Способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением



Способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением
Способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением
Способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением
Способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением
Способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением
Способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением
Способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением
Способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением
Способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением
Способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением

 

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 2549809:

Открытое акционерное общество "Научно- производственное объединение "СПЛАВ" (RU)

Изобретение относится к способу изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением, состоящей из обечайки со сферическим дном и горловины. Предварительно из кружка высокопрочной стали типа СП-28 или ВП-30 листового проката формируют обечайку с наружным концевым утолщением цилиндрической части и сферическим дном переменного сечения. Из углеродистой стали 35 формируют усиленную горловину. Толщину сварочной кромки горловины выбирают в соотношении 2:1 к толщине сварочной кромки обечайки. Осуществляют сборку конструкции в сварочно-сборочном приспособлении со съемной подкладкой с обеспечением соосности и кольцевого технологического зазора в стыке, равного 0,10…0,16 толщины сварочной кромки обечайки. Сварку выполняют в среде защитных газов. Изобретение обеспечивает качество сварного соединения из разнородных сталей и равнопрочность сварного соединения. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к области сварки, а именно к способам изготовления высокопрочных тонкостенных осесимметричных сварных конструкций из разнородных сталей автоматической дуговой сваркой в смесях защитных газов, и может быть использовано при сварке конструкций в виде сосудов, работающих под давлением.

Особенностью изготовления таких конструкций является соединение между собой разнородных материалов типа высокопрочной стали ВП-30 (или СП-28) и углеродистой стали марки 35, а также обеспечение в такой конструкции высоких прочностных свойств с равномерным распределением по сечению конструкции.

По конструктивному исполнению и ответственности назначения такие конструкции близки к элементам сосудов, которые работают в тяжелых условиях импульсного возрастания температуры и давления внутренней агрессивной среды, скоростных упругопластических деформации, в связи с чем к ним предъявляются высокие требования по прочности и герметичности.

Известен способ изготовления баллонов по ГОСТ 15860-84 «Баллоны стальные сварные для сжиженных углеводородных газов на давление до 1,6 МПа», который позволяет получать довольно надежные сварные соединения, однако данный способ недостаточно эффективен при изготовлении осесимметричных сварных конструкций из разнородных материалов.

Распространенным способом изготовления такого рода конструкций из разнородных материалов является сварка конструктивных элементов посредством многопроходной механизированной ручной аргонодуговой сварки неплавящимся электродом в приспособлении, установленном на манипуляторе с обязательным выполнением первого прохода без подачи присадочной проволоки для достижения сквозного проплавления корня шва.

Основные недостатки этого способа: низкая производительность со скоростями 6-10 м/ч, большое количество накладываемых слоев из-за низкого коэффициента формы; нестабильность сквозного проплава корня шва (приходится накладывать подварочный шов); большая вероятность наличия межслойного непровара; сложность поддержания постоянной длины дуги; широкая зона термического влияния; потребность в высокой квалификации рабочего сварщика и ряд других.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является способ изготовления сложнопрофильной осесимметричной сварной конструкции по патенту РФ №2 420 380 кл. МПК В23К 31/02, опубл. 10.06.2011 г., БИ №16, 2011 г., принятый авторами за прототип, при котором процесс изготовления конструкции разделяют на два этапа, для чего вначале формируют полусборку, которую подвергают высокотемпературному отпуску, затем полусборку и обечайку подвергают упрочняющей термической обработке по режиму закалки с отпуском, далее их сваривают между собой и подвергают дополнительной термической обработке по режиму отпуска.

Такой способ позволяет обеспечить равномерное распределение твердости по сечению конструкции в пределах регламентируемого интервала, повысить работоспособность конструкции, ее эксплуатационную надежность и долговечность.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа изготовления осесимметричных сварных конструкций, принятого авторами за прототип, относится сложность технологического процесса изготовления и его трудоемкость.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось обеспечение повышения работоспособности конструкции, ее эксплуатационной надежности и долговечности.

Общими признаками с предлагаемым авторами способом изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением, содержащей обечайку со сферическим дном и горловину, является формирование заготовок обечайки и горловины под сварку, их сборку в сварочно-сборочном приспособлении и сварку в среде защитных газов.

В отличие от прототипа предлагаемый авторами способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением, содержащей обечайку со сферическим дном и горловину, основан на том, что предварительно из кружка высокопрочной стали типа СП или ВП листового проката формируют обечайку с наружным концевым утолщением цилиндрической части и сферическим дном переменного сечения, а из углеродистой стали типа 35 формируют усиленную горловину, причем толщину сварочной кромки горловины выбирают в соотношении 2:1 к толщине сварочной кромки обечайки, при этом сборку конструкции осуществляют в сварочно-сборочном приспособлении со съемной подкладкой с обеспечением соосности и кольцевого технологического зазора в стыке равного 0,10…0,16 толщины сварочной кромки обечайки.

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

- сварку осуществляют автоматическим способом в два прохода плавящимся электродом из низколегированной хромомолибденовой проволоки на токе обратной полярности в смесях защитных газов в соотношении 75% аргона и 25% углекислого газа с получением сквозного провара на всю глубину сечения соединения;

- сварку осуществляют при токе 180-220 А, напряжении 19-24 В, скорости 18-24 м/ч;

- сваренную конструкцию подвергают термической обработке по режиму закалки 900-925°C в масле с отпуском при 550±10°C, с обеспечением предела прочности по штампованной обечайки из высокопрочной стали не менее 1200 МПа, а по приваренной горловине из углеродистой стали не менее 700 МПа;

- испытания на герметичность проводят методом омыливания при внутреннем избыточном пневматическом давлении (0,40±0,05) МПа;

- испытания на прочность осуществляют внутренним избыточным гидравлическим давлением (24,5±0,5) МПа;

- испытания на разрушение осуществляют гидравлическим давлением не менее 31,4 МПа.

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 изготовления, качества сварного соединения из разнородных сталей и равнопрочности этого соединения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что при известном способе изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением, содержащей обечайку со сферическим дном и горловину, включающим формирование заготовок обечайки и горловины под сварку, их сборку в сварочно-сборочном приспособлении и сварку в среде защитных газов, особенность заключается в том, что предварительно из кружка высокопрочной стали типа СП или ВП листового проката формируют обечайку с наружным концевым утолщением цилиндрической части и сферическим дном переменного сечения, а из углеродистой стали типа 35 формируют усиленную горловину, причем толщину сварочной кромки горловины выбирают в соотношении 2:1 к толщине сварочной кромки обечайки, при этом сборку конструкции осуществляют в сварочно-сборочном приспособлении со съемной подкладкой с обеспечением соосности и кольцевого технологического зазора в стыке, равного 0,10…0,16 толщины сварочной кромки обечайки.

Новая совокупность технологических приемов и операций, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет:

- формирования обечайки с наружным концевым утолщением цилиндрической части и сферическим дном переменного сечения из кружка высокопрочной стали типа СП или ВП листового проката выполнить в концевом утолщении наружную упорную резьбу для соединения с ответной частью конструкции, повысить технологичность изготовления;

- формирования усиленной горловины из углеродистой стали типа 35 с толщиной сварочной кромки этой горловины в соотношении 2:1 к толщине сварочной кромки обечайки использовать более дешевую сталь, усилением горловины повысить ее конструктивную прочность, компенсировав более низкую прочность стали 35 по сравнению с более прочной сталью типа СП или ВП, тем самым выравнить прочность по сечению конструкции, повысить технологичность изготовления и равнопрочность сварного соединения из разнородных сталей;

- осуществления сборки конструкции в сварочно-сборочном приспособлении со съемной подкладкой с обеспечением соосности и кольцевого технологического зазора в стыке, равного 0,10…0,16 толщины сварочной кромки обечайки, повысить технологичность изготовления, качество сварного соединения из разнородных сталей и равнопрочность этого соединения.

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

- сварки автоматическим способом в два прохода плавящимся электродом из низколегированной хромомолибденовой проволоки на токе обратной полярности в смесях защитных газов в соотношении 75% аргона и 25% углекислого газа с получением сквозного провара на всю глубину сечения соединения повысить технологичность изготовления, качество сварного соединения из разнородных сталей и равнопрочность этого соединения;

- осуществления сварки при токе 180-220 А, напряжении 19-24 В, скорости 18-24 м/ч обеспечить качество сварного соединения из разнородных сталей и равнопрочность этого соединения;

- термической обработки сваренной конструкции по режиму закалки 900-925°C в масле с отпуском при 550±10°C с обеспечением предела прочности по штампованной обечайки из высокопрочной стали не менее 1200 МПа, а по приваренной горловине из углеродистой стали не менее 700 МПа оптимизировать технологические режимы достижения равнопрочности по сечению конструкции из разнородных материалов, повысить технологичность изготовления;

- испытания на герметичность методом омыливания при внутреннем избыточном пневматическом давлении (0,40±0,05) МПа осуществить неразрушающим методом достоверный контроль герметичности сварного соединения из разнородных сталей, повысить технологичность изготовления, качество сварного соединения;

- испытания на прочность внутренним избыточным гидравлическим давлением (24,5±0,5) МПа осуществить неразрушающим методом достоверный контроль прочности всей конструкции и сварного соединения из разнородных сталей, повысить технологичность изготовления, качество сварного соединения;

- испытания на разрушение гидравлическим давлением не менее 31,4 МПа определить на заданном проценте от партии изделий методом разрушения фактический запас прочности этих изделий, повысить технологичность изготовления, качество сварного соединения.

Сущность изобретения заключается в том, что при осуществлении способа изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением, содержащей обечайку со сферическим дном и горловину, включающего формирование заготовок обечайки и горловины под сварку, их сборку в сварочно-сборочном приспособлении и сварку в среде защитных газов, в отличие от прототипа согласно изобретению предварительно из кружка высокопрочной стали типа СП или ВП листового проката формируют обечайку с наружным концевым утолщением цилиндрической части и сферическим дном переменного сечения, а из углеродистой стали типа 35 формируют усиленную горловину, причем толщину сварочной кромки горловины выбирают в соотношении 2:1 к толщине сварочной кромки обечайки, при этом сборку конструкции осуществляют в сварочно-сборочном приспособлении со съемной подкладкой с обеспечением соосности и кольцевого технологического зазора в стыке, равного 0,10…0,16 толщины сварочной кромки обечайки.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид высокопрочной тонкостенной сварной конструкции из разнородных материалов, работающей под давлением; на фиг.2 - сварное соединение элементов конструкции из разнородных материалов; на фиг.3 - схема сварки и установка автоматической сварки; на фиг.4-9 - макроструктура (×2) и микроструктуры (×500) металла в зонах сварного шва, термического влияния и в основном металле; на фиг.10 - микротвердость металла (HV0,1) в зонах сварного соединения.

Изготовление высокопрочной тонкостенной сварной конструкции из разнородных материалов, работающей под давлением, осуществляют следующим образом.

Обечайку 1 изготавливают штамповкой на прессовом оборудовании. Обечайку 1 получают со сферическим дном переменного сечения, с отверстием в этом дне под горловину 2. Обечайку 1 штампуют из кружка высокопрочной стали типа ВП-30 или СП-28 листового проката. В цилиндрической части обечайки 1 формируют наружное концевое утолщение А, в котором после сварки нарезают резьбу. Горловину 2 формируют усиленной (утолщенной) из углеродистой стали типа 35. Толщину t сварочной кромки горловины 2 выполняют в соотношении 2:1 к толщине t1 сварочной кромки обечайки 1. Сборку элементов конструкции 1 и 2 осуществляют в сварочно-сборочном приспособлении 3, 4 со съемной подкладкой 5. Сборку осуществляют с обеспечением соосности обечайки 1 и горловины 2, а также кольцевого технологического зазора h в стыке, равного 0,10…0,16 толщины сварочной кромки обечайки 1. Используют технологию автоматической сварки в смесях защитных газов плавящимся электродом. Сварку ведут на установке автоматической сварки типа TRK150C с позиционером и поворотным столом, на котором крепят сварочно-сборочное приспособление 3. Сварку ведут на токе обратной полярности с получением сквозного провара на всю глубину сечения сварного соединения В и качественным формированием корня шва. При сварке используют смесь защитных газов аргона и углекислого газа. Для подготовки смесей газов применяют газосмеситель типа ВМ-2М. В качестве электродной проволоки используют легированную проволоку Св18ХМА и Св20ХСНВФА по ГОСТ 2246-70. Сваренную конструкцию подвергают термической обработке и комплексу испытаний на прочность и герметичность.

В частных случаях сварку осуществляют автоматическим способом в два прохода плавящимся электродом из низколегированной хромомолибденовой проволоки на токе обратной полярности в смесях защитных газов в соотношении 75% аргона и 25% углекислого газа. Сварку осуществляют при токе 180-220 А, напряжении 19-24 В и скорости 18-24 м/ч. Сваренную конструкцию подвергают термической обработке по режиму закалки (900…925)°C в масле с отпуском при (550±100)°C, с обеспечением предела прочности по штампованной обечайке 1 из высокопрочной стали не менее 1200 МПа, а по приваренной горловине 2 из углеродистой стали не менее 700 МПа. Испытания на герметичность проводят методом омыливания при внутреннем избыточном пневматическом давлении (0,40±0,05) МПа. Испытания на прочность осуществляют внутренним избыточным гидравлическим давлением (24,5±0,5) МПа. Испытания на разрушение осуществляют гидравлическим давлением не менее 31,4 МПа на заданном количестве изделий от партии.

В дополнение к вышеуказанным видам контроля были проведены исследования макро- и микроструктуры в различных зонах сварного соединения В: 6 - основной металл обечайки 1, сталь ВП-30; 7 - зоны термического влияния; 8 - сварной шов; 9 - основной металл горловины 2, сталь 35. Исследуемые зоны показаны на фиг.4-9. В указанных зонах дефектов в виде трещин, несплавлений, непроваров, шлаковых включений не обнаружено. Микроструктура, представленная на фиг.5-7 со стороны стали ВП-30, имеет аналогичный характер и состоит из сорбита отпуска, а микроструктура на фиг.8 и 9 со стороны стали 35 состоит из ферритно-перлитной структуры.

По всем вышеуказанным зонам сварного соединения В проводилось измерение микротвердости (HV0,1) на приборе ПМТ-3 в соответствии с ГОСТ 9450-76. Результаты измерений представлены на фиг.10. Полученные значения микротвердости (HV) хорошо согласуются с результатами исследований микроструктуры в аналогичных зонах сварного соединения В, представленных на фиг.5-9. Наибольшие значения HV (фиг.10) наблюдаются в зоне 6 в основном металле из стали ВП-30 и в прилегающей к ней зоне термического влияния 7. Далее происходит последовательное снижение HV в зоне сварного шва 8, термического влияния 7 и зоне 9 из основного металла стали 35. Снижение механических свойств в зонах 8→7→9 (фиг.10) происходит вследствие применения для сварки электродной проволоки менее легированной, чем сталь ВП-30, и выполнения горловины 2 из углеродистой стали 35. Поэтому для обеспечения равнопрочности сварной конструкции горловину 2 выполняют усиленной, с утолщенными кромками относительно штампованной обечайки 1 из высокопрочной стали ВП-30.

Способ изготовления высокопрочной тонкостенной сварной конструкции из разнородных материалов, работающей под давлением, в соответствии с изобретением позволяет повысить технологичность изготовления, качество сварного соединения из разнородных сталей и равнопрочность этого соединения.

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

1. Способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением, состоящей из обечайки со сферическим дном и горловины, включающий формирование заготовок обечайки и горловины под сварку, их сборку в сварочно-сборочном приспособлении и сварку в среде защитных газов, отличающийся тем, что обечайку формируют штамповкой из кружка листового проката высокопрочной стали типа ВП-30 или СП-28 с наружным концевым утолщением цилиндрической части и сферическим дном переменного сечения, а из углеродистой стали 35 формируют горловину со сварочной кромкой, толщину которой выбирают из соотношения ее к толщине сварочной кромки обечайки, равного 2:1 , при этом сборку обечайки с горловиной осуществляют в сварочно-сборочном приспособлении со съемной подкладкой с обеспечением соосности и кольцевого технологического зазора в стыке, равного (0,10-0,16) толщины сварочной кромки обечайки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют автоматическую сварку со сквозным проплавлением на всю глубину сечения соединения в два прохода плавящимся электродом из низколегированной хромомолибденовой проволоки на токе обратной полярности в смеси защитных газов, содержащей 75% аргона и 25% углекислого газа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сварку осуществляют током 180-220 А, напряжением 19-24 В и со скоростью 18-24 м/ч.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сваренную конструкцию подвергают термической обработке по режиму закалки 900-925°C в масле с отпуском при 550±10°C, с обеспечением предела прочности обечайки из высокопрочной стали не менее 1200 МПа, а горловины из углеродистой стали не менее 700 МПа.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после сварки проводят испытания на герметичность путем омыливания при внутреннем избыточном пневматическом давлении (0,40±0,05) МПа.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после сварки осуществляют испытания на прочность внутренним избыточным гидравлическим давлением (24,5±0,5) МПа.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что после сварки осуществляют испытания на разрушение гидравлическим давлением не менее 31,4 МПа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству формирования конца сварочного электрода (13) с комбинацией материал / диаметр для процесса заправки в направляющий канал (12).

Изобретение относится к сварке металлических деталей, в частности, в самолетостроении и особенно при изготовлении газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к области сварки, а именно к способам изготовления высокопрочных тонкостенных осесимметричных стальных оболочковых корпусов ответственного назначения, и может быть использовано при сварке конструкций в виде сосудов, работающих под высоким давлением.

Изобретение относится к способу сварки материалов высокоэнергетическими источниками излучения, например лазерным, плазменным или электроннолучевым, и может быть использован для сварки изделий из тонколистовых и разнородных материалов различного назначения в химической, электронной и радиотехнической промышленности.

Изобретение относится к автоматической сварке конструкций из толстостенных крупногабаритных деталей с разделкой кромок и может быть использовано в различных отраслях техники, в частности в области энергетического машиностроения.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при сварке металлических деталей, собираемых в любом пространственном положении. .

Изобретение относится к технологии сварки конструкций из титановых сплавов, в частности к подготовке поверхности заготовок перед сваркой, и может использовано в машиностроительной и авиакосмической промышленности.

Изобретение относится к области дуговой сварки и может быть использовано преимущественно в орбитальной сварке неповоротных стыков трубопроводов. Способ включает сварку корневого шва, заполняющих и облицовочных швов стыков с колебаниями неплавящегося электрода поперек шва.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способу дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа, и может быть применено для сварки изделий цилиндрических конструкций, в том числе при герметизации изделий активных зон ядерных реакторов в обычных и в дистанционных условиях.

Изобретение относится к области сварки, в частности, к области придания особого профиля отдельных участков кромок при изготовлении стыковых сварных соединений, и может найти применение при автоматической аргонодуговой сварке встык труб и пластин из стали, снабженных плакирующим слоем.

Способ предназначен для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом деталей из алюминиевых и магниевых сплавов, одна из которых тонкостенная, другая толстостенная.

Изобретение относится к способу многодуговой сварки листовых сварных заготовок для получения из них методами холодной штамповки деталей кузова автомобиля. Предварительно определяют ток и скорость сварки первой дуги из условия обеспечения проплавления на всю толщину листовой заготовки и изотерму плавления на поверхности листов со стороны сварки.

Изобретение относится к водоохлаждаемой горелке для дуговой сварки как плавящимся, так и неплавящимся электродами, и может найти широкое применение во всех отраслях народного хозяйства, связанных с применением сварки черных и цветных металлов, а также их сплавов.

Изобретение относится к способу сварки неплавящимся электродом в защитных газах и может быть использовано в различных отраслях промышленности при изготовлении, монтаже и ремонте ответственных металлических конструкций из сталей перлитного класса, к качеству которых предъявляются высокие требования.
Изобретение относится к области сварки и может быть использовано в машиностроении, судостроении, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности при изготовлении различных изделий, конструкций и узлов, включающих соединения из меди или ее сплавов и стали.

Изобретение относится к сварке металлических деталей, в частности, в самолетостроении и особенно при изготовлении газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к области сварки, а именно к способам изготовления высокопрочных тонкостенных осесимметричных стальных оболочковых корпусов ответственного назначения, и может быть использовано при сварке конструкций в виде сосудов, работающих под высоким давлением.

Изобретение может быть использовано при изготовлении крупногабаритных конструкций из молибдена или его сплавов, например, при сварко-пайке обечаек экранов муфелей высокотемпературных газостатических установок.
Наверх