Способ электронно-лучевой сварки тавровых соединений

 

Изобретение относится к элек- ; тронно-лучевой сварке и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при сварке тавровых соединений , работающих в условиях действия переменных нагрузок. Цель изобретения - повышение качества соединения путем .устранения непроваров и концентраторов напряжения. Способ J- Г Ь сварки состоит в сквозном проплавлении полотна 1 и формировании сварного шва по всей толщине ребра 2 с галтелями радиусом г между ребром и полотном . Для этого свариваемые детали плотно прижимают друг к другу по соединяемым поверхностям 3. При необходимости полотно 1 стыкуют над ребром 2 по середине его толщины. По обе стороны оси ребра 2 по всей его длине устанавливают формирующие подкладки 4, на рабочих кромках 5 которых выполняют скругления радиусом, равньм заданному радиусу галтели в зоне соединения полотна 1 с ребром 2. Электронным лучом заданной мощности проплавляют через полотно соединяемые поверхности 3, направляя луч нормально к свариваемой поверхности. Технологические режимы сварки выбирают из условия, формирования устойчивой сварочной ванны, которая, растекаясь, заполняет полости, образованные скругленными рабочими кромками подкладки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл. ф сл 4 о: - I

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК цц 4 В 23 К 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fEEHT СССР (21) 4225109/31-27 (22) 17.02.87 (46) 30.01.89. Бюл. М 4 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) А.Д.Шевелев, В.Н.Замков, О.К.Назаренко, В.А.Сливинский,Л.М.Радченко, В.В.Редчиц и В.В.Хохлов (53) 621.791.72(088.8) (56) Патент Великобритании

У 1129056, кл. В 23 К 15/00, 1968.

Сварка в машиностроении. Справочник в 4-х томах, т.Т, M.: Машиностроение, 1978, с.423, рис.76. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ ТАВРОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ (57) Изобретение относится к элек"; тронно-лучевой сварке и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при сварке тавровых соединений, работающих в условиях действия переменных нагрузок. Цель изобретения — повышение качества соединения путем .устранения непроваров и концентраторов напряжения. Способ

„„Я0„„1454610 А1 сварки состоит в сквозном проплавлении полотна 1 и формировании сварного шва по всей толщине ребра 2 с галтелями радиусом r между ребром и полотном. Для этого свариваемые детали плотно прижимают друг к другу по соединяемым поверхностям 3. При необходимости полотно 1 стыкуют над ребром

2 по середине его толщины. По обе стороны оси ребра 2 по всей его длине устанавливают формирующие подкладки

4, на рабочих кромках 5 которых выполняют скругления радиусом, равным заданному радиусу галтели в зоне соединения полотна 1 с ребром 2. Электронным лучом заданной мощности проплавляют через полотно соединяемые поверхности 3, направляя луч нормально к свариваемой поверхности. Технологические режимы сварки выбирают из условия, формирования устойчивой сварочной ванны, которая, растекаясь, заполняет полости, образованные скругленными рабочими кромками подкладки.

1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1454610

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при сварке тавровых соединений, работающих в условиях действия переменных нагрузок.

Цель изобретения - повышение качества соединения путем устранения непроваров и концентраторов напряжения.

На фиг.1 показана схема электронно-лучевой сварки таврового соедине ния с формирующими подкладками; на ,фиг.2 — то же, при расположении сты ка полотна над ребром; на фиг.З:схема поперечного сечения сварного ,соединения при электронно-лучевой, сварке с формирующими подкладками.

Способ электронно-лучевой сварки 2р

;тавровых соединений состоит в сквоз,ном проплавлении полотна 1 и форми,ровании сварного. шва по всей толщине ребра 2 с галтелями между ребром и полотном. Для этого свариваемые де- 25

:тали плотно прижимают одну к другой по соединенным поверхностям 3. При

; необходимости полотно 1 стыкуют над

) ребром 2 симметрично его толщине (фиг ° 2), По обе стороны от ребра 2 по 30 всей его длине устанавливают формирующие подкладки 4, на рабочих кромках 5 ко-орых выполняют скругления радиусом, равным заданному чертежом или техническими условиями на изделие радиусу галтели в зоне соединения

35 полотна 1 с ребром 2. Электронным лучом 6 заданной мощности проплавляют через полотно соединяемые поверхности 3, направляя луч нормально к 4 свариваемой поверхности. Внедряясь в материал полотна 1 и ребра 2, электронный луч расплавляет соединенные поверхности 3 при относительном перемещении луча и деталей вдоль зоны 45 соединения, образуя прорезной сварной шов 7 с галтелями радиуса r (фи; .3).

Радиус r скруглений рабочих кромок подкладок выбирают в соответствии с конструктивными и техническими требованиями к работоспособности кон50 струкции, обеспечивая радиус галтели

r сварного шва с плавным сопряжением между свариваемыми деталями (фиг.3). Радиус галтелей не превышает 15-20 мм. Получение качественного

5S сварного соединения возможно при толщине ребра не менее диаметра электронного луча. В противном случае изза расплавления подкладок 4, выполненных иэ материала, отличного от свариваемого, формирование шва нарушается, в металле шва образуются интерметаллиды, выделяются пары и газы свариваемого металла, образу .тся выплески, что приводит к браку изделия.

Размеры и материал подкладок для каждого конкретного случая подбираются экспериментально из условий воэможности многократного их использования и отвода тепла сварочной ванны за счет теплопроводности и зависят от теплофизических свойств свариваемого металла, толщины полотна и режима сварки. Минимально возможные размеры подкладок как по высоте, так и по ширине выбираются такими, чтобы материал подкладки в процессе сварки нагревался до температуры не более (0,3-0,5) Т„„. В противном случае может произойти деформация и расправление подкладки. В качестве материала для изготовления подкладок могут быть использованы медь, нержавеющая сталь, графит, керамика и другие материалы, применяемые для подкладок. при сварке плавлением.

Режим сварки выбирают из условия, обеспечивающего заданную ширину сварного шва в зоне соединения (фиг.3), т.е.

Ьщ= К (Ъ+ 2r), где Ь вЂ” ширина сварного шва полотна, Ь вЂ” толщина ребра; — радиус скругления рабочих кромок подкладки;

К вЂ” коэффициент пропорциональ" ности, равный 1 — 1,5.

Технологические параметры режима сварки обеспечивают получение сварочной ванны, которая, растекаясь, заполняет полости, образованные скругленными рабочими кромками подкладок, Коэффициент К учитывает условия воспроизводимости сварного шва. Экспериментально установлено, что при значении К ) 1,5 получение качественного сварного соединения затруднено иэ-за увеличения деформации конструкции за счет повышенного тепловложения и большого объема литого металла шва. При К < 1,0 не обеспечивается плавного перехода между сопрягаемыми свариваемыми деталями. Велиз 14546 чина коэффициента К в пределах 1

l,5 в каждом конкретном случае определяется с учетом воспроизводимости формы шва на применяемом оборудовании и качества сборки деталей в сборочно-сварочном приспособлении.

Выполнение соотношения для выбора be является необходимым условием получения плавного перехода поверхности шва между соединяемыми деталями и принудительного формирования галтелей за счет скругления рабо" чих кромок подкладок. Глубина проплавления ребра должна составлять не менее величины радиуса галтели.При сварке толстых ребер возможно применение развертки луча или многопроходной сварки с поперечным смещением каждого из последующих швов на определенный шаг, равный ширине предыдущего, до образования галтелей по обе сторойы от ребра.

В тех случаях, когда толщина ребра 2 близка по величине к диаметру 25 электронного луча, а также при наличии повьппенных требований по сим-, метрии шва, полотно 1 выполняют разрезным из двух состыкованных заготовок. Наличие стыка над соединяемы" ЗО ми поверхностями гарантирует требуемую точность сборки деталей и совмещение электронного луча при сварке (особенно криволинейных швов) симметрично рабочим кромкам подкладки.

Пример 1. Выполняли электронно-лучевую сварку ребристых панелей из титанового сплава ВТ"20. Толщина полотна 2,5 мм, толщина привариваеиых ребер 1,5 мм. Ребра зажимали меж- 4р ду двумя медными формирующими подкладками сечением 30 " 30 мм, имеющими скругления рабочих кромок r =.

= 2,5 мм. Сверху на сварочный стенд устанавливали полотно и плотно при- 45 жимали его к ребрам и медныи подкладкам прижимами. На полотне размечали ось сварного шва. Сварку выполняли в нижнем положении остро сфокусированныи лучом. Начинали и заканчивали процесс сварки на технологи" ческих припусках ребер„ длиной 10—

15 им.

Режимы сварки. а) < уск 30 кВ ? сп 100 мА

V,„- 20 и/ч.

Сварной шов не удовлетворяет требованиям по качеству, так как b 6 им (К=О, 9 ), что не соответствует приве10 денному условию для b„,.Òàêoå сварное соединение обладает низкими механическими свойствами: угол загиба

50, число циклов до разрушения при

6м чкс =570 МПа, N,= 50000; б) " уск= 30 кВв ? ск = 140 мА, 20 м/ч.

При таком режиме сварки получено некачественное, сильно деформированное сварное соединение, стрелка прогиба на длине 250 мм составила 3 мм.

Ширина шва 10,5 мм не соответствует условию для Ь „ (K = 1,6);

U ск = 30 кВ1 Iñå = 120 мА, Vc8= 20 м/ч.

Получен сварной шов с качественным формированием галтелей по радиусу r=

=2,5 мм, ширина шва в зоне соединения Ъ ш = 6,5 мм (К=1 ).

Показатели качества и долговечности сварного шва (Ы=120 и N ц =

=300000) высокие.

Режимы сварки, значения ширины шва и механические свойства сварных соединений, выполненных электроннолучевой сваркой без подкладок и с формирующими подкладками приведены в таблице.

Пример 2. Выполняли электронно-лучевую сварку кольцевых шпангоутов иэ титанового сплава ВТ5-1. Наружный диаметр силового элемента

500 мм, толщина 3 мм. Диаметр привариваемого кольца 460 мм, толщина

0,6 мм. При сварке такой толщины . кольца точность совмещения оси электронного луча с осью симметрии кольца должны быть не хуже 0,15 мм. Для выполнения этих требований силовой элемент полотна изготовили разрезным и устанавливали стык симметрично толщине ребра. Ориентацию электронного луча осуществляли с помощью прибора

"Прицел-2".

Собранный встык силовой элемент полотна устанавливали на кольцо, собранное вместе с подкладками из стали

Х18Н10Т. Подкладки имеют сечение

40 х 40 мм и установлены с противоположных сторон по периметру нривариваемого кольца. Рабочие кромки подкладок имеют скругления радиусом 0,5.мм. Сварку выполняли остросфокусированным лучом в нижнем положении при вращении свариваемого шпангоута. Получено качественное сварное соединение с высокими механическими

5 1454610 6 свойствами (см.таблицу) за счет ст- ром сварку ребра к полотну осуществсутствия концентраторов напряжения ляют со стороны полотна путем сквозв угловых соединениях. ного его проплавления и частичного

По сравнению с базовым объектом проплавления ребра, о т л и ч а ю5 предложенный способ электронно-луче- шийся тем, что, с целью повьппевой сварки позволяет уменьшить про- ния качества соединений путем устрацент брака в тяжелонагруженных кон- нения непроваров и концентраторов струкциях ответственного назначения, напряжения, сварку осуществляют на работающих в условиях действия пе- Ið формирующей подкладке со скруглениременных нагрузок, таких например, ем на рабочих кромках, при этом подкак титановые ребристые панели и кладки устанавливают по обе стороны кольцевые шпангоуты, изготовляемые от ребра по всей его длине, а скругавиационной промьппленностью. ление располагают в зоне стыка реб15 ра с полотном.

2. Способ по п.l, о т л и ч а юФ о р м у л а и з о б р е т е н и я щ и и .с я тем, что стык полотна, состоящий из нескольких частей, устаl. Способ электронно-лучевой навливают над ребром по середине его сварки тавровых соединений, при кото- 2О толщины.

Влияние способа и ренина злектроиио-лучевой сварки на формирование металла ива н механические свойства сварных соединений толщи» Cnocod ЭЛС

«а тавровмк ребра соединений

Ъ, нм екивФ вид ариого соеднкеннв

Ширин

a«a в вона соедиирниа (ь ), ии

Свойства esapwx соединений евимм сварки релка ро тиба дли» е

О им, НИ коТок свар ки (1ов мА

Ускорнюцее на» ранение

61щ,)»

«В рост свари

Угол Число катиба циклов а град до p8$ рунеиин ври 4««4

«570 MH

N»

Уса н/ч

1Иоэ бее галтелей

Вев аодкладок

1,2 0i3

50 32000

90 50000

3О ° 90, ЙО

100 20 3 6

Некачественное формирован«а галтелей

0,3

1,5 О форин- 30 140 20 2,3 10,3 3 рукеанаФ

Подклад

Деформаци» сверне

ro соедн«енин

120 230000

120 300000

0,4

Качественное фар» миров ание!

20 20 2,5 ° 6,5

123 20 2,3 В

13О 20 2,5 9,7

То ке

120 320000

I 20 290000

О,4

Веэ нод

036 кладок 30 170 23

70 61000 МЬв,баев галтелей

0,43

С ФО1иеру» димн лод кладкам« 30

200 23 D 3 Й,О

133 320000 Качественное фор" фнров акие

Составитель В.Морочко

Редактор М.Келемеш Техред М.Ходанич Корректор В.Гирняк

Заказ 7389/18 Тираж 892 Подписное

ВНИИПИ Государственного, комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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