Способ изготовления сварных конструкций
Изобретение относится к сварке и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении конструкций, имеющих сварные швы сложной конфигурации. Цель изобретения расширение технологических возможностей. В способе изготовления сварных конструкций в процессе сварки осуществляют снижение сварочных напряжений и деформаций посредством обработки свариваемых кромок деталей. Предварительно находят усилие сжатия в материале деталей. Обработку свариваемых кромок ведут резанием перед сварочной дугой в зоне начала подъема температуры с усилием резания, превышающем в 1,0 1,4 раза внутреннее усилие сжатия в материале деталей. При сварке тонкостенных конструкций обработку свариваемых кромок резанием ведут с углом резания 90°. Способ обеспечивает точность изготовления конструкций благодаря созданию растягивающего усилия непосредственно в зоне сварочной дуги соединения. 1 з. п. ф-лы, 3 ил. 1 табл.
Изобретение относится к сварке и может быть использовано в любой отрасли машиностроения при изготовлении конструкций дуговой сваркой со швами сложной конфигурации. Целью изобретения является расширение технологических возможностей путем обеспечения качественной сварки швов сложной конфигурации. На фиг.1 представлен образец для определения внутреннего усилия сжатия; на фиг. 2 способ представлен схематично; на фиг.3 свариваемые кромки перед дугой. Сущность изобретения заключается в следующем. Предварительно находят усилие сжатия Рсж, для чего в образце 1 двумя сквозными прорезями 2 вырезают стержень 3, а третьей поперечной прорезью 4 отделяют один конец стержня от тела образца. В процессе сварки перед сварочной дугой в зоне начала подъема температуры возникает сжимающее усилие Рсж, вызывающее выпучивание кромок и другие местные деформации. От действия усилия Рсж совместно с нагревом от температуры происходят деформации участков металла, прилегающих к зоне сварочной дуги. Об усилии сжатия Рсж судят по изменению ширины прорези 4. Изменение ширины 
l прорези 4 является величиной интегральной и представляет собой алгебраическую сумму перемещений от свободного температурного удлинения стержня 3 и наблюдаемой деформации на базе, равной длине стержня 1. Изменение ширины l прорези 4, отнесенное к базе измерений, равной длине стержня 1, представляет собой изменение усилия сжатия по мере движения сварочной дуги. В момент начала подъема температуры в интервале примерно 50-80оС замеряют ширину прорези 4 и рассчитывают сжимающее усилие по формуле Pсж Fст 
E где Fст площадь поперечного сечения стержня, мм2; l сокращение прорези 4, мм; l длина стержня, мм; Е модуль нормальной упругости материала свариваемой детали, кг/мм2. Площадь поперечного сечения стержня определяется произведением его толщины, равной толщине детали, на его ширину. Ширина стержня принимается равной ширине шва. Определив усилие сжатия в материале деталей 5 и 6, их собирают и крепят на столе, например, металлообрабатывающего станка (на чертеже не показан), подводят резец 7, который устанавливают перед сварочной горелкой 8 так, чтобы его острые кромки срезали стружку 9, образуя фаску 10, и располагались в зоне начала подъема температуры от электрода 11. В процессе сварки происходит нагружение деталей усилиями Ру и Рz, которые прижимают и растягивают кромки в зоне нагрева свариваемых деталей в зоне фаски 10, причем Ру (0,1 0,3) Рz. Как показали эксперименты, усилие резания Рz должно превышать усилие сжатия Рcж в материале в 1,0-1,4 раза, причем данное соотношение учитывает влияние соседних со швом нагретых участков и для случая сварки на форсированных режимах выбирают К 1,0, при сварке со скоростью, близкой к скорости ручной сварки, К 1,4. При коэффициенте К 1,0 полагаем, что усилие сжатия сосредоточено на участке шириной равной ширине шва. Коэффициент К меньше 1,0 быть не может, так как в противном случае не должно быть шва, т.е. сварки. Коэффициент К>1,0 показывает, что наряду с нагретым металлом в зоне, равной ширине шва, нагретые соседние со швом участки также оказывают сжимающее действие на металл перед сварочной дугой. При К 1,4 усилие сжатия достигает своего максимального значения. Как показывают эксперименты, увеличение силы Рz нецелесообразно, так как это приводит к излишней трате энергии. П р и м е р 1. На металлорежущем станке, снабженном сварочной головкой и источником питания, сваривались пластины в стык из ст.3, толщиной 5 мм, длиной 400 мм и шириной 100 мм. Предварительно в одной из пластин вырезался тремя прорезями стержень. По направлению к стержню вели сварку с проплавлением пластины. Измеряли ширину третьей поперечной прорези и температуру стержня с помощью термопары. В момент достижения стержнем температуры около 50-60оС измеряли ширину прорези и по формуле для усилия сжатия Рсж находили его величину. Размеры стержня выбирались по конструктивным соображениям: ширина стержня равна ширине разделки кромок, которая близка к ширине шва. Толщина стержня равна толщине детали, длина стержня примерно соответствует расстоянию установки резца до оси электрода. В данном примере приняты следующие размеры: длина стержня 30 мм, ширина 10 мм, толщина 5 мм, ширина прорези 0,8 мм. Сварка выполнялась на режиме, указанном в таблице. При достижении стержнем температуры 80оС произошло сокращение ширины прорези на l 0,012 мм. Найдем деформации 
где l база измерений; 
0,0004 Усилие сжатия Pсж=
EF=0,00042000050=400 кГс. Принимаем коэффициент 1, 1 для сварки плавящимся электродом на скорости 20 м/ч, тогда сила резания Рz 440 кГс. П р и м е р 2. Сваривались встык на металлорежущем станке, оборудованном сварочной горелкой, пластины из стали 1Х18Н10Т, толщиной 0,8 мм, длиной 400 мм и шириной 100 мм. Сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа аргона. Предварительно выполняли проплавление целой пластины, по оси которой был вырезан стержень двумя продольными и одной поперечной прорезями. Длины стержня 20 мм, ширина 5 мм, толщина 0,8 мм, ширина прорезей 0,8 мм. Сварка выполнялась на режиме, указанном в таблице. Методика измерения усилия сжатия, измерений температуры в стержне и расчеты усилия сжатия были идентичны измерениям и расчетам в примере 1. Результаты измерений и расчетов сведены в таблицу п. 3 и 4. Найдем деформации 
где l 20 мм. 
0,00125 Е 19000 кг/мм2. Усилие сжатия в образце Рсж 0,00125190000,85=100кГс. Принимаем для сварки неплавящимся электродом коэффициент 1,3, тогда Р 130 кГс. П р и м е р 3. Использовали резец с углом резания 
= 90о вместо стандартного с углом 60-70о, что позволило сохранить усилие резания 130 кГc при сокращении площади резания в 2 раза (см. п.5 таблицы). Способ позволяет уменьшить размеры разделки, съем металла, что важно при сварке тонколистовых деталей. Как видно из таблицы, при сварке по прототипу остаточный прогиб составил для образцов из стали 3 около 2,5 мм, а местное смещение кромок до +1,0 мм. После сварки по предложенному варианту остаточный прогиб и смещение кромок отсутствовали. Таким образом, предлагаемый способ позволит расширить технологические возможности путем сварки конструкций, имеющих сварные швы сложной конфигурации. Кроме того, данный способ обеспечивает точность изготовления конструкций благодаря созданию растягивающего усилия непосредственно в зоне сварочной дуги стыкового соединения.
Формула изобретения
1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, при котором в процессе сварки осуществляют деформирование свариваемых кромок деталей, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем обеспечения качественной сварки швов сложной конфигурации, предварительно находят усилие сжатия, которое возникает в процессе сварки в материале деталей, а деформирование свариваемых кромок осуществляют резанием перед сварочной дугой в зоне начала подъема температуры с усилием резания, превышающим в 1,0 1,4 раза усилие в материале деталей. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения сварки тонкостенных конструкций, обработку свариваемых кромок резанием ведут с углом резания 90o.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000
Извещение опубликовано: 20.03.2000
