Способ сварки кольцевых стыков

 

Использование: при автоматической дуговой сварке кольцевых стыков преимущественно толстостенных обечаек. Сущность изобретения: свариваемые заготовки устанавливают на вращатель. В зазор вводят электрод со смещением от зенита и осуществляют сварочный процесс при вращении вращателя с постоянной скоростью. При отом при выполнении каждого последующего валика сварочный ток увеличивают по следующей зависимости: мН 1св - lo (1 4- 2-д-р- Р)- гДе с - сварочный ток при выполнении 1-го слоя, Н - высота наплавленного слоя, Rc - внутренний радиус обечайки. р - угол поворота обечайки с начала сварочного процесса. 3 ил., 2 табл. сл с

() 9) () 1) СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕН.ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4903739/08 (22) 21.01,91 (46) 30.08.92. Б юл.th32 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро "Искра" Луганского машиностроительного института (72) И.А.Тарарычкий и В.В.Калюжный (56) Тарарычкин И,A., Калюжный В.В. Вращател ь для сварки эллиптических обечаек.—

Сварочное производство, 1090, М 2, с. 28 —,29.

Думов С.И, Технология электрической сварки плавлением. Л., "Машиностроение", 1987; с.461, Шебеко Л.П.Оборудование и технология автоматической и полуавтоматической сварки. М., "Высшая школа", 1981, с.91-92. (54) СПОСОБ СВАРКИ КОЛ ЬЦЕВЬ!Х СТЫКОВ

Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано при автоматической дуговой сварке кольцевых стыков преимуществекно толстостенныхх обечаек.

В

Известен способ сварки кольцевых стыков обечаек при котором заготовки. зажимают в вращателе и одновременно вводят формирующую подкладку под стык. Сварку осуществляют электродом по отбортовке кромок, вращая обечайку с постоянной скоростью и при неизменном сварочном режй"ме. Недостатком этого способа является ограниченность области его применения: он используется при однопроходной сварке только тонкостенных обечаек. При сварке толстостенных обечаек его применять неце. (н)з В 23 К 9/16// B 23 К 101:04 (57) Использование: при автоматической дуговой сварке кольцевых стыков преимущественно толстостенных обечаек. Сущность изобретения: свариваемые заготовки устанавливают на вращатель. В зазор вводят электрод со смещением от зенита и осуществляют сварочный процесс при вращении вращателя с постоянной скоростью.

При этом при выполнении каждого последующего валика. сварочный ток увеличивают по следующей зависимости:

)Ps = 1о(1 +- p), где!с — сварочный

Н ток при выполнении 1-го слоя, Н вЂ” высота наплавлен ного слоя, R — внутреннйй радиус обечайки. р — угол поворота обечайки с начала сварочного процесса. 3 ил., 2 табл. лесообразно ввиду низкой производительности сварочного прбизвбдства.

Этот недостаток устранен в способе сварки толстостенных обечаек, при котором свариваемые обечайки устанавливают на вращатель, а в зазор вводят проволоки и осуществляют электрошлак()вый процесс на постоянном сварочном реМвВ-с-пбстоянной скоростью вращения обечайки. Сварочный процесс высокопроизводителен и обеспечивает сварку стыка за один оборот обечайки независимо от толщины ее стенки.

Недостатком этого способа является трудности осуществления замйканйя начал и конца кольцевого шва, так как начинать сварку приходится в рабочей части шва на планке установленной в зазоре между кромками, на этот участок шва получается дефек1757812 тным. поэтому его с помощью резака или сторожкой придают специальную форму.

Кроме того, электрошлаковая сварка приводит к значительным энергетическим затратам и вызывает развитие значительных напряжений в конструкции.

Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемым за прототип, является способ сварки кольцевых с гыков, при котором заготовки устанавливают на вращатель, в зазор вводят плавящийся электрод и осуществляют сварочный процесс, вращая обечайку с постоянной скоростью и при неизменном сварочном режиме, формируя многослойный шов до полного заполнения разделки кромок, При сварке обечаек малого диаметра, для предупреждения стекания жидкого металла с цилиндрической поверхности, электрод устанавливают со смещением с зенита в сторону, противоположную направлению вращения изделия. 8еличина смещения остается неизменной на протяжении всего сварочного процесса и назначается в зависимости от диаметра обечайки и сварочного режима.

Как правило, толстостенные обечайки изготавливают для эксплуатации в сложных условиях, следовательно, к сварным швам предъявляются высокие требования по качеству, стабильности по длине соединения.

Однако, каждый последующий слой многопроходного шва при сварке по известному способу будет отличаться по параметоам вследствие того, что он более удален от центра вращения обечайки, При удалении слоя шва от центра обечайки в зоне сварки увеличивается скорость сварки вследствие увеличения окружной скорости ее вращения, следовательно, направляемый валик будет иметь отличную форму от предыдущего, то есть известный способ не обеспечивает стабильность размеров валиков многослойного шва, что особенно важно при сварке вузкий зазор,,и является его недостатком.

Целью изобретения является повышение качества многослойного кольцевого шва путем стабилизации характеристик каждого его слоя. указанная цель достигается тем, что в известном способе, сварки, при котором свариваемые заготовки устанавливают на вращатель, вводят в зазор электрод и осуществляют сварочный процесс при постоянной скорости вращения обечайки и смещают электрод от зенита обечайки в сторону, противоположную направлению вращения иэделия, при переходе к наплавке последующего валика сварочный ток увеличивают по закону пасв =1о(1+2 R Д ) (1)

5 а смещение электрода от зенита производят в соответствии с формулой:

Zï

Ц

ЯЫ с у /св -1-2пл Н2 (1 + Я)2

2л

x4(} (2) /л 2СуТ„С„Н2(1+ где:ic — сварочный ток при выполнении, М

N-r0 слоя многопроходного шва, А;

4 — сварочный ток при выполнении i-ro слоя многопроходного шва, А;

Н вЂ” высота наплавленного слоя, см;

Ro — внутренний радиус обечайки, см;

20 p — угол поворота обечэйки с начала сварочного процесса, рад.;

Z" — уровень смещения электрода от зенита обечайки при выполнении ¹ro слоя многопроходного шва, см; ц — погонная энергия, кал/сек; — коэффициент теплопроводности, кал/см.сек, С; с y — объемная теплоемкость, кал/см,оС;

Vcs — скорость сварки, см/сек;

f0 — функция;

Тпл — температура плавления металла, оС

Изменяя сварочный ток и смещение

35 электрода от зенита в соответствии с выражениями (1) и (2) обеспечивается стабильное формирование валиков многослойного шва.

Сущность изобретения поясняется со40 вместно с чертежами, на которых изображено следующее: фиг.1 — продольное сечение толстостенной обечайки; фиг.2 — значения функции fo; фиг.3 — схема смещения электрода от зенита.

При сварке толстостенных обечаек, при сварке каждого последующего слоя увеличивается расстояние и от оси вращения обечайки до наплавляемого валика. При этом скорость сварки будет увеличиваться по за50 кону:

V<> - в R = в (Q + Н), (3) где а - угловая скорость вращения обечайки, сек

Стабильность сварочного процесса при сварке каждого слоя многопроходного шва может быть обеспечена только при неизменном тепловложении

const, (4) 1757812 где Од — напряжение дуги, В; д- эффективный КПД процесса.

Значения параметров и изменяются в узких пределах, поэтому наиболее эффективно обеспечить выполнение условия (4) 5 при заполнении разделки кромок можно увеличением сварочного тока пропорцйонально скорости сварки

1св = К .Чсв, (5)

М где К - const — коэффициент пропорцио- 10 нальности, Поставляя выражение (3) в (5), получим

lсв=1с N(Ro++ll) (9)

Значение коэффициента можно определить из начальных условий, т.е. при выполнении первого слоя многопроходного шва

3св о р= О. (7)

Тогда

1о- К (0Ro (8) и

К- д . (9)

Подставляя значения коэффициента К из выражения (9) в выражение(6), после преобразования получим — -co(R, + 2 Н), lсв =R (Ro +Д-Н);

N Jo и о 1о

Ro 2 Ro

Ice =(= Ro + H)

lсв =()o+ R H);

1св -lo(1 + 2 R H) (14) (12) или

1с. = Io (1 + — „-9-P) (15)

Выражение (15) позволяет учитывать при изменении тока в количество слоев мно. гопроходного шва по углу поворота обечайки и толщине наплавленного слоя Н;

Так же в процессе сварки происходит 45 изменение сварочного ТОка, будет происходить изменение длины сварочной ванны, следовательно, чтобы, предупредить стекание жидкого металла, размер смещения электрода от зенита должен также смещать - 50 ся, т.е.

Z - f(l). (16)

Оптимальным размером смещения является величина равная половине длины сварочной ванны 55

2= —. (2 (17)

Длина сварочной ванны аналитически может быть вычислена с достаточной для практического применейия точностью, с использованием зависимостей предложенйых

Рыкалиным Н.Н. у

xf (цп ) су тпл ll.ceд (18) где д — толщина стенки свариваемой обечайки эа один проход, см. Применительно к многопроходной сварке величина д будет изменяться в соответствии с суммар- ной толщиной наплавленных валиков д = H(l +./-).. (19)

Подставляя значение l,è д из выражения (18) и (19) в(20), после йреобразований, получим

Z" "— х

8 юА с у Чсв Тйл Н2 (1 + х о.() (20) /г 2суТ Сс, Н2(1+

Выражение (20) позволяет определять оптимальный размер смещения электрода от зенита в зависимости от номера выполнения слоя многослойного шва.

В совокупности выражения (15) и (20). .обеспечивают оптимизацию сварочного тока и смещения электрода от зенита в зависимости от номера выпо,"..нения слоя многослойного шва, обеспечивая стабильность размеров каждого валика в сравнении с валиком первого прохода.

Существенное отличие заявляемого . обьекта изобретения бт ранее известных заключается в том, что" изменяя параметры режима сварки, в частности сварочный ток, по определенному закону и смещение электрода от зенита обеспечивается постоянство характеристик и стабильность каждого слоя многопроходного шва при сварке кольцевых стыков толстостенных обечаек, так как при выполнении такбго шва расстояние между каждым слоем и центром вращения обечайки увеличивается. Указанное отличие

nQsBol)A8T повысить качество многопроходного шва и, следовательно, эксплуатационные характерйстики сварйой конструкции за счет равномерности распределения напряжений и деформаций по всему сечению шва, Ни один из известных дуговых способов сварки кольцевых швов не обеспечивает пОлучение отмеченных свойств, так как при их выполнении каждый валик многопроходного шва будет, иметь различные размеры, так как не учитывается их местонахождение от центра вращения изделия, от которого

1757812

Таблица 1 зависит линейная скорость вращения свариваемой поверхности относительно неподвижного электрода.

Пример конкретного выполнения. Свариваемая обечайка имеет внутренний диаметр 16 см, толщину 6 мм. Кольцевой стык полностью можно заварить эа пять проходов (оборотов) при следующем сварочном режиме: Ip 400A; Ug 20 В; Чсв=0,6cM/ñåê.

При данном режиме наплавленный слой будет иметь толщину 10 мм (Н 1/ см), а угловая скорость вращения обечайки соста вит в = 0,0375 1/сек, Обечайка изготовлена из стали Ст 3 сп, которая имеет следующие теплофизические характеристики: ,дл С CM С

Тпл = 1650 С.

Характер изменения сварочного тока при сварке каждого слоя многопроходного шва, определенный по выражению {1), представлен в табл,1.

Расчет величины смещения электрода от зенита производится в соответствии с выражением (2), а результаты расчета представлены,s табл.2.

К техническим преимуществам заявляемого обьекта изобретения, по,сравнению с прототипом, можно отнести возможность стабилизации размеров валиков многослойного шва за счет изменения сварочного тока и смещения электрода от зенита в соответствии с удалением каждого слоя от центра вращения обечайки.

Экономический эффект от внедрения изобретения, по сравнению с использованием прототипа, получают за счет повышения качества многослойного кольцевого шва путем стабилизации характеристик каждого его слоя. Он составляет примерно

0,6+ 0,7 тыс.рублей в год.

Формула изобретения

Способ сварки кольцевых стыков, при котором свариваемые заготовки устанавливают на вращатель. вводят в зазор со сме5 щением от зенита электрод и осуществляют сварку стыка при постоянной скорости вращения обечайки,отл ича ю щийсятем, что, с целью повышения качества многослойного шва путем стабилизации характе10 ристик каждого его слоя, при переходе к наплавке последующего валика сварочный ток увеличивают на величину, определяемую выражением:

15 св о 7ЖЯо

N В а смещение электрода от зенита устанавливают из выражения:

-рп Ц1

ЗгМсуЧсв Тпл H (1+ )2 ,-Т . Ч Нг (1+ где св сварочный ток при выполнении

t4»

N-rg слоя многопроходного шва;

4-сварочный ток при выполнении первого слоя многопроходного шва;

Н вЂ” высота наплавленного слоя;

30 Во - Вну ренний раДИУС обечайки:

p — угол поворота обечайки с начала сварочного процесса:

ZN — уровень смещения электрода от . зенит обечайки при выполнении N-го слоя многопроходного шва, см, Π— погонная энергия, кал/с;

А — коэффициент теплопроводности, KB / .ñ,оС

Cy — обьемная теплоемкость, 40 "а"/см

Чсв — скорость сварки, см/с;

fp — функция;

Тпл — температура плавления металла, оС

10

3

1

)

I

1

1

1

1

I

Ф СО

GO

«О к ь

« 4 сО

С>

СО ь

I.!

X с

Щ

Ф

Ю 1

И3 1

1: ! 1 I (4 ь о м

Ф

Щ

Ю

В о

О !

Щ л О о о

Щ О

Щ

«Ч

Щ л

D б О

Ю

О1

Ю

Щ ф о

«»3

О1 е о » »

О

C) о

C)

Щ о о

»

4 ъ

Ил 4 о 3

«Ч ь

«»3 л л

Ф!

I.

1

1

1

1

I

I ! А

1 л л

l l

ОЭ

Ю

Ю

tI

Щ

D о О

О1 !

ll

Ю о

Щ О

»3 О о о

Щ о

Щ сО

А »

О1

А

© о

Ю

Щ . Ф

«4

СЧ о

Щ ! О о

Щ л о

Щ

О\ ь

Ю м

Щ

«Ч

»3

Ю

«Ч О о

Щ л

Ю

Щ

«h о

Ф о

Ф м о

V»

« 3

«Ф

«»3

Ф

О ь к3

С»3

Ф о

Ю

Ch

Ю е

Ch ь

Ю м

О

Ю ь

»3 м

CO м

О

»»

v!

1

I

I.

3

3

3 !

1

3И

Е

3Е

И3

CL

2i

CL

IИ3

И3 а

tt3 й:

О

X о о

X, о е ео

Ф II

II н> о

»»

X о

Щ О оо

Щ

И сИ Щ .Ф

И

И н о а

И3 К

X O

О !

I

l

1

I

I

1 . 1

l 1

1

1

1

1

1

1

1

)

1

1

1

l

I

l 1

1 1

1 I

1 I

3 1 о

1 1

I I

1 1

1 г» I

I + 1

l 3

1 т- 1

». 1

1*.

1 I

1 1

1> 3 3

I Н I

1 I

I I

l,l с 1 М

Ф

0 о

1} П

О1 м>

Ф о

Ю

Щ о

Щ М О о

«Ч

Щ ч»3

«Ч

«

«Ч е о о

1 It о и

П Я

1757812

II И н > о

Е о л Щ е «4 л о оо

00 П

II,н >

3

3

3

l

1

1

1

1

I

3

1

1

1757812

1757812

Составитель С. Курак

Техред М.Моргентал": Корректор H. Ревская

Редактор Л. Павлова

Заказ 2959 Тираж . . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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