Способ предотвращения концевых трещин при дуговой сварке

 

Изобретение относится к сварке, а именно к способам предотвращения концевых трещин при дуговой сварке, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для сварки листовых конструкций и продольных швов обечаек. Цель изобретения - предотвращение образования трещин на концевом участке шва при завершении сварки. К торцам свариваемых деталей 4 пристыковывают заходную и выходную планки. Выходная планка состоит из центральной 1 и двух боковых 2 пластин, связанных между собой прихватками 3. Пластины 2 расположены под углом по отношению к центральной пластине 1 с образованием зазора 5 со стороны рабочего торца планки. Прихватки 3 расположены на расстоянии А от рабочего торца планки, равном длине сварочной ванны. Ширина Б центральной пластины 1 равна расстоянию между изотермами, температура которых соответствует снижению упругих свойств материала планки наполовину. Планка имеет переменную жесткость и вначале предотвращает резкое раскрытие стыка, а затем не препятствует поперечной усадке шва. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК („)SU(„> (5y)5 В 23 К 28/00

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к двтоесиоью свидатяльствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ДО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4459605/25-27 (22) 12.07.88 (46) 23.03.90. Бюл. Р 11 (71) Ворошиловградский машиностроительный институт (72) В.В.Калюжный (53) 621.791.75 (088.8) (56) Сварка в машиностроении. Под ред. В.А.Винокурова, т.3. М.: Маши" ностроение, 1979, с. 230.

Авторское свидетельство СССР

И 1344553, кл. B 23 K 28/00, 1985. (54) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ КОНЦЕВЫХ

ТРЕЩИН ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ (57) Изобретение относится к сварке, а именно к способам предотвращения концевых трещин при дуговой сварке, и может быть использовано в различнь|<

;отраслях машиностроения для сварки листовых конструкций и продольных швов обечаек. Цель изображения - пре", 2 дотвращение образования трещин на концевом участке шва при завершении сварки. К торцам свариваемых деталей

4 пристыковывают заходную и выходную планки. Выходная планка состоит из центральной 1 и двух боковых 2 плас тин, связанных между собой прихватками 3. Пластины 2 расположены под углом по отношению к центральной пластине 1 с образованием зазора 5 со стороны рабочего торца планки.

Прихватки 3 расположены на расстоянии А от рабочего торца. планки, равном длине сварочной ванны. Ширина

Б центральной пластины 1 равна расстоянию между изотермами, температура которых соответствует снижению упругих свойств материала планки наполовину. Планка имеет переменную жесткость и вначале предотвращает резкое раскрытие стыка, а затем не препят.ствует поперечной усадке шва. 7 ил.

1551498

Изобретение относится к области сварки, а именно к способам предотвращения концевых трещин при дуговой сварке, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для сварки листовых конструкций и продольных швов обечаек.

Целью изобретения является предот-. вращение образования трещин на кон- 10 цевом участке шва при завершении сварки.

На фиг.1 представлена выходная технологическая пла н ка; на фиг. 2температурное поле в сплошной выход,ной планке спустя 60 с после оконча ния процесса сварки; на фиг.3 - то же, для составной выходной планки; на фиг.й - схема пристыковки планки ., к свариваемым деталям; на фиг ° 5 схема прихватки планки; на фиг.6состояние планки в момент завершения сварки стыка; на фиг.7 - то же, после полного окончания процесса сварки (сплошными стрелками показаны переме- 25 щения элементов планки, пунктирными " свариваемых деталей). .Способ осуществляется следующим образом.

Изготавливают выходную планку, состоящую из центральной пластины

1 и двух боковых пластин 2, которые связаны между собой прихватками 3.

Боковые пластины 2 установлены под углом к центральной пластине 1, при чем со стороны нерабочего торца планки боковые пластины 2 прилегают к центральной пластине 1 без зазора, а со стороны свариваемых деталей 4 с зазором 5, величина которых превы- 40 шает величину теплового расширения центральной пластины 1 при ее нагреве сварочной дугой. Размер A центрапь- ной пластины 1 от рабочего торца планки до прихваток 3 принимается равным длине сварочной ванны. Такой размер А вполне достаточен и обоснован: за пределы свариваемого стыка достаточно вывести сварочную ванну полностью, чтобы избежать образова- ние дефектов в конце стыка. Если размер А окажется меньше длины сварочной ванны, то ее часть останется на свариваемых деталях, что повлечет образование дефектов в шве. Если размер А будет больше длины сварочной 55 ванны, то это только лишь приведет к увеличению длины планки, причем длина увеличивается неоправданно.

Как показывает расчет, после окончания сварки тепло распространяется впереди сварочной ванны„ нагревая центральную пластину 1. В это же время начинаются остывание торца свариваемых деталей 4 и их усадка в поперечном направлении. Если прихватки 3 расположить на расстоянии А, то они нагреются, потеряют свои упругие свойства и не будут препятствовать повороту крайних пластин 2 в направлении усадки. Если прихватки

3 разместить на расстоянии, меньшем размера А, то они нагреются быстрее, чем начнется остывание стыка, жесткость планки будет отсутствовать и она не сможет предотвратить раскрытие стыка. Если прихватки 3 разместить на расстоянии большем, чем разiMep А, то они вообще не смогут прогреться до высоких температур, следовательно, планка останется жесткой и не сможет учитывать усадку шва.

Как показал расчет, расположение прихваток 3 на расстоянии, равном

A от торца свариваемых деталей является оптимальным во всех случаях (фиг.3).

Таким образом размер А необходимо принимать равным длине сварочной ванны, которую можно вычислить по любой известной методике. Ширина Б центральной пластины 1 принимается равной расстоянию между изотермами, описывающими температуру, при которой материал технологической планки теряет упругие свойства примерно в 2 раза.

Необходимость выбора именно такой ширины Б центральной пластины 1 поясняется следующим: в процессе нагрева центральной пластины 1 сварочной дугой она не только расширяется в поперечном направлении, но и удлиняется.

В результате этого удлинения центральная пластина 1 стремится "оторвать" планку от свяриваемых деталей 4. Таким образом, фланговые прихватки 6 будут испытывать нагрузку от поперечйого раскрытия стыка и от отрыва.

Следовательно, прихватки 6 должны иметь большую длину, а это приводит к увеличению ширины планки в целом.

Температурное поле при достижении края пластины отражается и накладывается по принципу суперпозиции, Таким образом, если изготовить центральную пластину 1 шириной Б, равной расстоянию между изотермами, тем40

К техническим преимуществам данного способа можно отнести следующее: обеспечение свободной усадки сварочного шва на стадии.его остывания за счет возможности регулирования жесткости планки;

15514 пература которых равна температуре, при которой теряются упругие свойст" ва материала в 2 раза, то отразившийся от боковых граней пластины 1 . 5 тепловои поток поднимает температуру в два раза и она достигнет величины, соответствующей полной утрате материалом своих упругих свойств. Так как на нагретом участке центральной пластины 1 полностью отсутствуют упругие свойства, то ее тепловое удлинение будет вызывать только пластическую деформацию нагретого участка пластины 1 и не оказывать никако го внимания на прихватки 6, следовательно, расширение в продольном направлении центральной пластины 1 не будет вызывать "отрыва" планки от свариваемых деталей 4. Таким образом 20 ширина Б центральной пластины 1 является вполне достаточной и обоснован3 ной. Расстояние между изотермами можно рассчитать по любой известной методике. 25

Связывание боковых пластин 2 с централ ьной 1 только двумя прихват ками 3 является достаточным и обосно- . ванным: при расширении свариваемых деталей 4 концы боковых пластин 2 . у) стремятся отойти от центра планки (со стороны рабочего торца), однако это невозможно, так как прихват ки 3 удерживают их относительно центральной пластины 1, а нерабочие торцы крайних пластин 2 упираются в центральную пластину 1, так как установлены относительно пластины 1 без зазора. Поэтому нет необходимости в прихватках пластин 1 и 2 между собой со стороны нерабочего торца планки. На стадии остывания шва и возникновения усадки прихватки 3, нагреваясь, выполняют роль шарниров, относительно которых происходит по- 4 ворот боковых пластин 2 (со стороны рабочего торца) в направлении к центру планки. Если бы на нерабочем торце планки пластины 2 и 1 были связаны между собой, то описанный поворот, просто был бы невозможен: планка имела бы неизменную конструкцию.

Пластины 2 и 1 собирают на прих" ватках 3 и пристыковывают к торцу свариваемых деталей 4 (Фиг.4), причем планку располагают таким образом, чтобы зазор 5 был направлен к деталям 4. Далее боковые пластины

98

2 прикрепляют к торцу изделия прихватками 6, после чего начинают сварочный процесс (фиг. 5) . При окончании сварки стыка, т.е. к моменту перехода дуги на планку, последняя, оставаясь холодной и обладая жесткостью, предотвращает резкое раскрытие стыка и тем самым предупреждает возникновение высокотемпературных концевых трещин (фиг.6). После окончания сварочного процесса (фиг.7) происходит нагрев прихваток 3. В это же время в свариваемом стыке начинается поперечная усадка ° Нагретые прихватки 3 не препятствуют угловому развороту пластин 2, поэтому поперечная усадка стыка происходит беспрепятственно и тем самым предупреждается образование низкотемпературных концевых трещин °

Пример. Сваривали детали из стали Ст. 3 сп размерами 1200 х х 200 х 1О мм. Планки изготовляли из того же материала. Режим сварки под слоем флюса: I« =740-750 А;

=37 38 В; со =29"30 M/÷;

Рассчитывали температурное поле для данного режима (фиг ° 2) . Для стали

Ст. 3 сп полная потеря упругих свойств происходит при температуре о

600 С, поэтому ширину центральной пластины назначали, равной расстоянию между изотермами, температура которых равна температуре, при которой Ст ° 3 сп теряет свои упругие свойства наполовину, т.е. размер Б равен расстоянию между изотермами

300 С. Для данного режима размер Б равен 80 мм. Длина сварочной ванны составляет !30 мм. Размер центральной пластины 180 х 80 х 10 мм. Размер боковых пластин 180 х 40 х 10 мм.

Прихватки 3 расположены на расстоянии

130 мм от рабочего торца планки и имеют длину 25-30 мм. Прихватки 6 имеют длину 35-40., мм. Зазор 5 со стороны рабочего торца равен 1 мм.

Прихватки 3 (фиг.3) имеют возможность нагреться до высоких темпера.тур. Сборку всех пластин планки осуществляли ручным дуговым способом.

155 t 498 упрощение конструкции технологической планки за счет того, что центральная и боковые пластины связаны между собой только двумя прихват5 ками и установлены под углом друг к ругу; возможность точно подобрать размеры планки за счет конкретизации разМеров центральной пластины в зависимости от режима сварки. формула изобретения, Способ предотвращения концевых тре ин при дуговой сварке, при котором етали собирают под сварку, в начале конце стыка устанавливают заходную и выходную планки, каждая из ковторых состоит из центральной и двух блоковых пластин, центральные пласти- 2О

Ны устанавливают по оси стыка, боковые пластины устанавливают с зазором

rlo o6e стороны от центральной, прихватывают их к центральной пластине и свариваемым деталям и производят сварку стыка, начиная и заканчивая процесс соответственно, о т л и ч а ю щ и й,с я тем, что, с целью предотвращения образования трещин на концевом участке шва при завершении сварки, ширину центральной пластины выходной планки назначают равной максимальной ширине сварочной изо термы, соответствующей температуре, при которой металл пластины наполовину теряет свои упругие свойства, боковые пластины выходной планки располагают под углом к центральной пластине, создавая максимальный зазор со стороны свариваемых деталей, и прихватывают каждую боковую пластину к центральной одной прихваткой, расположенной от торца свариваемых деталей на расстоянии, не меньшем длины сварочной ванны.

l551498

1551498

Составитель Л,Назарова

Редактор Л.Гратилло . Техред Л.Олиянык

Корректор Т.Палий

Заказ 297 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101