Способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции



Способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции
Способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции
Способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции
Способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции
Способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции
Способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции
Способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции
Способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции
Способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции
Способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции
Способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции

 


Владельцы патента RU 2626116:

Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" (RU)

Изобретение относится к области металлов давлением и сварки, а именно к изготовлению стальных осесимметричных сварных сосудов, работающих под высоким давлением. Сварная конструкция содержит торцевое основание, центральный трубчатый элемент в виде тонкостенного стакана и тонкостенную оболочку с утолщенным дном. Изготавливают центральный трубчатый элемент из кружка листовой стали вытяжкой за несколько переходов с промежуточным рекристаллизационным отжигом. Далее осуществляют его раздачу с получением концевого утолщения. Формуют свариваемые кромки под сварку основания и тонкостенной оболочки. При этом тонкостенную оболочку с утолщенным дном получают выдавливанием донной части из кружка и вытяжкой с утонением стенки за несколько переходов с промежуточным рекристаллизационным отжигом, калибруют концевую часть оболочки и механической обработкой формируют свариваемую кромку. Торцевое основание изготавливают из трубной заготовки, приваривают его к трубчатому элементу и проводят пневмоиспытания. Повышается высокая размерная точность и надежность сварного корпуса сосуда. 5 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и сварки, а именно к способам изготовления стальных осесимметричных сварных сосудов ответственного назначения, предназначенных для сжатого воздуха, сжиженных и растворенных газов и используемых в различных хозяйственных областях при изготовлении корпусов огнетушителей, газовых баллонов, баллонов со сжиженным газом для автомобильной промышленности и т.п.

Такие сосуды работают в жестких условиях эксплуатации при высоком давлении, в том числе при действии циклических нагрузок. Поэтому к сосудам предъявляются высокие требования по герметичности и прочности, а при выполнении сварных швов должно обеспечиваться гарантированное качество с обеспечением провара корня шва и прочности сварных соединений не менее 0,9 прочности основного металла.

Важной задачей при сборке и сварке корпуса сосуда является обеспечение высокой размерной точности за счет предупреждения коробления при действии сварочных деформаций в процессе термического цикла сварки и деформационного упрочнения, входящих в сосуд конструктивных элементов после штамповых операций, а также высокая производительность, низкая себестоимость изготовления и малый вес.

Известен способ изготовления осесимметричных корпусов (патент RU 2295416 С1), работающих под давлением. Способ включает закалку, отпуск, холодную пластическую деформацию методом ротационной вытяжки в два прохода, низкотемпературный отжиг.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ изготовления стальной сложно-комбинированной стальной конструкции по патенту на изобретение №2449870, В23К 31/02, опубл. 10.05.2012 г., БИ №13, 2013 г., принятому авторами за прототип, при котором вначале формируют сварной трубчатый элемент, затем в технологической последовательности изготавливают тонкостенную оболочку, торцевые основания, сборку и сварку подсборок и всего сварного корпуса, окончательную мехобработку и пневмоиспытания на герметичность.

В результате получают качественную сложно-комбинированную осесимметричную сварную конструкцию с уровнем прочности сварных соединений не менее 0,8 от основного металла.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции, принятого авторами за прототип, относятся: высокая трудоемкость и себестоимость изготовления составных частей сосуда из-за большого количества деталей и сварных швов в подсборках и, как следствие, недостаточная жесткость конструкции; высокий уровень остаточных напряжений; снижение эксплуатационной надежности всего корпуса сосуда. Кроме того, нет неразрушающих методов контроля качества сварных швов, позволяющих определить непровар и сплошность сварных швов, обеспечить прочность сварных соединений не ниже 0,9 от прочности основного металла.

Таким образом, задачей технического решения, принятого за прототип, является получение качественной сложнокомбинированной осесимметричной сварной конструкции с уровнем прочности сварных соединений не менее 0,8 от основного металла.

Общими признаками, с предлагаемым авторами способом изготовления сложно-комбинированных осесимметричных сварных конструкций, является: изготовление торцевого основания, центрального трубчатого элемента, тонкостенной оболочки с формированием свариваемых кромок под замковое соединение, сборка подсборок посредством замкового соединения, приварка торцевого основания к трубчатому элементу автоматической сваркой в среде защитных газов с проведением пневмоиспытаний на герметичность, заключительная сборка-сварка корпуса в приспособлении, мехобработка корпуса и пневмоиспытания на герметичность.

В отличие от прототипа, предлагаемый заявителями способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции, содержащей торцевое основание и центральный трубчатый элемент, тонкостенную оболочку, включающий формирование сварочных кромок под замковое соединение, сборку подсборок посредством замкового соединения, приварку к трубчатому элементу торцевого основания автоматической сваркой в среде защитных газов с проведением пневмоиспытаний герметичности сварного шва, сборку-сварку подсборки с тонкостенной оболочкой в приспособлении и окончательную мехобработку с пневмоиспытаниями герметичности сварных швов внутренним давлением, отличается тем, что центральный трубчатый элемент выполняют в виде тонкостенного стакана вытяжкой из кружка без утонения стенки за несколько переходов с промежуточным рекристаллизационным отжигом, вытяжкой с утонением стенки на последнем переходе с получением концевого утолщения, раздачей и механической обработкой утолщения с образованием свариваемой кромки под сборку-сварку, далее изготавливают тонкостенную оболочку с утолщенным дном выдавливанием донной части из кружка и вытяжкой с утонением стенки цилиндрической части за несколько переходов с промежуточным рекристаллизационным отжигом, или сборкой-сваркой донной части и цилиндрической, затем обжимом и калибровкой обжатого участка оболочки по внутреннему диаметру и механической обработкой с подрезкой торца под сборку-сварку, а торцевое основание изготавливают механической обработкой из трубной заготовки, затем последовательно производят сборку-сварку в приспособлении углового замкового соединения центрального трубчатого элемента с торцевым основанием, проводят пневмоиспытания, наносят защитные покрытия на наружную поверхность трубчатого элемента и внутреннюю поверхность тонкостенной оболочки, осуществляют сборку и сварку подсборки с тонкостенной оболочкой стыковым замковым швом, производят пневмоиспытания герметичности сварных швов, рентгенотелевизионный контроль стыкового сварного соединения и окончательную механическую обработку.

В частных случаях, то есть в конкретных формах выполнения изобретение характеризуется следующими признаками:

- толщину кружка тонкостенного стакана задают равной 2,0-2,5 толщины его стенки;

- тонкостенную оболочку получают выдавливанием утолщенной донной части из кружка, обжимом и калибровкой обжатого участка по внутреннему диаметру цилиндрической части из трубной заготовки, затем сборкой и автоматической сваркой цилиндрической и донной частей в установке сборки-сварки;

- диаметр свариваемых кромок в замковом соединении стакана и оболочки задают равным (0,4-0,6)(D1+D2), где:

D1 (мм) - наружный диаметр заготовки стакана до раздачи,

D2 (мм) - внутренний диаметр заготовки оболочки до обжима;

- на свариваемых кромках трубчатого элемента и тонкостенной оболочки с утолщенным дном в местах стыка кромок выполняют скос кромок под углом 45°, а при сборке и электродуговой сварке стыкового замкового соединения плавящимся электродом в среде защитных газов в один проход в приспособлении обеспечивают технологический зазор 1 мм в месте стыка;

- при нанесении защитных покрытий на наружную поверхность трубчатого элемента сваренного с основанием и внутреннюю поверхность тонкостенной оболочки с утолщенным дном производят защиту места сварки от наличия покрытия на ширину не менее 10 мм.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии 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 охраны, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение размерной точности, технологичности изготовления, конструктивной прочности сварных соединений не ниже 0,9 от прочности основного металла и надежности всего сварного корпуса сосуда.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе, включающем формирование сварочных кромок под замковое соединение, сборку подсборок посредством замкового соединения, приварку к трубчатому элементу торцевого основания автоматической сваркой в среде защитных газов с проведением пневмоиспытаний герметичности сварного шва, сборку-сварку подсборки с тонкостенной оболочкой в приспособлении и окончательную мехобработку с пневмоиспытаниями герметичности сварных швов внутренним давлением, особенность заключается в том, что центральный трубчатый элемент выполняют в виде тонкостенного стакана вытяжкой из кружка без утонения стенки за несколько переходов с промежуточным рекристаллизационным отжигом, вытяжкой с утонением стенки на последнем переходе с получением концевого утолщения, раздачей и механической обработкой утолщения под сборку-сварку, далее изготавливают тонкостенную оболочку с утолщенным дном выдавливанием донной части из кружка и вытяжкой с утонением стенки цилиндрической части за несколько переходов с промежуточным рекристаллизационным отжигом, или сборкой-сваркой донной части и цилиндрической, затем обжимом и калибровкой обжатого участка оболочки по внутреннему диаметру и механической обработкой с подрезкой торца под сборку-сварку, а торцевое основание изготавливают механической обработкой из трубной заготовки, затем последовательно производят сборку-сварку в приспособлении углового замкового соединения центрального трубчатого элемента с торцевым основанием, проводят пневмоиспытания, наносят защитные покрытия на наружную поверхность трубчатого элемента и внутреннюю поверхность тонкостенной оболочки, осуществляют сборку и сварку подсборки с тонкостенной оболочкой стыковым замковым швом, производят пневмоиспытания герметичности сварных швов, рентгенотелевизионный контроль стыкового сварного соединения и окончательную механическую обработку.

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

- выполнения центрального трубчатого элемента в виде тонкостенного стакана вытяжкой из кружка без утонения стенки за несколько переходов с промежуточным рекристаллизационным отжигом получить цельнометаллическую заготовку под дальнейшую вытяжку с утонением высокопроизводительным методом прессовой обработки;

- вытяжки с утонением стенки на последнем переходе с получением концевого утолщения получить заготовку под дальнейшие прессовые операции, так как данный вид вытяжки является вытяжкой с ограничением, позволяющей получить тонкую стенку и концевое утолщение;

- раздачи и механической обработки утолщения получить свариваемую кромку под сборку-сварку;

- изготовления тонкостенной оболочки с утолщенным дном выдавливанием донной части из кружка получить высокопроизводительным методом прессовой обработки заготовку под дальнейшие операции вытяжки цилиндрической части оболочки;

- вытяжки с утонением стенки цилиндрической части за несколько переходов с промежуточным рекристаллизационным отжигом получить заготовку оболочки под обжим и калибровку прессовой обработкой с высокой производительностью;

- сборки-сварки донной части и цилиндрической снизить трудоемкость изготовления оболочки и повысить коэффициент использования металла;

- обжима и калибровки обжатого участка оболочки по внутреннему диаметру и механической обработки с подрезкой торца сформировать кромку под сборку-сварку;

- изготовления торцевого основания механической обработкой из трубной заготовки снизить трудоемкость изготовления и повысить коэффициент использования металла;

- последовательной сборки-сварки в приспособлении углового замкового соединения центрального трубчатого элемента с торцевым основанием получить сварную подсборку для формирования внутреннего контура сварной конструкции, а последующими пневмоиспытаниями обеспечить герметичность внутреннего контура перед приваркой тонкостенной оболочки;

- нанесения защитного покрытия на наружную поверхность трубчатого элемента и внутреннюю поверхность тонкостенной оболочки обеспечить коррозионную стойкость всей конструкции в условиях эксплуатации;

- сборки и сварки подсборки с тонкостенной оболочкой стыковым замковым швом получить сварную конструкцию с уровнем прочности сварного соединения не ниже 0,9 от прочности основного металла;

- пневмоиспытаний герметичности сварных швов обеспечить герметичность и работоспособность сварной конструкции;

- рентгенотелевизионного контроля быстро и достоверно выявить внутренние дефекты в металле сварных швов и околошовной зоне (непровары, поры, трещины и шлаковые включения);

- окончательной механической обработкой с получением резьб на донной части и торцевом основании обеспечить возможность соединения конструкции с сопрягаемыми деталями, а также ее соединения с фланцами приспособлений для пневматических испытаний.

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

- задачи толщины кружка тонкостенного стакана равной 2,0-2,5 толщины его стенки обеспечить получение концевого утолщения под сборку-сварку, данное значение оптимально, так как при толщине кружка менее 2,0 толщины стенки не обеспечивается необходимая толщина свариваемой кромки, а при толщине кружка более 2,5 толщины его стенки возрастает количество операций вытяжки с утонением;

- получения тонкостенной оболочки выдавливанием утолщенной донной части из кружка, обжимом и калибровкой обжатого участка по внутреннему диаметру цилиндрической части из трубной заготовки, сборкой и автоматической сваркой цилиндрической и донной частей в установке сборки-сварки снизить трудоемкость изготовления и повысить коэффициент использования металла и обеспечить высокое качество сварного соединения;

- задачи диаметра свариваемых кромок в замковом соединении стакана и оболочки равным (0,4-0,6)(D1+D2), где:

D1 (мм) - наружный диаметр заготовки стакана до раздачи,

D2 (мм) - внутренний диаметр заготовки оболочки до обжима,

сократить количество прессовых операций раздачи и обжима, так как при значениях диаметра свариваемых кромок менее 0,4 и более 0,6 значения суммы диаметров заготовок возрастает количество прессовых операций обжима или раздачи;

- выполнения на свариваемых кромках трубчатого элемента и тонкостенной оболочки с утолщенным дном в местах стыка скоса кромок под углом 45° и технологического зазора 1 мм в месте стыка обеспечить провар корня шва и всего сечения сварного соединения и требуемую конструкторской документацией прочность сварного соединения;

- защиты мест сварки замковых соединений от наличия защитных покрытий на ширину не менее 10 мм предотвратить образование в шве при сварке дефектов типа газовых пор, зашлаковок, несплавлений свариваемых кромок.

Исследуя уровень техники в ходе проведения патентного поиска по всем видам сведений, доступных в странах бывшего СССР и зарубежных странах, обнаружено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники, следовательно можно сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции, содержащей торцевое основание и центральный трубчатый элемент, тонкостенную оболочку, включающий формирование сварочных кромок под замковое соединение, сборку подсборок посредством замкового соединения, приварку к трубчатому элементу торцевого основания автоматической сваркой в среде защитных газов с проведением пневмоиспытаний герметичности сварного шва, сборку-сварку подсборки с тонкостенной оболочкой в приспособлении и окончательную мехобработку с пневмоиспытаниями герметичности сварных швов внутренним давлением, в отличие от прототипа, согласно изобретению, центральный трубчатый элемент выполняют в виде тонкостенного стакана вытяжкой из кружка без утонения стенки за несколько переходов с промежуточным рекристаллизационным отжигом, вытяжкой с утонением стенки на последнем переходе с получением концевого утолщения, раздачей и механической обработкой утолщения под сборку-сварку, далее изготавливают тонкостенную оболочку с утолщенным дном выдавливанием донной части из кружка и вытяжкой с утонением стенки цилиндрической части за несколько переходов с промежуточным рекристаллизационным отжигом, или сборкой-сваркой донной части и цилиндрической, затем обжимом и калибровкой обжатого участка оболочки по внутреннему диаметру и механической обработкой с подрезкой торца под сборку-сварку, а торцевое основание изготавливают механической обработкой из трубной заготовки, затем последовательно производят сборку-сварку в приспособлении углового замкового соединения центрального трубчатого элемента с торцевым основанием, проводят пневмоиспытания, наносят защитные покрытия на наружную поверхность трубчатого элемента и внутреннюю поверхность тонкостенной оболочки, осуществляют сборку и сварку подсборки с тонкостенной оболочкой стыковым замковым швом, производят пневмоиспытания герметичности сварных швов, рентгенотелевизионный контроль стыкового сварного соединения и окончательную механическую обработку.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен процесс изготовления центрального трубчатого элемента в виде тонкостенного стакана 1, получаемого из кружка «а» вытяжкой без утонения стенки за 4 перехода: «b», «с», «d» и «е» и вытяжкой с утонением стенки с t0 (мм) до t1 (мм) на последнем переходе «f» с получением концевого утолщения толщиной tут и длиной lут (мм), затем раздачей и механической обработкой утолщения с образованием свариваемой кромки длинами lсв (мм), lут (мм) и толщинами tут (мм), t1 (мм) и диаметром D3 (мм), D1 (мм) - наружный диаметр стакана до раздачи, D3 (мм) - диаметр свариваемой кромки после раздачи и механической обработки.

На фиг. 2 изображен процесс изготовления тонкостенной оболочки 2 с утолщенным дном, получаемой из кружка «а» диаметром D0 (мм), толщиной t0 (мм) выдавливанием за 2 перехода «b» и «с», и тремя вытяжками с утонением «d», «е» и «f», затем обжимом и калибровкой обжатого участка «g» по внутреннему диаметру тонкостенной части с получением толщины стенки t2 (мм) внутреннего диаметра D2 (мм), наружного диаметра D2' (мм) и механической обработкой с подрезкой торца с образованием свариваемой кромки длиной lсв (мм) и диаметром D3 (мм) под сборку-сварку.

На фиг. 2, вид А изображен скос кромки под углом 45° и притупление кромки величиной 1 мм.

На фиг. 3 изображен процесс изготовления тонкостенной оболочки 2 сборкой-сваркой цилиндрической части «b» и донной части «а».

Цилиндрическую часть получают из трубной заготовки обжимом и калибровкой обжатого участка по внутреннему диаметру с одного торца с получением свариваемой кромки длиной lсв (мм) и диаметра D3 (мм) и, затем, с другого торца с получением свариваемой кромки lсв (мм) и диаметра D4 (мм).

Фиг. 3, вид А изображен скос кромки под углом 45° и притупление кромки величиной 1 мм.

Фиг. 3, вид Б изображено сварное соединение тонкостенной и утолщенной донной частей оболочки, скос кромок под углом 45° и притупление кромок величиной 1 мм, технологический зазор в стыке кромок 1 мм.

На фиг. 4 изображена сварная подсборка центрального трубчатого элемента - тонкостенного стакана 1 с приваренным к нему торцевым основанием 3.

На фиг. 5, вид А с фиг. 4 изображены конструктивные элементы сварного углового замкового соединения стакана 1 и основания 3, 3 мм - ширина и 3 мм - высота шва.

Фиг. 6, вид Б с фиг. 4 изображен скос кромки под углом 45° и притупление кромки величиной 1 мм.

На фиг. 7 изображена стальная осесимметричная сварная конструкция с центральным трубчатым элементом - тонкостенным стаканом 1, торцевым основанием 3 и тонкостенной оболочкой 2 с утолщенным дном в сваренном состоянии.

D3 (мм) - диаметр свариваемых кромок,

D1 (мм) - наружный диаметр стакана до раздачи,

D2 (мм) - внутренний диаметр оболочки до обжима,

t1 (мм) - толщина стенки стакана,

t2 (мм) - толщина стенки оболочки.

На фиг. 8 вид А с фиг. 7 изображено стыковое замковое сварное соединение подсборки (основания 3 со стаканом 1) и оболочки 2 с конструктивными элементами и технологическим зазором 1 мм в стыке кромок.

3 мм (max) - высота шва.

5 мм (min) - ширина шва.

Вышеописанный способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции осуществляется следующим образом.

Центральный трубчатый элемент в виде тонкостенного стакана 1 (фиг. 1) изготавливают вытяжкой из стального кружка «а» диаметром D0 (мм), толщиной t0 (мм) за шесть переходов b, с, d, е, f, g с промежуточным рекристаллизационным отжигом. Пять переходов b, с, d, е, f выполняют без утонения стенки. Последний шестой переход (g) - с утонением стенки с t0 (мм) до t1 (мм), при этом используют кружок с t0=(2,0-2,5)t1, где t1 - толщина стенки готового стакана. На последнем переходе получают концевое утолщение длиной lут (мм) и толщиной t0 (мм), сохраняющейся на всех шести переходах.

Затем выполняют раздачу концевой части стакана до диаметра D3 (мм) и механическую обработку утолщения с образованием свариваемой кромки под сборку-сварку с размерами tут (мм), lут (мм), lсв (мм) и D3 (мм).

Тонкостенную оболочку 2 (фиг. 2) изготавливают из стального кружка «а» диаметром D0 (мм) и толщиной t0 (мм) выдавливанием утолщенной части за два перехода b и с, с промежуточным рекристаллизационным отжигом. Получают утолщенное дно с диаметром D0 (мм) и внутренним диаметром оболочки D2 (мм) и выпукло-вогнутым профилем внутренней поверхности. Затем выполняют вытяжку с утонением стенки цилиндрической части оболочки за три перехода (d, е, f) с промежуточным рекристаллизационным отжигом с получением наружного диаметра D2' (мм) и окончательной толщины стенки t2 (мм).

После этого выполняют обжим и калибровку обжатого участка оболочки по внутреннему диаметру и механическую обработку с подрезкой торца на длину lсв (мм) под сборку-сварку с образованием свариваемой кромки внутренним диаметром D3 (мм) и длиной lсв (мм), скосом 45° и притуплением кромки 1 мм.

Как вариант, тонкостенную оболочку 2 (фиг. 3) изготавливают сборкой-сваркой тонкостенной части и утолщенного дна, получаемого выдавливанием из кружка диаметром D0 (мм) и толщиной t0 (мм).

Тонкостенную часть получают из трубной заготовки с наружным диаметром D2' (мм) обжимом и калибровкой обжатого участка по внутреннему диаметру по одному из торцев с получением внутреннего диаметра D3 (мм). После механической обработки торца получают свариваемую кромку длиной lсв (мм), толщиной t2 (мм), скос 45° и притупление кромки 1 мм (фиг. 3, вид А).

Затем обжимают и калибруют по внутреннему диаметру второй торец, обтачивают второй торец и получают свариваемую кромку под сборку-сварку с утолщенным дном размерами: D4 (мм) - внутренний диаметр, lсв (мм) - длина свариваемой кромки, t2 (мм) - толщина кромки, скос 45° и притупление кромки величиной 1 мм (фиг. 3, вид Б).

Выполняют механическую обработку с образованием стыковой кромки утолщенного дна со скосом 45° и притуплением кромки величиной 1 мм и затем сборку и автоматическую сварку цилиндрической и донной части оболочки (фиг. 3, вид Б) в приспособлении на установке сборки-сварки, с обеспечением технологического зазора 1 мм.

Тонкостенный стакан 1 и тонкостенная оболочка 2 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 7) с утолщенным дном, подготовленные к дальнейшей сборке-сварке, выполнены с диаметром свариваемых кромок D3 (мм)

D3 (мм)=(0,4-0,6)(D1+D2), где

D1 (мм) - наружный диаметр заготовки стакана 1 до раздачи,

D2 (мм) - внутренний диаметр заготовок оболочки 2 до обжима.

Торцевое основание 3 (фиг. 4) изготавливают механической обработкой из стальной трубной заготовки. Получают свариваемую кромку длиной lсв' (мм).

Затем последовательно производят сборку-сварку подсборки в приспособлении углового замкового соединения центрального трубчатого элемента - тонкостенного стакана 1 с торцевым основанием 3 (фиг. 4, фиг. 5 вид А с фиг. 4). На свариваемых кромках трубчатого элемента - стакана 1 (фиг. 6, вид Б с фиг. 4) в местах стыка кромок выполняют скос кромок под углом 45° и притупление кромки величиной 1 мм. Производят пневмоиспытания на установке пневмоиспытаний. Наносят защитные покрытия В (фиг. 4) и D (фиг. 2 и фиг. 3) на наружную поверхность трубчатого элемента тонкостенного стакана 1 и внутреннюю поверхность тонкостенной оболочки 2.

При нанесении защитных покрытий на наружную поверхность В трубчатого элемента-стакана 1, сваренного с основанием (фиг. 4) и внутреннюю поверхность тонкостенной оболочки 2 с утолщенным дном (фиг. 2 и фиг. 3) производят защиту места сварки от наличия покрытия на ширину lсв не менее 10 мм.

Затем осуществляют сборку-сварку ранее сваренной подсборки с тонкостеннной оболочкой стыковым замковым швом (фиг. 7, фиг. 8 вид А с фиг. 7).

При сборке и электродуговой сварке стыкового замкового соединения плавящимся электродом в среде защитных газов в один проход в приспособлении обеспечивают технологический зазор 1 мм в месте стыка (фиг. 8). Производят пневмоиспытания герметичности сварных швов, рентгенотелевизионный контроль стыкового сварного соединения и окончательную механическую обработку торцев и резьбовых отверстий (фиг. 7).

Пример.

Тонкостенный стакан 1 (фиг. 1) изготавливают из кружка «а» стали 10 (лист толщиной 5 мм ГОСТ 4041-71) диаметром D0=130 мм и вытяжкой на гидравлическом прессе усилием 100 тс за 6 переходов с промежуточным рекристаллизационным отжигом, при этом пять переходов выполняют вытяжкой без утонения стенки, а последующий шестой переход вытяжкой с утонением стенки с ограничением длины обработки для получения утолщенной стенки на концевом участке заготовки.

Кружок задают толщиной t0, равной 2,5 толщины стенки t1 готового стакана: t0=2,5×t1=2,5×2=5 мм.

Коэффициенты вытяжки и диаметры заготовки на пяти переходах:

1 переход «b», k1=0,72, D1= D0×k1, D1=130×0,72=93,6 (мм);

2 переход «с», k2=0,8, D2=D1×k2, D2=93,6×0,8=74,9 (мм);

3 переход «d», k3=0,85, D3=D2×k3, D3=74,9×0,85=63,65 (мм);

4 переход «е», k4=0,875, D4=D3×k4, D4=63,65×0,875=56,57 (мм);

5 переход «f», k5=0,885, D5=D4×k5, D5=56,57×0,885=50,06 (мм).

Получают заготовку стакана с размерами t0=5 мм, D5=50,06 мм и окончательным внутренним диаметром D5 - 2 t0=50,06-2×5=40,06 мм.

6 переход «g» выполняют со степенью деформации утонения стенки

Получают заготовку стакана под раздачу с размерами:

t1=2 мм, D1=40,06+2t1=44,06 (мм), длина утолщения lут=15 мм.

Затем выполняют раздачу концевой части стакана с диаметра D1=44,06 мм до диаметра D3=82 мм.

Выполняют механическую обработку утолщения с образованием свариваемой кромки под сборку-сварку с размерами tут=5 мм, lут'=10 мм и lсв=10 мм.

Тонкостенную оболочку 2 (фиг. 2) изготавливают из кружка «а» стали 11ЮА (полоса толщиной 22 мм ГОСТ В 19032-73) диаметром D0=150 мм и толщиной t0=22 мм вначале выдавливанием утолщенной части на механическом кривошипно-шатунном прессе с усилием 4000 тс за два перехода «b» и «с» с промежуточным рекристаллизационным отжигом при температуре 650-680°С.

На первом переходе «b» получают заготовку диаметрами D0=150 мм, D2=120,4 мм и высотой 30 мм с плоским дном, на втором переходе «с» диаметрами D1=150 мм, D2=120,4 мм с выпукло-вогнутым дном высотой 35 мм..

Затем выполняют вытяжку с утонением стенки цилиндрической части оболочки за три перехода «d», «е» и «f» с промежуточным рекристаллизационным отжигом при температуре 650-680°С.

Толщины стенок и степени деформации по переходам:

1 переход

t1=(150-120,4)/2=14,8 мм, t2=8 мм,

2 переход

t2=8 мм, t3=5 мм,

3 переход

t3=5 мм, t4=2,3 мм,

Получают оболочку с внутренним диаметром D2=120,4 мм и наружным диаметром D2=120,4+4,6=125 мм.

После этого выполняют обжим и калибровку обжатого участка по внутреннему диаметру на гидравлическом прессе усилием 100 тс.

После обжима и калибровки получают D3=82 мм, lсв=15 мм.

Выполняют механическую обработку с подрезкой торца под сборку-сварку с образованием свариваемой кромки (lсв=10 мм, D3=82 мм) со скосом кромки под углом 45° и притуплением кромки величиной 1 мм.

Как вариант, тонкостенную часть оболочки 2 (фиг. 3) получают из трубной заготовки «а» стали 10 (∅130×2,5 ГОСТ 8734-75) обжимом и калибровкой обжатого участка по внутреннему диаметру и механической обработкой с образованием свариваемой кромки (lсв=10 мм, D3=82 мм) на одном из торцев с углом скоса 45° и притуплением кромки величиной 1 мм (фиг. 3, вид А) и другой кромки на втором торце (фиг. 3 вид Б) с диаметром D4=88 мм, равным диаметру свариваемой кромки донной части, со скосом под углом 45° и притуплением кромки величиной 1 мм.

Получают наружный и внутренние диаметры оболочки 2 (фиг. 3) D2'=110 мм, D2=125 мм, D3=82 мм, D4=88 мм и свариваемые кромки lсв=10 мм

Утолщенную донную часть получают из кружка «а» (фиг. 3) стали 20 (полоса ГОСТ 1577-93) диаметром D0=96 мм толщиной t0=22 мм выдавливанием на механическом кривошипно-шатунном прессе усилием 4000 тс за один переход.

Выполняют механическую обработку свариваемой кромки дна под сборку-сварку (фиг. 3, вид Б) замкового соединения со скосом кромки под углом 45° и притуплением кромки величиной 1 мм.

Выполняют сборку стыкового замкового соединения тонкостенной части оболочки и утолщенной донной части в приспособлении на установки сборки-сварки мод. УСН-250-500А с обеспечением технологического зазора 1 мм в месте стыка и последующую автоматическую сварку плавящимся электродом в смеси защитных газов состава: 80% Ar и 20% СО2.

Тонкостенный стакан 1 и оболочка 2, подготовленные к сборке-сварке (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 7) выполнены с диаметром свариваемых кромок D3=82 мм в соответствии с формулой D3=(0,4-0,6)(D1+D2), то есть 82=(0,4-0,6)(44+120,4)=(0,4-0,6)164,4, итого 82=0,499×164,4, что соответствует формуле изобретения (D3=(0,4-0,6)(D1+D2)), где D1 - наружный диаметр заготовки стакана 1 до раздачи (D1=44 мм); D2 - внутренний диаметр заготовки оболочки 2 до обжима (D2=120,4 мм).

Торцевое основание 3 фиг. 4 изготавливают механической обработкой из заготовки стали 10 из трубы 85×10 ГОСТ 8734-75 размерами: наружный диаметр ∅80 мм, длина свариваемого участка под сборку-сварку замкового углового соединения lсв'=10 мм, диаметр свариваемого участка под сборку-сварку ∅78 мм.

Затем последовательно производят сборку и сварку подсборки в приспособлении на установке УСН-250-500А углового замкового соединения центрального трубчатого элемента - стакана 1 с торцевым основанием 3 (фиг. 4 и фиг. 5 вид А с фиг. 4).

На свариваемых кромках трубчатого элемента - стакана 1 (фиг. 4 и фиг. 6, вид Б с фиг. 4) в местах стыка кромок выполняют скос кромок под углом 45° с притуплением кромки на величину 1 мм для последующей сборки и сварки с тонкостенной оболочкой 2. Проводят пневмоиспытания на герметичность давлением 0,5+0,05 МПа (5,0+0,5 кгс/см2) с выдержкой при этом давлении не менее 1 мин. Просачивание воздуха сквозь стенки и сварной шов не допускается.

Затем наносят защитные покрытия (лак ФЛ-559(2) ГОСТ 14147-80.IV.УХЛ2) на наружную поверхность трубчатого элемента - тонкостенного стакана 1 подсборки (фиг. 4 - покрытие показано пунктиром В) и внутреннюю поверхность тонкостенной оболочки 2 (фиг. 2, фиг. 3 - покрытие показано пунктиром D), при этом производят защиту места сварки от наличия покрытия на ширину lсв=10 мм (фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4).

Выполняют сборку стыкового замкового соединения подсборки (фиг. 4) с тонкостенной оболочкой в приспособлении на установки сборки-сварки мод. УСН-250-500А с обеспечением технологического зазора 1 мм в месте стыка (фиг. 8) и последующую автоматическую сварку плавящимся электродом в смеси защитных газов состава: 80% Ar и 20% СО2 в один проход. Ширина шва 5 мм (min), высота шва 3 мм (max) (фиг. 8).

Проводят пневмоиспытания на герметичность давлением 0,5+0,05 МПа (5,0+0,5 кгс/см2) с выдержкой при этом давлении не менее 1 мин. Просачивание воздуха сквозь стенки и сварной шов не допускается. Рентгенотелевизионный контроль для выявления внутренних дефектов в металле сварных швов и околошовной зоне (непровары, поры, шлаковые включения) осуществляют на рентгеновском аппарате YXLON MG-226/2.25.

Производят окончательную механическую обработку торцев резьбовых отверстий (фиг. 7).

Выполнение способа изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции, в соответствии с изобретением обеспечивает размерную точность, технологичность изготовления, конструктивную прочность сварных соединений не ниже 0,9 от прочности основного металла и эксплуатационную надежность всей сварной конструкции.

Изобретение может быть использовано при производстве сварных сосудов высокого давления в различных хозяйственных областях при изготовлении корпусов огнетушителей, газовых баллонов, баллонов со сжиженным газом для автомобильной промышленности, ресиверов и т.п.

В настоящее время разработана техническая документация, проведены испытания и ведется серийное производство продукции по предложенному способу.

1. Способ изготовления стальной осесимметричной сварной конструкции, содержащей торцевое основание, центральный трубчатый элемент и тонкостенную оболочку, включающий формирование сварочных кромок центрального трубчатого элемента под замковое соединение, сборку подсборок посредством замкового соединения, приварку к центральному трубчатому элементу торцевого основания автоматической сваркой в среде защитных газов, проведение пневмоиспытаний герметичности сварного шва, сборку и сварку полученной подсборки с тонкостенной оболочкой в сварочно-сборочном приспособлении, окончательную механическую обработку и пневмоиспытания герметичности сварных швов внутренним давлением, отличающийся тем, что центральный трубчатый элемент изготавливают из листовой стали в виде кружка в виде тонкостенного стакана вытяжкой без утонения стенки за несколько переходов с промежуточным рекристаллизационным отжигом, на последнем переходе которой выполняют вытяжку с утонением стенки с получением концевого утолщения, раздачу и механическую обработку утолщения с образованием свариваемой кромки под сборку-сварку, тонкостенную оболочку изготавливают с утолщенным дном из листовой стали в виде кружка, причем вначале осуществляют выдавливание донной части, затем вытяжку с утонением стенки цилиндрической части за несколько переходов с промежуточным рекристаллизационным отжигом, или тонкостенную оболочку с утолщенным дном изготавливают сборной из донной и цилиндрической частей, полученную тонкостенную оболочку обжимают и калибруют обжатый участок по ее внутреннему диаметру и механически обрабатывают с подрезкой торца под сборку-сварку, торцевое основание изготавливают из стальной трубной заготовки механической обработкой, затем последовательно производят сборку-сварку в сварочно-сборочном приспособлении углового замкового соединения центрального трубчатого элемента с торцевым основанием, проводят пневмоиспытания, наносят защитные покрытия на наружную поверхность трубчатого элемента и внутреннюю поверхность тонкостенной оболочки, сборку и сварку полученной подсборки с тонкостенной оболочкой осуществляют стыковым замковым швом, производят пневмоиспытания герметичности сварных швов, рентгенотелевизионный контроль стыкового сварного соединения и окончательную механическую обработку.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для изготовления тонкостенного стакана используют листовую сталь в виде кружка, толщиной, равной 2,0-2,5 толщины его стенки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тонкостенную оболочку с утолщенным дном изготавливают сборной из донной части, которую получают из листовой стали в виде кружка выдавливанием и цилиндрической части, которую получают из стальной трубной заготовки с последующей их сборкой-сваркой.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диаметр свариваемых кромок в замковом соединении тонкостенного стакана и тонкостенной оболочки выполняют равным (0,4-0,6)(D1+D2),

где:

D1 (мм) - наружный диаметр заготовки стакана до раздачи;

D2 (мм) - внутренний диаметр заготовки оболочки до обжима.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на свариваемых кромках тонкостенного стакана и тонкостенной оболочки с утолщенным дном в местах стыка кромок выполняют скос кромок под углом 45°, а при сборке и электродуговой сварке стыкового замкового соединения плавящимся электродом в среде защитных газов в один проход в приспособлении обеспечивают технологический зазор 1 мм в месте стыка.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при нанесении защитных покрытий на наружную поверхность тонкостенного стакана, сваренного с основанием, и внутреннюю поверхность тонкостенной оболочки с утолщенным дном производят защиту места сварки от наличия покрытия на ширину не менее 10 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки металла давлением и сварки, а именно к изготовлению тонкостенных сварных корпусов сосудов с концевыми утолщениями из разнородных алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к области авиации, ракетостроения и космонавтики, в частности к лейнерам, которые используются в баллонах высокого давления. Способ изготовления тонкостенного бесшовного лейнера для композитных баков из титановых сплавов включает засыпку гранул из высокопрочного титанового сплава в металлическую капсулу.

Изобретение относится к корпусам для высокого давления из композиционных материалов, используемых, в частности, в двигательных установках, а также может быть использовано во всех конструкциях машиностроительной и химических отраслей, где используются корпусы для газовых и жидких сред.

Изобретение относится к комбинированным баллонам высокого давления из композитных материалов и может быть использовано при изготовлении облегченных баллонов, применяемых на транспорте и для перевозки газов.
Изобретение относится к производству облегченных бесшовных баллонов высокого давления и может быть использовано при изготовлении баллонов из бесшовной трубной заготовки, в том числе и при изготовлении баллонов с наружной оболочкой из композитного материала.

Изобретение относится к конструкциям комбинированных баллонов высокого давления и может быть использовано при изготовлении облегченных баллонов, применяемых на транспорте и для перевозки газов.

Изобретение относится к комбинированным баллонам высокого давления из композитных материалов и может быть использовано при изготовлении облегченных баллонов, применяемых на транспорте и для перевозки газов.

Изобретение относится к транспортному судостроению, средствам морской транспортировки и хранения сжиженного природного газа (СПГ) и касается конструкции мембранной грузовой емкости для его транспортировки и хранения.

Изобретение относится к способу изготовления сварных сосудов высокого давления. Обечайку изготавливают путем свертки листовой заготовки со стыковкой кромок в сборочно-сварочных приспособлениях, прихватки кромок по краям с использованием технологических пластин, автоматической сварки с последующей калибровкой по внутреннему диаметру обечайки и рентгенотелевизионного контроля качества сварного шва.
Наверх