Способ изготовления сварных соединений

 

Изобретение относится к сварке, в частности в способам изготовления сварных соединений, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве , и зделий преимущественно из алюминиевых сплавов с. повьппенньши требованиями к надежности сварных соединений и точности изготовления сварных .конструкций . Целью изобретения является улучшение качества сварных конструкций , вьшолненных из алюминиевых сплавов . Это достигается тем, что к свариваемым стыковым швам элементов одновременно равномерно при сварке и прокатке роликом прикладывается статическое усилие, создающее напряжения растяжения, обеспечивающее степень деформации Е 0,7-1,0%. При этом протекают три зависимых друг от друга процесса: сварка, прокатка на стадии выравнивания температур, статическое нагружение, компенсирующее величину укорочения от сварки. Это позволяет устранить укорочение от поперечной и продольной усадки сварных швов. 4 ил., 1 табл. (f (Л со ю о о со 00

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (Н) (51) 4 В 23 К 28/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ . б СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3938268/25-27 (22) 11.06.85 (46) 30.06.87. Бюл. и 24 (72) В.И.Ануфриев, С.А.Куркин, В.И.Зайцев, Г.И.Иванов и Ю.Г.Володин (53) 621.791.75.011(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 789258, кл. В 23 К 28/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

В 1052357, кл, В 23 К 28/00, 1983. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ

СОЕДИНЕНИЙ (57) Изобретение относится к сварке, в частности в способам изготовления сварных соединений, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве ,изделий преимущественно из алюминиевых сплавов с.повышенными требованиями к надежности сварных соединений и точности изготовления сварных .конструкций. Целью изобретения является улучшение качества сварных конструкций, выполненных из алюминиевых сплавов. Это достигается тем, что к свариваемым стыковым швам элементов од- новременно равномерно при сварке и прокатке роликом прикладывается статическое усилие, создающее напряжения растяжения, обеспечивающее степень деформации Е = 0,7-1,07.. При этом протекают три зависимых друг от друга процесса: сварка, прокатка на стадии выравнивания температур, статическое нагружение, компенсирующее величину укорочения от сварки. Это позволяет устранить укорочение от поперечной и продольной усадки сварных швов. 4 ил., 1 табл.

1 132

Изобретение относится к сварке, а именно к сварке процольных IIIBQB иэ алюминиевых сплавов, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве иэделий из материала с высокой удель,ной прочностью с повышенными требованиями к надежности сварных соединений и точности изготовления конструкций.

Цель изобретения — улучшение качества сварных конструкций„ выполненных иэ алюминиевых сплавов, путем практически полного устранения укорочения от поперечной усадки от сварки.

На фиг. 1 представлена схема сварки с деформированием металла шва прокаткой роликом с одновременным приложением активных сил; на фиг.2 — распределение остаточных напряжений продольных (e.) и поперечных („) на пластинах из сплава 1201 после сварки; на фиг.3 — распределение средних остаточных напряжений, продольных (4 ) и поперечных (Ь„) на пластинах из сплава 1201 после прокатки по шву при t = 100+10 С Е = 4-77; на фиг.4— распределение остаточных напряжений продольных (6„) и поперечных (6„) на пластинах иэ сплава 1201 после прокатки по шву при t = 1I00+10 С и растяжения Е = 0,7-1/.

Способ осуществляют следующим образом.

Перед сваркой к свариваемым стыковым швом элементам равномерно прикладывается усилие, создающее удлинение, обеспечивающее степень деформации в пределах 0,7-1,0Х. В зависимости от температурных условий деформирования устанавливают прокатывающее устройство относительно сварочной горелки на соответствующее расстояние так, чтобы,.в зоне контакта прокатывающего ролика была температура 90+30 С. После этого к прокатывающему ролику прикладывается статическое усилие, которое обеспе,чивает степень деформации в пределах

3-67.. Статическое усилие достигается гидроцилиндром. Затем возбуждают сварочную дугу, приводят в движение привод перемещения сварочного и деформирующего устройств и начинают подачу присадочной проволоки. При перекатывании ролика по усилению шва перед ним перемещается волна металла ° В результате сдвиговой деформации шва

ОО3а происходит его удлинение как в продольном, так и в поперечном направлениях. Следует учитывать, что укорочение от продольной усадки устраняется полностью, а укорочение от поперечной усадки устраняется частично. Однако равномерно приложенное статическое усилие перед сваркой к свариваемым стыковым швом элементам создает дополнительное удлинение, которое устраняет оставшиеся пластические деформации от поперечной усадки. Такое деформирование не только устраняет деформацию коробления от сваркИ, снижает уровень остаточных напряжений, но и позволяет получать сварные конструкции с заданными геометрическими размерами. При этом одновременно протекают три зависимых друг от друга процесса.

Первый процесс — сварка элементов.

В этом случае вследствие неравномерного нагрева металла в зоне шва протекают процессы в соответствии с известным механизмом образования напряжений и деформаций. При остывании металла шва из-за усадки происходит продольное и поперечное его сокращеt ния. Возникающие пластические деформации укорочения приводят к отклонению геометрии и уменьшению геометрических размеров конструкции, Указанные отклонения и пластические деформации укорочения найдены экспериментальным путем.

Второй процесс связан с прокатной роликом метапла шва на.стадии выравнивания температурного поля (t = 9030 С и Е = 4-7Е).

Пластическое деформирование в процессе сварки при укаэанных условиях способствуют полному укорочению волокон металла шва в продольном и частично в поперечном направлениях. Оставшаяся величина поперечного укорочения не позволяет получить требуемые геометрические размеры конструкции, предусмотренные ЧДК. Указанные отклонения геометрических размеров определены экспериментальным путем.

Третий. процесс связан с приложением активных сил .

Статическое усилие, создающее растяжение волокон, способствует удлинению их в поперечном направлении, компенсируя тем самым величину укорочения, оставшуюся от процесса прокатки.

При этом создаваемая активными сила0038 4

3 132 ми степень деформации в пределах

Е = 0,7-1,07. способствует не только устранению усадки, но и позволяет получить требуемые геометрические размеры сварной конструкции согласно ЧДК.

Совместное действие прокатки и активных сил способствует уменьшению приложения статического усилия при растяжении.

Пример. При сварке плоских элементов из сплава 1201 толщиной

4 мм (сварочный ток 260 А, скорость сварки 18 м/ч) расстояние между осью сварочной горелки и осью прокатывающего ролика А = 170 мм, что соответствует температуре t = 90+30 С, К свариваемым стыковым швом элементам одновременно равномерно по всей длине плоскости (фиг.1) прикладывается статическое усилие с таким расчетом, что оно удерживает элементы в заданном исходном положении и не дает им перемещаться при усадке.металла шва.

Усилие на каждый прижим длиной 1

100 мм составило Р = 280-300 кгс.

В условиях производства при определении активных сил можно пользоваться следующей формулой, предложенной

В.А.Винокуровым:

30 и пластическая деформация. Превышение суммарной степени деформации приводит не только к увеличению параметров иэделий, т.е. несоответствию их КД, но и к снижению прочности конструкции, так как снижается wracтичность °

Испытание сварных образцов на двухосное растяжение показало, что такие образцы, выполненные иэ сплава

1201, разрушались при напряжениях — 16-18 кгс/мм, тогда как при найденных условиях они разрушаются при напряжениях 6 = 25,6-27,2 кгс/мм .

В то же время при прокатке по шву при t = 90 С сварные образцы разрушались при напряжениях 6 = 24,025,2 кгс/мм . Аналогичные испытания сварных соединений проводили на образцах из сплава АМгб в нагартованном состоянии. Результаты испытаний показали, что сварные соединения с о прокаткой при t = 90 С разрушались при напряжениях 6 = 34,2-35,4 кгс/мм, г а сварные соединения с прокаткой при

= 90 С + растяжение разрушались при напряжениях 0 = 36,4-37,2 кгс/мм .

На фиг.2 показано распределение остаточных напряжений после сварки.

Уровень остаточных напряжений, а слеР с = (1,4-1,5) се где q — - эффективная мощность источника тепла, дж(см; у — скорость сварки, см/с, В йриведенном примере описан процесс обеспечения геометрических размеров изделий . Это достигается за счет устранения пластических деформаций в зоне, включающей шов и околошовную зону. В таблице представлены. величины поперечных усадок после различных вариантов получения сварного соединения.

При совместном действии прокатки роликом металла шва при t = 90 С (с. = 4-7Е) и приложении активных сил — растяжения (E = 0,7-1,0Ж),можно сохранить геометрические размеры изделий. В обоих случаях создается определенная степень деформации, которая найдена экспериментальным путем. Степень деформации определяется приложенным усилием независимо от того, чем оно создается. Поэтому усилие и степень деформации взаимосвязаны. Без приложения усилия (в данном случае растяжения) не создается

35 довательно, и пластических деформаций в зоне, включающей шов и околошовную зону, достигают больших значений. Наличие высокого уровня остаточных напряжений отрицательно влияет

1 не только на прочностные характеристики, но и на точность и геометрические размеры изделий.

- Прокатка роликом при t = 90 С

;(Я = 4-77) способствует уменьшению уровня остаточных напряжений как в шве, так и в околошовной зоне (фиг.3).

Однако снижение уровня остаточных

45 напряжений практически до нуля (-0,3;

-0,7) в металле шва свидетельствует только об устранении пластических деформаций укорочения от продольной усадки в нем. В то же время уровень остаточных напряжений в околошовной зоне остается еще значительным, что свидетельствует о наличии продольной и поперечной усадки в этой зоне. Присутствие усадки — 0,6 мм подтверждает то, что получить геометрические размеры, заданные чертежом, невозможно

Совместное действие прокатки роликом при t = 90 С (K = 4-77) с расЬ)ИВ7ЭЭЭФИЭЭ

5 132003 тяжением (F. = 0,7-1,07.) практически полностью снижает уровень остаточных напряжений в зоне сварного соединения и устраняет усадку (фиг.4). Она составляет О, 1 мм. Следовательно, данный процесс, снижая продольные и попереч.ные напряжения, устраняет и пластические деформации в sîíå, включающей шов и околошовную зону, Это обеспечивает геометрические размеры изделия. Дан- 10 ный технологический процесс внедрен в.производство. Era использование позволяет обеспечить получение точных конструкций и сократить сроки их изготовления. 15

Сварка

Сварка + прокатка по шву при 90 С

0,7

1,0

0,6

Сварка + прокатка по шву при 90 С + прокатка ОШЗ + у5 растяжение (методом активных сил) 0,1

П р и м е ч а н и е. В таблице эп представлены средние значения усадок, полученные на пяти сварных пластинах.

Формула изобретения

Способ изготовления сварных соединений, преимущественно из алюминиевых сплавов, при котором в процессе сварки выполняют пластическое деформирование стыкуемых кромок свариваемых элементов и полученного сварного ursa отличающийся тем, что, с целью улучшения качества сварных конструкций путем полного устранения укорочения от поперечной усадки, в процессе сварки и пластического деформирования к свариваемым элементам прикладывают статическую растягивающую нагрузку в направлении, нормальном к направлению шва, величиной, обеспечивающей степень деформации

Е = 0,7-1,0R

Поперечное

Вид сварного соединения укорочение, Сварка + прокатка по ОШЗ (околошовная зона) Сварка + прокатка по шву при 90 С + прокатка

ОШЗ

i зюозя

Фие, ?

-Х

-У

-32

Ipse. J

1320038 г,е

-д,7

"1,О

Составитель З.Хаустова Редактор Т.Лазоренко Техред И.Ходанич Корректор С. Шекмар

Заказ 2561/13 Тираж 975 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Ужгород, ул.Проектная, 4