Способ изготовления осесимметричных сварных конструкций



Способ изготовления осесимметричных сварных конструкций
Способ изготовления осесимметричных сварных конструкций
Способ изготовления осесимметричных сварных конструкций
Способ изготовления осесимметричных сварных конструкций
Способ изготовления осесимметричных сварных конструкций
Способ изготовления осесимметричных сварных конструкций
Способ изготовления осесимметричных сварных конструкций
Способ изготовления осесимметричных сварных конструкций

 

B23K101/12 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2443528:

Федеральное Государственное унитарное предприятие "Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" (RU)

Изобретение относится к способу изготовления осесимметричных сварных конструкций. Осуществляют механическую обработку заготовок с получением обечайки и стоек, сборку их в сварочно-сборочном приспособлении, приварку стоек вдоль образующей обечайки с последующим поворотом вокруг центральной оси на заданную величину, термическую и механическую обработку. На привариваемом торце стоек формируют усеченный конус. Приварку стоек к внутренней поверхности обечайки осуществляют контактной рельефной сваркой с фиксацией стойки в нижнем электроде и позиционированием в сварочно-сборочном приспособлении из токонепроводящего материала. Изобретение позволяет повысить технологичность, качество и надежность сварных соединений осесимметричных сварных конструкций, изготавливаемых с использованием контактной рельефной сварки. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области изготовления осесимметричных конструкций с применением сварки.

Осесимметричные сварные конструкции широко используют в качестве силовых узлов в изделиях ответственного назначения. Довольно специфичную группу среди таких конструкций составляют силовые узлы, представляющие собой тонкостенную обечайку с ввариваемыми в нее внутренними стойками.

Из уровня техники известно использование способа сварки давлением - контактной сварки (точечной, рельефной, шовной или стыковой), при которой соединение образуется вследствие нагрева электрическим током и сжатия свариваемых деталей в зоне контактирования (см., например, ГОСТ 15878-79. Контактная сварка. Соединения сварные). Этот способ позволяет повысить производительность за счет возможности потребления большой электрической мощности, автоматизировать сборочно-сварочные работы, обеспечить высокое и стабильное качество сварки, не зависящее от квалификации сварщика, исключить технологические материалы (присадочную проволоку, газы и т.д.). Однако этим способом сваривают либо листовые элементы конструкции (контактной точечной, рельефной или шовной сваркой), либо стержневые (контактной стыковой сваркой). Сварка этим способом листового элемента со стержневым не получила распространения.

Применительно к изготовлению осесимметричных конструкций с приваркой стержневых элементов (стоек, штифтов, анкер, пальцев и т.п.) распространение получила дуговая сварка электрозаклепочными швами.

Для соединения такого рода конструктивных элементов известно использование электрозаклепочных (точечных) швов, заполняемых присадочным материалом. Распространение получила дуговая сварка плавлением (см., например, ГОСТ 14776-79. Дуговая сварка. Соединения сварные точечные) в среде защитного газа (инертного или углекислого) с использованием нахлесточных соединений без подготовки сварочных кромок или с подготовкой их в виде круглого отверстия в верхнем элементе. Однако использование нахлесточного соединения для приварки стоек в виде стержневых элементов круглого, овального, прямоугольного и квадратного сечений крайне затруднительно.

Другие известные в этой области способы можно разделить на две группы. По способам первой группы (см., например, а.с. 620345) приварку стержневых элементов осуществляют без выполнения отверстия в обечайке посредством возбуждения дуги между торцом элемента и обечайкой с последующей осадкой элемента в сварочную ванну и выдержкой до полной кристаллизации. Способы второй группы (см., например, а.с. 572351) предусматривают выполнение в обечайке круглого отверстия, к кромкам которого прикладывают упругую растягивающую нагрузку, вставляют элемент и выполняют дуговую сварку.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является способ изготовления осесимметричных сварных конструкций, содержащих тонкостенную обечайку с кольцевыми утолщениями и внутренние стойки, разработанный во ВНИИЭСО (Вайнбойм Д.И. Автоматическая дуговая точечная сварка. М.: Машиностроение, 1966 г., с.125), принятый авторами за прототип, предусматривающий выполнение в обечайке круглого отверстия, в которое вставляется круглый элемент на глубину 0,60…0,75 толщины обечайки, приварку элемента через отверстие электрозаклепкой плавящимся электродом в среде углекислого газа.

Прочностные характеристики осесимметричных сварных конструкций, изготовленных по прототипу, во многом определяются площадью зоны проплавления привариваемого элемента по границе раздела между ним и обечайкой. Известно, что при выполнении сварных соединений электрозаклепками через отверстия добиться получения диаметра проплавления, равного диаметру отверстия, не удается ввиду неполного сплавления основного металла с металлом сварочной ванны, что приводит к непровару по периметру корня шва (Доброквашин Л.А и др. Особенности формирования корня шва при сварке электрозаклепками через отверстие в толстом верхнем элементе. Сварочное производство, 1975 г., №1, с.22-23). Помимо непровара корня шва остаются непроваренными на всю глубину и контактные поверхности отверстия и введенной в него части элемента, что недопустимо для конструкций ответственного назначения, так как это приводит к снижению прочности соединения ниже расчетного значения (0,8 от прочности основного металла). Кроме того, при нанесении на конструкции защитного покрытия посредством цинкования в электролите гальваническим способом с последующим фосфатированием наличие в сварных соединениях дефектных мест в виде непроваров, несплавлений и несплошностей приводит к непроцинковыванию этих мест, затеканию в них электролита и возникновению очагов коррозии.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого авторами за прототип, относится высокая трудоемкость формирования отверстий в обечайке под приварку стоек, сложность формирования качественного (сплошного) шва на всю глубину соединения, трудоемкость и нетехнологичность достижения сплошности шва за счет дополнительной операции подварки корня шва ручной аргонодуговой сваркой с последующим удалением выступающей корневой части шва, трудоемкость удаления усиления швов с наружной поверхности обечайки.

Таким образом, задачей технического решения (прототипа) являлось обеспечение сборки обечайки с внутренними стойками посредством выполнения сварочных операций без предъявления требований высокой надежности и технологичности изготовления сварных конструкций.

Общими признаками с предлагаемым авторами способом изготовления осесимметричных сварных конструкций, содержащих тонкостенную обечайку с кольцевыми утолщениями и внутренние стойки, является механическая обработка заготовок с получением обечайки и стоек, сборка их в сварочно-сборочном приспособлении, приварка стоек вдоль образующей обечайки с последующим поворотом вокруг центральной оси обечайки на заданную величину, термическая и механическая обработка.

В отличие от прототипа предлагаемый авторами способ основан на том, что в процессе механической обработки заготовок на привариваемом торце стоек формируют усеченный конус, приварку стоек к внутренней поверхности обечайки осуществляют контактной рельефной сваркой с фиксацией стойки в нижнем электроде и позиционированием в сварочно-сборочном приспособлении из токонепроводящего материала, при этом высоту стойки и диаметр литого ядра сварочной точки обеспечивают выбором технологических режимов сварки.

В частом случае, то есть в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:

- усеченный конус на торце стоек формируют с отношением диаметра верхнего основания, равным 0,34…0,43, и высотой, равной 0,27…0,34 толщины стойки соответственно, а диаметр литого ядра сварочной точки формируют равным толщине стойки.

Именно это позволяет сделать вывод о причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технологичности, качества и надежности изготовления осесимметричных сварных конструкций.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что при известном способе изготовления осесимметричных сварных конструкций, содержащих тонкостенную обечайку с кольцевыми утолщениями и внутренние стойки, включающем механическую обработку заготовок с получением обечайки и стоек, сборку их в сварочно-сборочном приспособлении, приварку стоек вдоль образующей обечайки с последующим поворотом вокруг центральной оси обечайки на заданную величину, термическую и механическую обработку, особенность заключается в том, что в процессе механической обработки заготовок на привариваемом торце стоек формируют усеченный конус, приварку стоек к внутренней поверхности обечайки осуществляют контактной рельефной сваркой с фиксацией стойки в нижнем электроде и позиционированием в сварочно-сборочном приспособлении из токонепроводящего материала, при этом высоту стойки и диаметр литого ядра сварочной точки обеспечивают выбором технологических режимов сварки.

Новая совокупность существенных признаков, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет:

- формирования усеченного конуса на привариваемом торце стоек в процессе механической обработки заготовок обеспечить требуемые технологические параметры усилия и тока контактной рельефной сварки, повысить технологичность, качество и надежность изготовления осесимметричных сварных конструкций;

- приварки стоек к внутренней поверхности обечайки контактной рельефной сваркой исключить применение сварочных материалов (защитного газа, сварочной проволоки, неплавящегося электрода из лантанированного вольфрама), отверстий в обечайке, подварку корня шва и удаление проплава и усиления шва, автоматизировать процесс сварки, повысить технологичность, качество и надежность изготовления осесимметричных сварных конструкций;

- фиксации стойки в нижнем электроде и позиционирования в сварочно-сборочном приспособлении из токонепроводящего материала обеспечить размерную точность конструкции, повысить технологичность и качество изготовления осесимметричных сварных конструкции;

- обеспечения высоты стойки и диаметра литого ядра сварочной точки посредством выбора технологических режимов сварки (силы тока, напряжения, усилия и продолжительности сварки) гарантировать соответственно размерную точность и прочность соединения, повысить технологичность, качество и надежность изготовления осесимметричных сварных конструкций.

Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах исполнения, позволяют, в частности, за счет:

- формирования усеченного конуса на торце стоек с отношением диаметра верхнего основания, равным 0,34…0,43, и высотой, равной 0,27…0,34 толщины стойки соответственно - оптимизировать технологические параметры усилия и тока контактной рельефной сварки, а также окончательные размеры стойки, повысить технологичность, качество и надежность изготовления осесимметричных сварных конструкций;

- формирования диаметра литого ядра сварочной точки равным толщине стойки гарантировать размерную точность и прочность, повысить технологичность, качество и надежность изготовления осесимметричных сварных конструкций.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что при осуществлении способа изготовления осесимметричных сварных конструкций, содержащих тонкостенную обечайку с кольцевыми утолщениями и внутренние стойки, включающего механическую обработку заготовок с получением обечайки и стоек, сборку их в сварочно-сборочном приспособлении, приварку стоек вдоль образующей обечайки с последующим поворотом вокруг центральной оси обечайки на заданную величину, термическую и механическую обработку, в отличие от прототипа согласно изобретению в процессе механической обработки заготовок на привариваемом торце стоек формируют усеченный конус, приварку стоек к внутренней поверхности обечайки осуществляют контактной рельефной сваркой с фиксацией стойки в нижнем электроде и позиционированием в сварочно-сборочном приспособлении из токонепроводящего материала, при этом высоту стойки и диаметр литого ядра сварочной точки обеспечивают выбором технологических режимов сварки.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на на фиг.1 представлен общий вид осесимметричной сварной конструкции; на фиг.2 - вид А на сварную конструкцию; на фиг.3 - разрез Б-Б электрозаклепочного соединения по прототипу через отверстие в обечайке; на фиг.4 - макрошлиф сварного соединения через отверстие в обечайке без провара корня шва; на фиг.5 - разрез Б-Б предлагаемого сварного соединения до сварки; на фиг.6 - разрез Б-Б предлагаемого сварного соединения после контактной рельефной сварки; на фиг.7 - схема сборки и сварки; на фиг.8 - макрошлиф сварного соединения с проваром корня шва по предлагаемому способу после прочностных испытаний с разрушением по основному металлу.

Изготовление осесимметричных сварных конструкций (фиг.1, 2) по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. Из заготовок механической обработкой получают тонкостенную обечайку 1 с кольцевыми утолщениями и внутренние стойки 2. На привариваемых торцах стоек 2 формируют усеченные конусы с заданными (строго определенными) геометрическими параметрами, так как они оказывают определяющее влияние на качество точечного контактного рельефного сварного соединения (это такие параметры, как высота h и диаметр d верхнего основания усеченного конуса, выполняющего роль «рельефа» привариваемого элемента 2) и размерную точность высоты стойки 2, которая в процессе сварки изменяется (уменьшается за счет сжатия и сплавления с обечайкой 1) с размера H1 до размера Н (фиг.5, 6). Затем осуществляют сборку элементов конструкции 1 и 2 с использованием сварочно-сборочного приспособления 4 из токонепроводящего материала, которое устанавливают на машине контактной сварки (фиг.7). Сборку начинают осуществлять для одного ряда стоек 2 вдоль образующей обечайки 1. При этом стойку 2 позиционируют относительно обечайки 1 в гнезде сварочно-сборочного приспособления 4. Далее посредством контактной рельефной сварки осуществляют приварку стойки 2 к внутренней поверхности обечайки 1. Для этого детали 1 и 2 сжимают между верхним 5 и нижним 6 электродами и подключают к питанию от сварочного трансформатора 7, в результате чего в зоне контакта деталей 1 и 2 по оси электродов 5 и 6 происходит их сплавление с образованием точечного сварного соединения 3 и диаметром литого ядра D (фиг.6). При этом высота H1 стойки 2 уменьшается до требуемого размера Н. Затем сварочный трансформатор 7 отключают, снимают усилие и разводят электроды 5 и 6. Затем аналогично приваривают вдоль образующей обечайки следующую стойку 2. После этого обечайку 1 с приваренным вдоль ее образующей рядом стоек 2 поворачивают вокруг центральной оси на заданную величину (например, на 90° в случае конструкции, приведенной на фиг.1, 2). Также приваривают второй ряд стоек 2 вдоль образующей обечайки 1. Аналогичным образом сварочный процесс повторяют для остальных рядов стоек 2. Высоту Н стоек 2 (заданную конструкторской документацией) и диаметр литого ядра D (качественный показатель прочности и надежности сплавления) сварочной точки 3 (фиг.6) обеспечивают соответствующим подбором технологических режимов сварки, а именно: силы тока, напряжения, усилия сжатия и продолжительности сварки.

В частных случаях усеченный конус на привариваемом торце стоек 2 формируют с отношением диаметра верхнего основания d, равным 0,34…0,43, и высотой h, равной 0,27…0,34 толщины t стойки 2 соответственно (фиг.5), а диаметр D литого ядра сварочной точки 3 (фиг.6) формируют равным толщине t стойки 2.

Для оценки качества соединения обечайки 1 со стойками 2 контактной рельефной сваркой по способу в соответствии с предлагаемым изобретением авторами проведены сравнительные металлографические исследования и прочностные испытания разрушением. Как видно из фиг.4, при изготовлении осесимметричной сварной конструкции по прототипу (приварка стоек 2 к обечайке 1 через отверстие дуговой сваркой, фиг.3) имеет место непровар корня шва, несплавление на всю глубину контактных поверхностей отверстия и введенной в него стойки 2, что снижает прочностные характеристики соединения и способствует образованию очагов коррозии. Напротив, фиг.8 наглядно демонстрирует провар корня шва, равнопрочность точечного сварного соединения методом рельефной контактной сварки с разрушением после прочностных испытаний по основному металлу, а не по сварному соединению.

Способ изготовления осесимметричных сварных конструкций в соответствии с изобретением позволяет повысить технологичность, качество и надежность сварных соединений.

Указанный эффект подтвержден положительными испытаниями сварных конструкций, изготовленных в соответствии с изобретением.

1. Способ изготовления осесимметричных сварных конструкций, содержащих тонкостенную обечайку с кольцевыми утолщениями и внутренние стойки, включающий механическую обработку заготовок с получением обечайки и стоек, сборку их в сварочно-сборочном приспособлении, приварку стоек вдоль образующей обечайки с последующим поворотом вокруг центральной оси обечайки на заданную величину, термическую и механическую обработку сварной конструкции, отличающийся тем, что в процессе механической обработки заготовок на привариваемом торце стоек формируют усеченный конус, приварку стоек к внутренней поверхности обечайки осуществляют контактной рельефной сваркой с фиксацией стойки в нижнем электроде и позиционированием относительно обечайки в сварочно-сборочном приспособлении из токонепроводящего материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что усеченный конус на торце стоек формируют с диаметром верхнего основания, равным (0,34…0,43) толщины стойки и с высотой, равной (0,27…0,34) толщины стойки, а диаметр литого ядра сварочной точки формируют равным толщине стойки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к судостроению, мостостроению, строительству и другим отраслям промышленности, где широко используются ребристые панели, а также длинномерные тавровые и двутавровые профили.
Изобретение относится к пайке, в частности к способам бесфлюсовой пайки разнородных материалов, которые могут быть использованы для соединения деталей сборных плат, термо- и солнечных батарей, опто- и радиоэлектронной техники.

Изобретение относится к области сварки, а именно к способу изготовления осесимметричных сварных конструкций из алюминиевых сплавов, работающих под давлением. .

Изобретение относится к способу изготовления осесимметричных сварных конструкций из алюминиевых сплавов, работающих под давлением. .

Изобретение относится к способу и устройству стыкового соединения лазерной сваркой полос (В) листового проката. .

Изобретение относится к аппарату для автоматической электродуговой сварки рельсов. .

Изобретение относится к способу дуговой сварки в среде защитных газов полос на специализированных машинах, которые устанавливаются в непрерывных металлургических агрегатах, например травильных линиях, агрегатах укрупнения или формирования рулонов.

Изобретение относится к сварочному производству, а точнее к способам и устройствам для замоноличивания сваркой кромок гофр стенок корпусов трансформаторов, и может быть использовано в энергомашиностроении при изготовлении гофростенок сварных корпусов трансформаторов с протяженными поверхностями активного охлаждения.

Изобретение относится к многоэлектродному устройству для контактной сварки арматурной сетки. .

Изобретение относится к способу получения соединения разнородных материалов и может быть использовано в судостроении, авиации, химическом машиностроении и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к способам сварки соединений из алюминия и алюминиевых сплавов и может быть использовано при производстве легких металлоконструкций в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов. .

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки и предназначено для получения неразъемных сварных соединений. .

Изобретение относится к установке и способу изготовления металлической цилиндрической основы с твердосплавным металлическим покрытием. .

Изобретение относится к устройству для сварки и к способу сварки, в частности, трубчатых изделий (С1, С2) типа укладываемых встык металлических труб для формирования металлических трубопроводов, в соответствии с которым проплавление выполняют снаружи.

Изобретение относится к способу непрерывной сварки встык при использовании плазмы и лазера и к способу изготовления металлической трубы и может найти использование в машиностроении.

Изобретение относится к способам сварки кольцевых стыков труб и трубопроводов и может быть использовано как при производстве сварных труб в электросварочных агрегатах, так и при строительстве магистральных, промысловых и морских трубопроводов в нефтяной и газовой промышленности.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к созданию неразъемных соединений металлов, и основано на использовании сил молекулярного сцепления, то есть на сварке.
Наверх