Способ изготовления сварных соединений

(19) (11 3 К 28 1"ь1 ЗОБРЕТЕНИ ТОР СКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ о СССР1982.СССР1984. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХСОЕДИНЕНИЙ, при котором осуществляютодновременно со сваркой стыкуемыхкромок пластическое деформирование кромок и сварного шва роликами, расположенными последовательно перед и за сварочной горелкой, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества сварных соединений высокопрочных сталей с температуройо вторичной кристаллизации ниже 400 С путем снижения уровня остаточных сварочных напряжений, при одновременном устранении сварочных деформаций коробления, деформированию подвергают стыкуемые кромки основного металла при 40+5 С и степени деформацииоЕ =6-8 Е с одновременным деформированием металла шва при 150+20 С и степени деформации Е =10-127.1 12209Изобретение относится к сварке иможет быть использовано в различныхотраслях народного хозяйства при производстве изделий преимущественно изсталей аустенитного и ферритного клас. 5са с повышенными требованиями к механическим свойствам и герметичностисварных соединений.Целью изобретения является улучшение качества сварных соединений из 10высокопрочных сталей с температуройовторичной кристаллизации ниже 400 Спутем снижения уровня остаточных сварочных напряжений при одновременномустранении сварочных деформаций коробления.Указанная цель достигается тем,что деформированию подвергаются стыкуемые кромки основного металла при40+5 С и степени деформации Е =б20с одновременным деформированием меоталла при 150+20 С и степени деформации Я =10-12,При этом последовательно протекаюттри зависимых друг от друга процесса. 25Первый процесс. При деформированииароликом стыкуемых кромок при 40+5 Си степени деформации Е =6-87 в зонеконтакта ролика с основным металломна расстоянии 8 мм от линии стыка по ЗОобе стороны протекают продольные упру 1.гопластические деформации удлиненияволокон и образуется поле сжимающихостаточных напряжений, В зоне, неподвергнутой прокатке из-за наличияформирующей канавки, образуется полерастягивающих напряжений.Кроме того, ролик впереди дугиспособствует предотвращению депланации кромок, которая часто приводит 40к появлению резкого перехода усиления и проплава к основному металлу.Указанные параметры найдены экспериментальным путем и являются дляданного процесса оптимальными. 45Второй процесс. Сварка. В этомслучае протекают процессы в соответствии с известным механизмом образования напряжений и деформаций. Приостывании металла происходит укорочение волокон как в продольном, таки в поперечном направлениях, возникают растягивающне сварочные напряжения, появляются поверхностные концентраторы - резкий переход от основного к наплавленному металлу. Однакопредварительно созданное поле растягивающих напряжений от прокатки роликом стыкуемых кромок основного металла перед сварочной дугой способствует снижению скорости развития пласттическихдеформаций и уменьшению величин деформаций укорочения в околошовной зоне на стадии нагрева впереди движущегося источника тепла. При этом поле сжимающих напряжений (в первом процессе) снижает скорость развития пластических деформаций удлинения и их величину на стадии остывания за источником нагрева по сравнению со сваркой по ненапряженному металлу. Пластические деформации укорочения имеют место, но в меньшей степени, чем после сварки без предварительного деформирования. Указан- ные изменения пластических деформаций найдены экспериментальным путем. Следует отметить существенные улучшения геометрии сварочного шва и его качества.Третий процесс. Прокатка роликом металла шва на стадии выравниванияо температурного поля Т=150+20 С и Е =10-123 удлиняет укороченные волокна, компенсируя тем самым величину укорочения волокна, оставшуюся от сварки. Пластическая деформация при прокатке роликом протекает как в продольном, так и в поперечном направлениях, а также в направлении толщины. При этом происходит значительное снижение уровня остаточных сварочных напряжений. Одновременно происходит устранение и деформаций орабления. Снижение уровня остаточых напряжений, устранение концентратов, таких как неровности усиления и проплава шва, резкий переход от нап лавленного к основному металлу способствует предотвращению опасности хрупкого разрушения сварных конструкций, повышая тем самым их надежность при эксплуатации под давлением.Указанные значения параметров режимов деформирования являются оптимальными для данного процесса и найдены экспериментальным путем.Повышение температуры деформироваония до 180.С хотя и оказывает влияние на величину и характер распределения остаточных напряжений, но при этом происходит перераспределение напряжений, величина напряжений остается на высоком уровне, что может отрицательно сказаться на надежности сварной конструкции3 12Деформирование роликом при 120 ОСзаметно снижает пластические свойства металла шва вследствие наклепа, остаточные напряжения не снижаются, а перераспределяются, деформации корабления сохраняются на достаточно высоком уровне.На фиг. 1 изображено распределение остаточных сварочных напряжений; на фиг. 2 - сварочные деформации корабления.В таблице показана зависимость состояния сварного соединения от величины прогибов.Способ осуществляют следующим образом.Перед сваркой (в зависимости от температурных условий) прокатывающее устройство устанавливают относительно сварочной горелки на соответствующие расстояния так, чтобы в зоне контакта переднего прокатывающего роли-. ка была температура 40+5 С, а в зоне контакта заднего ролика температурао150120 С. После этого включают уст- . ройства для обеспечения статического усилия с таким расчетом, чтобы при прокатке роликом стыкуемых кромок первый цилиндр обеспечил своим статическим давлением степень деформации 6-8 Ж основного металла, а второй цилиндр роликом создавал степень деформации металла шва 10-127. Затем возбуждают сварочную дугу, приводят в движение привод перемещения сварочного и .деформирующего устройства и начинают подачу присадочной проволоки. При этом один ролик осуществляет деформирование стыкуемых кромок, а второй ролик, обкатываясь по поверхности усиления шва, производит его де. формирование при указанных степенях деформации. Обработку стыкуемых кромок и металла шва производят гладки-. ми роликами с прямолинейной образующей. Такое деформирование позволяет практически полностью устранить деформации корабления и снизить уровень остаточных сварочных напряжений ниже критического, уменьшить опасность хрупкого разрушения металла и переход. ной зоны соединения.При сварке плоских образцов из стали, ЭПтолщиной 2,5 мм (сварочный ток 190 А, скорость сварки 16 м/ч). расстояние между осью переднего ролика, обкатывающего15 Состояние.сварногосоединения Величины прогибов,мм 20 4,2 4,1 4,1 4,2 Сварка Прокатка25 при, С 28 29 30 27 О,2 0,3 0,2 0,2 1,2 1,1 1,2 1,2 180 150+2030130 При диаметре ролика 40 мм с учетом 35степени деформации 10-12 Х усилие наролике не более 4000 кгс.Внедрение способа при изготовлении изделий из высокопрочных сталейс температурой вторичной кристаллизации ниже 400 С позволяет устранитьонаиоблее опасные для сварных соединений дефекты: продольную и поперечную волнистость усиления и проплавашва, резкий переход от наплавленного 45,к основному металлу; значительноуменьшить опасность хрупкого разрушения по металлу шва и переходнойзонесварного соединения при статическихи переменных нагрузках; снизитьуровень остаточных сварочных напряжений до уровня ниже критического(15-20 кгс/мм); практически.полностью исправить сварочные деформации корабления от продольного шва, 55 выражающиеся в искажении геометрической формы изделия. 20913 4стыкуемые кромки, и осью электродасварочной горелки А=55,мм, что соОответствует температуре 40+5 С.Учетом степени деформации в пределах 6-87. при диаметре ролика40 мм усилие на ролике должно бытьне более 3600 кгс. Расстояние междуосью электрода сварочной горелки ивторым прокатывающим роликом, которыйобкатывается по усилению шва,В=125 мм, что соответствует температуре в очаге деформации под роликом 150+20 С.1220913кг/рмтк авитель З.Хаустовахред И.Гайдош Корректор Л.Латайт СоМ.Бандура е акаэ Филиал ЛПП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная 27/ 17 Тираж 100 ВНИИПИ Государственнпо делам иэобрете 113035, Москва, ЖПодписноего комитета СССРий и открытийРаушская наб., д,4/5