деформации 10-12Х усилие на ролике не более 4000 кгс. Внедрение способа при изготовлении изделий из высокопрочных сталей с температурой вторичной кристалли40 зации ниже 400 С позволяет устранить о наиоблее опасные для сварных соединений дефекты: продольную и поперечную волнистость усиления и проплава шва, резкий переход от наплавленного

45, к основному металлу; значительно уменьшить опасность хрупкого разрушения по металлу шва и переходной. зоне сварного соединения при статических и переменных нагрузках; снизить уровень остаточных сварочных напряжений до уровня ниже критического (15-20 кгс/мм ); практически.полностью исправить сварочные деформации корабления от продольного шва, 55 выражающиеся в искажении геометрической формы изделия.

20913 4 стыкуемые кромки, и осью электрода сварочной горелки А=55,мм, что соО ответствует температуре 40+5 С.

Учетом степени деформации в пределах 6-8Х при диаметре ролика

40 мм усилие на ролике должно быть не более 3600 кгс. Расстояние между осью электрода сварочной горелки и вторым прокатывающим роликом, который обкатывается по усилению шва, В=125 мм, что соответствует температуре в очаге деформации под роликом 150+20 С.

1220913

4 кг/ и@

Фиа. 2

Составитель З.Хаустова

Редактор М.Бандура Техред И.Гайдош Корректор Л.Латай

Заказ 1527/17 Тираж 1001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ЛПП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4