Способ контактной стыковой сварки оплавлением

 

(61) Дополнительное K BBY. CBRp-Bg (22) Заявлено 191278 (21) 2693503/25-27 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Опубликовано 150282. Бюллетень ¹ 6

Дата опубликования описания 15.0282 р м з

В 23 К 11/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (33) УДК 621. 791. .762.5(088.8) С.И.Кучук-Яценко, Б.И.Казымов, В.Ф.Загадарчук, С.A. Солодовников и В.A. Сахарнов

/ (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени ййститут электросварки им. Е.О. Патона (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СТУКОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЯ""

Изобретение относится к сварке, а именно к контактной стыковой сварке оплавлением.

Известен способ контактной стыковой сварки оплавлением, при котором устанавливают припуски на оплавление и осадку, производят оплавление свариваемых торцов изделий при заданном напряжении холостого хода и их осадку (1).

По известному способу припуск на осадку выбирают с учетом температуры границы стыка, оптимальное значение которой принимают 1100-1150 С. Определяя таким образом величино осадки, получаем, что для изделий из проката, например листов толщиной 20 мм, она равна 14 мм. При такой осадке средний угол изгиба составляет не менее 100 . Такая величина припуска на осадку в зоне сварки приводит к значительному искривлению полос поокатки. Большинство образцов,например,. из таких сталей, как Ст.3, стали 20, 17Г1С, 18 Г2АФ, 09Г2, импортной трубной стали класса Х60 при загибе имеют показатели угла загиба намного меньше 100, а некоторые меньше 40.

Вместе с тем, постоянно усложняющиеся условия эксплуатации сварных изделий, например трубопроводов большого диаметра ответственного назначения, предъявляют повьвоенные требования к механическим свойствам и, прежде всего, к показателям, характеризующим пластические свойства соединений. установлено,что при сварке проката пластичность соединений повышается, если угол искривления полос прокатки относительно его продольной оси не превышает критический угол, величина которого равна 25-30. Такое искривление полос прокатки в соединениях можно получить при минимально возможных припусках на осадку. Однако при таких припусках на осадку качественные соединения со стабильными механическими свойствами можно получить только в том случае, если будет установлена зависимость величины максимального зазора 5ак, су ществующего при оплавлении между

25 свариваемыми изделиями перед осадкой, от изменения параметров режима сварки, а также при наличии соответствующего оборудования для точного осуществления осадки на заданную величи30 ну. Существующее оборудование позво904938 ляет производить осадку на заданную величину с высокой точностью.

Цель изобретения — повышение качества соединений и стабильности их механических свойств.

Указанная цель достигается тем, что припуск на осадку устанавливают в пределах 1,2-3,0 величины максимального зазора, образующегося между свариваемыми торцами изделий в процессе оплавления между осадкой.

50

При этом для изделий толщиной от 5 до 20 мм припуск на осадку устанавливают в пределах 1,2-1,8 величины максимального зазора, который 15 определяют по формуле г 3гча7 Ukyg (0к0228 + 0q2)к а для изделий толщиной более 20 мм припуск на осадку устанавливают в пределах 1,5-3,0 величины максималь- 20 ного зазора, который определяют no .

Формуле

"Змеек= tJ „õ (О ю 001 > + О, 62) где Ь3„- максимальный зазор, образующийся между свариваемыми торцами в процессе оплавления перед осадкой, мм;

П „„ -. напряжение холостого хода, В;

30 толщина свариваемых изделий, мм.

На Фиг. lа показано сварное соединение полос, где - — угол искривления полос прокатки относительно его продольной оси; на фиг. lб свариваемые изделия в процессе оплавления, где г -3 — максимальный зазор, образующийся между торцами изделий в процессе оплавления перед осадкойг на фиг. 2а и в — показаны 40 торцы свариваемых изделий до сварки; на .Фиг. 26 и r — то же, перед осадкой, где R„> — протяженность участков оплавляемых торцов, расположенных у поверхности свариваемых 45 изделий, на которых зазop между изделиями увеличивается до максимальной величины.

Зависимость величины максимального зазора от изменения условий сварки устанавливается в результате всестороннего исследования процесса оплавления изделий различной толщины.

Как показывают проведенные исследования, величина +3 „ определяется особенностью образования и разрушения контактов в процессе оплавления.

Ебли зазор в окрестностях контакта достаточно велик, что возможно при большой высоте выступов на оплавляемых поверхностях, то при разрушении контактов íà. поверхностях оплавления .не остается заметных углублений (фиг. 2а и б) . Если этот зазор мал (фиг. Зв), то металл контактов по 65 мере своего расплавления вытесняется электродинамическими силами н зазор, образуя участок сваривания, которнй характеризуется металлической связью между свариваемыми изделиями. В связи с этим нагрев этого участка происходит по всей его поверхности одновременно. Глубина кратера, .образующегося при выплавлении участка сваривания, тем больше, чем больше площадь этого участка, которая, в свою очередь, определяется градиентом температурного поля впереди фронта плавления (фиг. 2г),Величины градиентов различны в том случае, если отличаются условия отвода тепла на этих участках. у края образцов теплоотвод меньше, чем в центре поверхности оплавления, а ! следовательно, меньше глубина кратера. Поэтому по мере перемещения

Фронта плавления от центра поверхностей оплавления к ее краю, глубина кратера уменьшается.

При достаточно большой толщине образцов отвод тепла при перемещении фронта плавления на определенном расстоянии от края поверхности оплавления (фиг. 2г) остается неизменным. В данном случае независимо от расположения контакта его нагрев соответствует схеме нагрева полубесконечного тела точечным источником. Поэтому при толщине элемента свариваемого сечения, превышающей

2Eqp, максимальная глубина кратера, а следовательно, и максимальная величина зазора между деталями, мало зависит от толщины свариваемых изделий. Экспериментальным путем установлено, что величина 1р =9-10 г, Следовательно, изменение толщины свариваемого изделия свыше 18-20 мм не оказывает существенного влияния на величину и,, как это наблюдается при толщинах менее 18 мм, Экспериментально установлено, что максимальный зазор между деталями изменяется прямо пропорцибнально их толщине, но скорость изменения величины Ь3 „ при сварке изделий толщиной менее 18 мм значительно больше, чем при сварке изделий толщиной свыше 20 мм.

Нагрев металла участков определяется не только условиями теплоотвода, но и проводимостью этих участков. С увеличением напряжения холостого хода Ug„„ проводимость повышается. Поэтому при высоких значениях

Ug создаются более благоприятные условия для увеличения площади. участка сваривания. Кроме этого, при высоких напряжениях выплавляется большее количество металла в единицу времени. В связи с этим в зазоре между изделиями впереди фронта плавления накапливается большое коли904938 чество расплавленного металла, образующего участок сваривания. В результате глубина кратеров, а следовательно, и максимальный зазор между деталями, увеличивается. Исследования показывают, что максимальный 5 зазор между свариваемыми изделиями изменяется прямо пропорционально напряжению холостого хода, причем подобная зависимость сохраняется при сварке иэделий всех толщин.

От других параметров режима сварки величина максимальногo зазора не зависит. Например, при оплавле" нии на различных скоростях изменяется только конфигурация кратеров на оплавляемых поверхностях. С повыше35 нием скорости их края становятся более пологими, но глубина при этом остается неизменной.

На основании полученных данных выводят эмпирические формулы, определяющие величину максимального зазора между свариваемыми изделиями при оплавлении. Для толщин от 5 до

20 мм - ц = Ъхх (О ю 0223 + О, 200) и для толщин свыше 20 мм

e x = UR

Устанавливая минимально возможную величину осадки, равную 35 х 1 1 х Ъ и ах качественные соединения можно получить толь:;o при определенной ширине зочы разогрева. Однако ширина зоны разогрева зависит от ряда факторов и изменяется в широких пределах, Например, ширина зоны разогрева обычно увеличивается с увеличением толцины свариваемых изделий. Ее величина изменяется в зависимости от режима сварки: она меньше при сварке на жестких, режимах, чем на мягких, Ширина зоны разогрева особенно зависит от метода сварки оплавлением: при сварке непрерывным оплавлением она уже„ чем при сварке оплавлением 5О с предварительным подогревом, Поэтому припуск на осадку выбирают в пределах (1,2-3, G) х D3 ах > устанавливая ее значение в зависимости от ширины зоны разогрева. 55

При сварке изделий толщиной

5-20 мм на жестких режимах, характеризующихся малым термическим циклом, т.е. относительно малой зоной разогрева, при на осадку устанавливают в пределах (1, 2-1, 5) -",„ах. а

Например, при сварке непрерывным оглавлением труб из стали 20 диаметром ?.19 мм и толщиной стенки 12 мм на контактно-стыковой машине К-584 с длительностью термического цикла

60 с при напряжении Q„, = 8 припуск яа осадку устанавливают

6 с= 4 мм: ас-— -1, 3. Ьg х, где >р, „=б, 5 (Î, 022х х1?+О, 200) =3, 01 мм, й,х=1,3 3,01=3,913 ыл, Ьо = 4 мм, При сварке изделий такой же толщины (от 5 до 20 мм} на мягких режимах, отличающихся большим термическим циклом, припуск на осадку устанавливают в пределах (1„5-1,8)Ийцц,.

Например, при сварке непрерывным оплавлением импортных труб класса

Х60 диаметром 1420 мм и толщиной стенки 18 мм на контактно-стыковой машине К-700 с длительностью терми ческого цикла 150 с при напряжении — 7,08 припуск на осадку устанавливают Л

Ьос =1, 7 Лб„ ах, 3 . „=7 (О q 022 18+

+0,200) =4,17? m<, Ла-„=1,7 4, 172 =7, 092 мм, >oc = 7 мм.

При соединении пластин из сталей

Ст.3, 17ГЧС, 09Г2 толщиной 20 мм и шириной 200 мм на сварочной машине

К-190 методом непрерывного оплавления с длительностью термического цикла 100 с при напряжении U xx = 6,8 В припуск на осадку устанавливают .Ьос= 6,5 мм:

Ь,с= 1,5. З.ах, где Лд х

6,8 (0,022 20 + 0,200) = 4 в35 мм

Ьас =1,5 4с 35=бк 525 i Асс= 6,5 мм, При сварке изделий толщиной свыше 20 мм, например при соединении больших сечений на мягких режимах методом непрерывного оплавления, припуск на осадку устанавливают в пределах (1 с 5-1 i 8 } - ..ах

Например, при сварке пластин из стали 18Г2АФ толщиной 30 мм и шириной 200 мм на машине К-190 с длительностью термического цикла 180 с при напряжении Uzxx 7,2 В припуск на осадку устанавливают ос = 8,5 мм.

При сварке изделий толщиной свыше 20 мм, например при соединении больших сечений методом оплавления с предварительным подогревом, припуск на осадку устанавливают в пределах (1,8-3,0) Ь3,„„х. о

Например, при сварке пластин из стали Ст.3 толщиной 50 мм и шириной

180 мм на машине К 190 с общей длительностью термического цикла 200 с при напряжении П хх = 7,5 В припуск на осадку устанавливают Apc= — 13 мм: хас = 2 5 Зи ах, где х3иах =

7,5 (0,001 50 + 0,620) = 5,1 мм, Ах = 2 5 5, 1 = 12, 75 мм, A = 13 мм.

Предлагаемый способ сварки позволяет получать высококачественные соединения- со стабильными показателями механических свойств. Это подтверждается всесторонними испытаниями различных соединений, выполненных предлагаемым способом сварки, 904938

Вс» соединения указанных изделий, сваренные предлагаемым способом (ос!(Озные параметры режима сварки приведены) имеют высокие и стабильные механические свойства.

Из общего количества образцов, изгиб (всегo 524 о6 разца) только 0,9Ъ (2 образца из соединения толщиной 30 мм и 3 образца из соединений толщиной 50 мм) имеют угол загиба оТ 100 до 180" остальные

1О образцы (99, 1О ) имеют угол загиба соединений толщиной 30 мм 174, а толщиной 50 мм — 163".

Сварка известными способами позволяет получать соединения, средний угол загиба которых составляет только 100, при минимальных углах загиба

40 и менее.

Все образцы, испытанные на разрыв (всего ?б2 образца), имеют показатели на уровне основного металла. 20

Применение предложенного способа для сварки изделий из проката позволяет поднять механические свойства соединений„ выполненных сваркой оплавлением, до уровня, предъявляе" мого к ответственным сварным конструкциям, например к газо- и нефтепроводам большого диаметра, прокладываемым в районах Крайнего Севера, а также к паропроводам высокого давления тепловых электростанций. Это дает возможность применять такой высокопроизводительный и автоматизированный метод сварки, каким является контактная стыковая сварка оплавлением, с большим экономическим эффектом. родовой экономический эффект от внедрения одного сварочного комплекта при строительстве газопроводов диаметром 1420 мм составляет 4О

1855 - тыс. руб. Повышение надежности сварных соецинений расширяет объем внедрения,цанного метода сварки, что дает народному хозяйству большую экономию. 45

Использование предложенного способа на практике позволяет также уменьшить величину грата, который необходимо удалять со ""âàðíbiõ стыков после сварки. B результате значитель- у) но сокращается трудоемкость его удаления и в целом повышается производительность сварки. Это, в свою очередь, уменьшает затраты на обработку сварного стыка. В результате уменьшения припуска на осадку снижается расход свариваемого металла, Например„ при сварке труб диаметром

1420 мм с толщиной стенки 18 мм за счет применения новой технологии экономится около 4 кг металла на один сварной стык.

Фсрмула изобретения

1. Способ контактной стыковой сварки оплавлением,преимущественно изделий из проката толщиной более

5 мм, при котором устанавливают припуски на оплавление и осадку, производят оплавление свариваемых торцов изделий при заданном напряжении холостого хода и их осадку, отличающийся тем, что, с целью повышения качества соединений и стабильности их механических свойств, припуск на осадку устанавливают в пределах 1,2-3,0 величины максимального зазора, образующеГося между свариваемыми торцами изделий в процессе оплавления перед осадкой.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что при сварке из,целий толщиной от 5 до 20 мм припуск на осадку устанавливают в пределах 1,2-1„8 величины максимального зазора, который определяют по формуле

+5» x = U2 хх (0 i 022 - + 0 2) где Ь,„с,„— максимальный з аз ор, образующийся между свариваемыми торцами в процессе оплавления перед осадкой, мм;

Б,, — напряжение холостого хода, В; б — толщина свариваемых изделий, мм.

3. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что при сварке изделий толщиной более 20 мм припуск на осадку устанавливают в пределах

1,5-3,0 величины максимального зазора, который определяют по формуле 5»yx = Ugxx(0, 001 + О, 8?) гДе Ag! Ixx максимальный зазоР, обРазующийся между свариваемыми торцами в процессе оплавления перед осадкой, мм1 напряжение холостого хода, В; толщина свариваемых изделий, мм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лившиц В.С. и др. Выбор оптимальной осадки при контактной сварке стальных труб оплавлением. †Строительство трубопроводов, 1966, Р 9.

904938 спи

Составитель В. Влодавская

Редактор Л. Алексеенко Техред Т. Маточка Корректор Г. Огар

Тираж 1150 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 225/20

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектиая, 4