Способ контактной стыковой сварки оплавлением



Способ контактной стыковой сварки оплавлением
Способ контактной стыковой сварки оплавлением
Способ контактной стыковой сварки оплавлением
Способ контактной стыковой сварки оплавлением
Способ контактной стыковой сварки оплавлением
Способ контактной стыковой сварки оплавлением
Способ контактной стыковой сварки оплавлением
B23K101/06 - 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 2644484:

Чирсков Владимир Александрович (RU)

Изобретение может быть использовано при стыковой контактной сварке, в частности, магистральных, промысловых и морских трубопроводов. Концы свариваемых труб центрируют в сварочной оснастке с обеспечением припуска на оплавление и осадку. Осадку разогретых сварочным током концов труб производят путем приложения пульсирующей нагрузки до величины относительной истинной деформации торцов свариваемых труб в зависимости от максимальной толщины деформированной части стыка свариваемых труб и исходной толщины их стенок. Определяют удельный единичный импульс максимального усилия осадки в зависимости от удельного усилия осадки и времени действия упомянутого единичного импульса с учетом эмпирического коэффициента. Удельное усилие осадки выбирают в зависимости от предела текучести свариваемых деталей при температуре осадки и частоты пульсации нагрузки при осадке в интервале 1,0-25 Гц, а время задают в интервале 0,01-1 с. Частоту пульсации нагрузки изменяют в процессе осадки пропорционально ее величине. Способ обеспечивает повышение качества сварного соединения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к прессовым методам сварки, в частности к стыковой контактной сварке металлов оплавлением, и может найти применение, преимущественно, при сварке магистральных, промысловых и морских трубопроводов, как большого, так и малого диаметров в нефтяной и газовой промышленности.

При контактной стыковой сварке образование сварного соединения обычно производят при постоянной нагрузке, приложенной к свариваемым изделиям в процессе осадки. При этом осадку выполняют либо до ее автоматической остановки (до упора) из-за нехватки усилия, либо до заданных параметров перемещения подвижной части сварочной машины при осадке [Контактная стыковая сварка оплавлением. С.И. Кучук-Яценко, Киев, Наукова думка, 1992 г.; Прессовые методы сварки магистральных и промысловых трубопроводов. В.С. Лившиц. М.Д. Литвинчук. Издательство «Недра». 1970 г. и др.].

Существенным недостатком известных способов является то, что в первом случае это приводит к снижению качества сварного соединения из-за разной величины деформации торцов при изменении температурного поля, возникающего в процессе оплавления, в во втором случае усилие осадки должно быть больше необходимого, чтобы компенсировать изменения температурного поля возникающего в процессе оплавления и также не обеспечивает получения стабильного качества сварного соединения из-за разной деформации торцов. Это существенно увеличивает потребляемую мощность процесса осадки и приводит к увеличению весовых характеристик силовых элементов конструкции сварочных установок. Особенно это чувствительно при сварке толстостенных изделий (например труб), когда требуется приложение больших усилий осадки.

Известен также способ контактной стыковой сварки оплавлением [RU 2296655 С2, В23K 11/04, 10.04.2007], включающий оплавление свариваемых рельсов и осадку на заданный припуск, в процессе которой определяют усилие сдавливания, при этом в процессе осадки определяют удельное усилие сдавливания как частное от деления усилия сдавливания на площадь поперечного сечения рельса, по которому судят о тепловложении в свариваемые рельсы при оплавлении, сравнивают вычисленное значение удельного усилия сдавливания с пороговым значением удельного усилия сдавливания, при равенстве вычисленного и порогового значений удельного усилия сдавливания цикл сварки завершают, а при превышении вычисленным значением удельного усилия сдавливания порогового значения определяют разность между вычисленным и пороговым значениями, которую используют в качестве количественного показателя электрической энергии, требуемой для дополнительного ввода в сварное соединение, определяют произведение разности вычисленного и порогового значений удельного усилия сдавливания на константу С, лежащую в пределах от 0,7 до 0,85 кВт×ч×мм2/кг в зависимости от марки стали рельсов, подают на сварное соединение напряжение и контролируют количество дополнительно вложенной электрической энергии, причем при достижении дополнительно вложенной электрической энергией значения, определяемого произведением разности вычисленного и порогового значений удельного усилия сдавливания на константу С, напряжение отключают, а цикл сварки завершают.

Недостатком этого технического решения является необходимость установки удельного давления больше требуемого порогового значения, что существенно сказывается на весовых характеристиках сварочной установки и по существу определяет режим послесварочной термической обработки сваренного стыка. Поэтому это техническое решение имеет относительно узкую область применения, преимущественно, для сварки рельсов.

Кроме того, известен способ контактной стыковой сварки труб [RU 2378091 С2, B23K 11/02, 10.01.2010], включающий размещение и фиксацию конца трубы с заглублением в сварочной оснастке, разогрев сварочным током сжатых торцами конца трубы и заглушки, имеющей участок, ввариваемый в стенку трубы, диаметром больше внутреннего, но меньше наружного диаметра трубы, и последующую вварку заглушки в стенку трубы с переменной скоростью продвижения заглушки, при этом конец трубы на участке длиной 1,5-3 толщины стенки трубы размещают на участке сварочной оснастки, электрическое сопротивление которого меньше сопротивления материала участка трубы в зоне сварки, разогрев сварочным током сжатых торцами конца трубы и заглушки осуществляют за счет контактного сопротивления в стыке между торцом трубы и заглушки и местом подачи сварочного тока в трубу, расположенным на расстоянии, равном 1,5-3 толщины стенки трубы от ее конца, а разогрев свариваемых деталей при сварке ведут до образования общей по длине сварного соединения зоны термического влияния с шириной в центральной части сварного соединения, равной 0,1-3 толщины стенки трубы.

Недостатком способа является его относительно высокая сложность, вызванная использованием заглушки, относительно большое усилие осадки и относительно низкое качество сварного соединения.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ контактной стыковой сварки труб [SU 1400821 А1, B23K 11/04, 07.06.1988], при котором свариваемые торцы деталей оплавляют в герметичной камере, которую устанавливают на свариваемые детали при оплавлении на повышенной скорости за промежуток времени до осадки, определяемый по экспериментальному коэффициенту, максимальному искровому зазору и средней скорости оплавления.

Недостатком способа является его относительно высокая сложность, вызванная необходимостью создания относительно большого усилия осадки и создания относительно высокой скорости оплавления, а также относительно низкое качество сварного соединения.

Задачей изобретения является создание способа, отличающегося простой, использованием относительно малого усилия осадки и обеспечивающего повышенное качество сварного соединения.

Требуемый технический результат заключается в снижении усилия осадки в процессе сварки и повышении качества сварного соединения.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в способе, включающем размещение концов свариваемых труб в сварочной оснастке, их центрирование с обеспечением припуска на оплавление и осадку, при этом в процессе сварки концы труб разогревают сварочным током до оплавления и производят их осадку, согласно изобретению, осадку разогретых сварочным током концов труб производят путем приложения пульсирующей нагрузки до величины относительной истинной деформации торцов свариваемых труб, равной

где hmax - максимальная толщина деформированной части стыка свариваемых труб,

ho - исходная толщина стенок свариваемых труб,

при этом удельный единичный импульс максимального усилия осадки Р определяют из выражения Р=ϕFt, где F - удельное усилие осадки, t - время действия упомянутого единичного импульса, ϕ - эмпирический коэффициент, равный 1.1-3.5, причем удельное усилие осадки F выбирают в зависимости от предела текучести свариваемых деталей при температуре осадки и частоты пульсации f нагрузки при осадке в интервале 1,0-25 Гц, а время задают в интервале 0.01-1 с.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что частоту пульсации f нагрузки изменяют в процессе осадки пропорционально ее величине.

На чертеже представлены:

на фиг. 1 - временной график пульсирующего давления (t - время действия пульсирующей нагрузки, Т - период пульсации, Р - удельный единичный импульс максимального усилия осадки);

на фиг. 2 - зависимость величины осадки от величины удельного давления при различных частотах пульсации (график 1 - f = 5 Гц, график 2 - f = 15 Гц, график 3 - f = 25 Гц);

на фиг. 3 - зависимость величины удельного давления от частоты пульсации;

на фиг. 4 - изменение микротвердости сварного соединения при частоте пульсации 15 Гц;

на фиг. 5 - зависимость прочности сварного соединения от величины истинной деформации торцов труб.

Способ контактной стыковой сварки оплавлением реализуется следующим образом.

В предлагаемом способе размещают концы свариваемых труб в сварочную оснастку (сварочную машину), центрируют их стык с обеспечением припуска на оплавление и осадку, разогревают в процессе оплавления сварочным током концы труб и производят осадку концов нагретых труб. Выполнение процесса осадки осуществляют с приложением пульсирующего давления (фиг. 1) с удельным единичным импульсом максимального усилия осадки Р, определяемым по формуле Р=ϕFt. При этом время t действия импульса максимального усилия осадки задают в интервале 0.01-1 c при частоте пульсации в интервале 1,0-25 Гц. Такой диапазон применения пульсирующей осадки обусловлен тем, что на начальном этапе образования сварного соединения (1-3 мм осадки) необходимо быстро закрыть соединяемые поверхности концов труб (что обеспечивается при низкой частоте пульсации), предохраняя их от окисления кислородом воздуха, а затем создать условия для разрушения в процессе пульсирующей деформации (при образовании) тонких окисных плен (что обеспечивается при более высокой частоте пульсации). При частоте более 25 Гц увеличивается «наклеп» металла за счет увеличения числа дислокаций в металле, что приводит к увеличению твердости соединения и потери его пластичности.

При пульсирующей осадке за промежутки времени t действия импульса силы, определяемые частотой пульсации, деформируются небольшие объемы свариваемых торцов, для чего может быть использована меньшая энергия деформации, а следовательно, выполнена меньшая работа внешних сил.

Для исследования влияния пульсирующего нагружения на механические свойства соединения и требуемое усилие осадки при стыковой контактной сварке, было разработано и изготовлено специальное устройство, которое позволило изменять частоту пульсации f в пределах 1,0-25 Гц и изменять единичный импульс приложения нагрузки в диапазоне скоростей перемещения подвижной части сварочной машины от 30 до 70 мм/с.

Как показали исследования, кинетика образования сварного соединения при пульсирующей осадке отличается тем, что создает более благоприятные условия для разрушения и выноса окисных включений из зоны сварки. При этом, с увеличением частоты пульсации, усилие осадки для одной и той же величины деформации торцов (перемещения подвижной части сварочной машины) снижается (фиг. 2). Причем снижение удельного усилия осадки пропорционально частоте приложения нагрузки (фиг. 3) и определяется зависимостью:

F=(σтемп гр. ст-0,11f),

где: σтемп гр. ст - предел текучести металла при температуре до которой выполняется осадка (для малоуглеродистых сталей температурой границы стыка является температура 1200°С, а предел текучести составляет 4.5 кг/мм2, f - частота пульсации, 0,11 кг/мм2Гц - эмпирический коэффициент для малоуглеродистых и низколегированных трубных сталей).

Испытания на растяжение сварных соединений, полученных пульсирующей осадкой в диапазоне предлагаемых частот показали некоторое увеличение прочности и твердости в стыке, которое не повлияло на пластичность стыка. Угол загиба во всех случаях составлял 180°. Это объясняется небольшим увеличением плотности дислокаций в зоне стыка. Замеры распределения твердости в сварном соединении подтверждают полученные результаты (фиг. 4). Одновременно проведенные исследования показали, что при относительной истинной деформации торцов в указанных пределах

достигается равнопрочность сварного соединения (фиг. 5).

Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям, достигается требуемый технический результат, заключающийся в снижении усилия осадки в процессе сварки и повышении качества сварного соединения.

1. Способ контактной стыковой сварки оплавлением, включающий размещение концов свариваемых труб в сварочной оснастке, их центрирование с обеспечением припуска на оплавление и осадку, при этом в процессе сварки концы труб разогревают сварочным током до оплавления и производят их осадку, отличающийся тем, что осадку разогретых сварочным током концов труб производят путем приложения пульсирующей нагрузки до величины относительной истинной деформации торцов свариваемых труб, равной

где: hmax - максимальная толщина деформированной части стыка свариваемых труб,

ho - исходная толщина стенок свариваемых труб,

при этом удельный единичный импульс максимального усилия осадки Р определяют из выражения Р=ϕFt, где F - удельное усилие осадки, t - время действия упомянутого единичного импульса, ϕ - эмпирический коэффициент, равный 1,1-3,5, причем удельное усилие осадки F выбирают в зависимости от предела текучести свариваемых деталей при температуре осадки и частоты пульсации f нагрузки при осадке в интервале 1,0-25 Гц, а время задают в интервале 0,01-1 с.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту пульсации f нагрузки изменяют в процессе осадки пропорционально ее величине.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при изготовлении длинномерных рельсов и бесстыковых плетей для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта.

Изобретение может быть использовано для контактной стыковой сварки оплавлением прутков или стержней, выполняемых на специализированных сварочных машинах, устанавливаемых в волочильном производстве для укрупнения бунтов проволоки или в строительстве при соединении арматурных стержней.

Изобретение может быть использовано для сварки рельсовых стыков в пути. Один из двух корпусов машины расположен подвижно относительно другого.

Изобретение может быть использовано для контактной стыковой сварки оплавлением коротких изделий компактного сечения, например прутков или стержней, выполняемой на специализированных сварочных машинах.

Изобретение относится к ядерной технике. Способ сборки поглощающего элемента (ПЭЛ) ядерного реактора включает подготовку оболочки в виде трубы, герметизацию ее аргоно-дуговой сваркой с одного торца с помощью нижнего наконечника, имеющего коническую форму, загрузку оболочки поглощающими материалами в виде таблеток или порошка, фиксацию поглощающего материала от осевого перемещения c установкой прокладки при порошкообразном состоянии поглощающего материала, герметизацию оболочки с другого торца контактно-стыковой сваркой с помощью верхнего наконечника, содержащего утяжеляющую часть.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой оплавлением стальной детали, в частности подшипникового кольца. При осуществлении стыковой сварки производят оплавление и осадку с получением сварного шва (24).

Изобретение может быть использовано для соединения секций железнодорожных рельсов стыковой сваркой оплавлением с использованием виброоборудования. Предварительно осуществляют настройку и прикрепление виброоборудования на железнодорожный рельс.

Настоящее изобретение относится к шовообжимной клети. Она включает в себя комбинацию неподвижного участка 10, установленного в месте соединения линии производства свариваемых электросваркой сопротивлением труб, в котором обжимные валки, за исключением левого и правого верхних валков, разъемно собраны, и подвижного участка 20, располагающегося над неподвижным участком 10, внутри которого левый и правый верхние валки разъемно собраны, при этом подвижный участок наклоняется, принимая сторону задней поверхности в качестве точки поворота, по направлению к этой же стороне из положения сборки на неподвижном участке 10 в отведенное положение для открывания верхней части неподвижного участка 10.

Изобретение относится к улучшенному кольцу подшипника и способу его изготовления. Кольцо (160) подшипника имеет внутреннюю и наружную периферию, также имеет дорожку качения для элементов качения на одной из упомянутых периферий, причем кольцо подшипника имеет зубчатую структуру на одной из упомянутых периферий, а также имеет по меньшей мере одно сварное соединение (151).

Изобретение может быть использовано при изготовлении детали подшипника, например в виде сварного кольца или сегмента кольца, которая подвергается переменным механическим напряжениям, в частности, при качении или качении и скольжении.

Изобретение относится к способу дуговой сварки трубопроводов. Выполняют разделку кромок торцов труб под сварку, сборку труб и предварительный подогрев кромки торцов труб при температуре от 180 до 270°С.

Изобретение относится к способу дуговой сварки тройникового соединения магистрального трубопровода в виде трубы и велдолета. Выполняют технологическое отверстие в трубе.

Изобретение относится к способу электродуговой сварки велдолетов из аустенитных сталей с трубами из низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Выполняют технологическое отверстие в упомянутой трубе, разделывают кромки под сварку и осуществляют предварительный подогрев кромок.
Изобретение может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из термически неупрочняемых алюминиевых сплавов с применением сварки трением с перемешиванием.

Изобретение может быть использовано для получения неразъемных соединений деталей из разнородных материалов, одна из которых выполнена из пластичного металла. В первой детали (1) выполняют резьбовые отверстия (2).

Изобретение может быть использовано при пайке многокристальных силовых полупроводниковых приборов в восстановительной или инертной среде. В отверстие многоместной кассеты предварительно вставляют вспомогательную стеклянную втулку и загружают соединяемые детали сборки полупроводникового прибора, выполненные в виде полупроводниковых кристаллов, теплоотводов и выводов.

Изобретение может быть использовано при изготовлении длинномерных рельсов и бесстыковых плетей для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта.
Изобретение может быть использовано для изготовления сверхпластичных слоистых листов из алюминиевого сплава с повышенной коррозионной стойкостью. Проводят химическую обработку последовательно 40%-ным раствором NaOH в воде, 5%-ным раствором HNO3 в воде и тетрахлорметаном контактных поверхностей высокопрочной плиты толщиной 13-13,5 мм, состоящей из сплава на основе алюминия, содержащего, мас.

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва толстостенных трубных заготовок. Технический результат: повышение качества сварного шва при сварке заготовки стыка кромок как с максимально допустимым зазором, так и излишним зазором.

Изобретение может быть использовано для получения сваркой трением соединения «труба - трубная решетка», например, при изготовлении теплообменных аппаратов. На свариваемых торцах трубы и трубной решетки устанавливают шайбу, внутренний диаметр которой равен проходному сечению трубы, внешняя ее поверхность имеет коническую и цилиндрическую части, а кромки трубы и отверстия трубной решетки имеют внутренние конические поверхности с углом скоса, соответствующим углу скоса конической поверхности шайбы.

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки (ЭЛС) кольцевых швов в вакууме титановых сплавов. Способ включает подготовку кромок под сварку, сборку их встык, плавление электронным лучом свариваемого стыка. Подготовку кромок выполняют с обеспечением радиального зазора между подкладным элементом и свариваемым стыком. Зазор образуют предварительной проточкой стыкуемых деталей, а подкладным элементом служит часть одной из стыкуемых деталей после ее проточки. Затем осуществляют электронно-лучевую сварку, используя круговую развертку пучка. Острый фокус электронного луча располагают выше поверхности свариваемого изделия. Величина зазора между свариваемыми кромками и подкладным элементом составляет от 0,5 до 1 толщины свариваемого стыка. Электронный пучок с круговой разверткой фокусируют выше поверхности изделия на расстоянии от поверхности свариваемых кромок до точки острой фокусировки луча не менее 2 и не более 3 толщин свариваемого стыка. В результате изобретение позволяет получить плавное формирование обратного валика, исключить попадание продуктов сварки во внутренние полости изделия, а электронного луча - на поверхности деталей за сварным соединением, тем самым повысить качество кольцевого сварного соединения. 2 ил.

Изобретение может быть использовано при стыковой контактной сварке, в частности, магистральных, промысловых и морских трубопроводов. Концы свариваемых труб центрируют в сварочной оснастке с обеспечением припуска на оплавление и осадку. Осадку разогретых сварочным током концов труб производят путем приложения пульсирующей нагрузки до величины относительной истинной деформации торцов свариваемых труб в зависимости от максимальной толщины деформированной части стыка свариваемых труб и исходной толщины их стенок. Определяют удельный единичный импульс максимального усилия осадки в зависимости от удельного усилия осадки и времени действия упомянутого единичного импульса с учетом эмпирического коэффициента. Удельное усилие осадки выбирают в зависимости от предела текучести свариваемых деталей при температуре осадки и частоты пульсации нагрузки при осадке в интервале 1,0-25 Гц, а время задают в интервале 0,01-1 с. Частоту пульсации нагрузки изменяют в процессе осадки пропорционально ее величине. Способ обеспечивает повышение качества сварного соединения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх