Способ сварки кольцевых стыков

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК дц 4 В 23 К 31 06 28 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Й ЙФ ":щ.ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 00(71) Институт сверхтвердых материалов АН УССР и Институт электросварки им. Е. О. Патона(54) СПОСОБ СВАРКИ КОЛЬЦЕВЫХСТЫКОВ(57) Изобретение относится к технологиисварки, в частности к сварке труб встык илиприварке фланцев к тонкостенным трубам,и может быть использовано в трубной проЯО 1391843 А 1 мышленности и других отраслях машиностроения. Цель - повышение качества сварки за счет снижения сварочных деформаций. В собранные трубы 1 и 2 со стороны трубы 2 вводят деформирующий элемент (ДЭ) 3, снабженный заходной конической частью 4 и цилиндрической рабочей частью 7. ДЭ 3 раздает трубы 1 и 2 с радиуса го до радиуса г. Толщина стенки уменьшается с 1 о до 1. Длину цилиндрической рабочей части 7 ДЭ 3 устанавливают не менее суммы длины внеконтактной зоны 6, образующейся за заходной конической частью 4, и ширины кольцевой зоны 8 пластической деформации образующейся при сварке стыка 5. Длину зоны 6 определяют из соотношения 1 в-=0,611 г,х (1,д, а ширину зоны 8 - известным способом. При сварке деформирующий элемент смещен относительно стыка 5 в направлении перемещения на величину не менее протяженности зоны 6. Угол наклона образующей заходной конической части 4 устанавливают в пределах 1 - 3. 2 з. п. ф-лы, 3 ил. 1 табл.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к сварке, в част ности к сварке труб встык или приварке, фланцев к тонкостенным трубам, и можетбыть использовано в трубной промышленности и других отраслях машиностроения.Целью изобретения является повышениекачества сварки за счет снижения сварочных деформаций.На фиг. 1 представлена схема реализацииспособа при сварке труб встык; на фиг. 2 -то же при приварке фланца к трубе; нафиг. 3 - зависимость длины пластическогоучастка внеконтактной зоны за деформирующим элементом от размеров трубы.В случае сварки двух труб встык трубы 1и 2 предварительно фиксируют в осевомнаправлении и, прикладывая осевую нагрузку Я, перемещают цельный деформирующийэлемент 3 внутри трубы 1 от ее свободноготорца в сторону стыка. При этом деформи рующий элемент 3 своей заходной кониче ской частью 4 деформирует трубу 1 и сва, риваемые кромки трубы 2 до получения одинаковых размеров. При достижении дефор мирующим элементом зоны стыка 5 его оста навливают.При перемещении деформирующего эле мента 3 в отверстии свариваемых труб егоконтакт с обрабатываемой поверхностью, происходит по заходному конусу 4. При схо ,де с заходного конуса металл, соблюдаяусловие непрерывности течения, образуетвнеконтактную зону 6. Она на определенномрасстоянии со стороны большего основаниязаходного конуса лишает контакта цилиндрическую рабочую часть 7 с деформируемойсварочной зоной. Поэтому, чтобы обеспечитьконтакт цилиндрической рабочей части сосварочной зоной, при остановке деформирую щего элемента необходимо смещать большееоснование его заходного конуса относитель но стыка 5 в направлении деформированияна величину, превышающую длину внеконтактной зоны 6. Для этого длина цилиндрической рабочей части 7 деформирующегоэлемента должна превышать сумму длинывнеконтактной зоны 6 и ширины окружнойзоны пластических деформаций 8, имеющихместо при сварке кольцевыми швами тонкостенных обечаек,Так как после остановки деформирующего элемента в зоне сварки длина внеконтактной зоны определяется по зависимости. =-0,611 г," ,", (1)где го - внутренний радиус стыка до деформирования, мм;10 - толщины стыка до деформирования, мм,а зависимость для определения окружнойзоны пластических деформаций, возникающих при сварке тонкостенных обечаек кольцевыми швами, имеет видЗл /гАиФ=-; (2)4 а( - р, ) где г - внутренний радиус стыка последеформирования мм- толщина стыка после деформирования, мм;р - коэффициент Пуассона, то длина цилиндрической рабочей части 7 должна определяться неравенством4 З(1 - н) Выражение (1) получено путем математической обработки экспериментальных данных, представленных на фиг. 3. Выражение (2) известно из литературных данных.Деформирующий элемент 3 останавливают в положении, когда большее основание его заходного конуса 4 смещено относительно стыка 5 в направлении деформирования на величину, превышающую длину внеконтактной зоны 6 после заходного конуса 4. В этом случае цилиндрическая рабочая часть 7 деформирующего элемента 3 находится в непосредственном контакте с внутренними поверхностями свариваемых труби 2 по всему периметру стыка 5. Затем производят сварку. Цилиндрическая рабочая часть 7 своей поверхностью оказывает силовое воздействие на зону пластических деформаций 8, возникающих в процессе сварки и устраняет условия образования растяги вающих остаточных напряжений в сварочном шве, повышая геометрическую точность отверстия в районе сварного шва. После выполнения сварки трубу 1 деформируют деформирующим элементом 3 по всей ее длине. При приварке фланца к трубе (фиг, 2) трубу 1 и фланец 9 фиксируют в осевом направлении и, прикладывая осевую нагрузку Я, перемещают цельный деформирующий элемент 3 относительно трубы 1 и фланца 9. При этом деформирующий элемент 3 деформирует трубу 1 на величину, обеспечивающую одинаковый размер наружного диаметра трубы 1 и внутреннего диаметра фланца 9. Деформирующий элемент 3 останавливают в положении, когда большее основание его заходного конуса 4 смещено в направлении деформирования относительно стыка 5 на величину, превышающую длину внеконтактной зоны 6 после заходного конуса 4. При таком положении деформирующего элемента 3 во время приварки фланца 9 к трубе 1 цилиндрическая рабочая часть деформирующего элемента 3 находится в непосредственном контакте с внутренней поверхностью трубы 1 по всему периметру стыка 5, препятствуя образованию растягивающих остаточных напряжений в сварном шве и содействуя повышению геометрической точности отверстия трубы 1 в районе сварного шва. После приварки фланца 9 к трубе 1 послед. нюю деформируют деформирующим элементом 3 по всей длине.Угол ос наклона образующей заходного конуса 4 к оси деформирующего элемента 3 целесообразно назначать в пределах 1 - 3.Выбор угла а меньше указанного диапазона приводит к вырождению заходного конуса в цилиндрическую ленточку, что недопустимо, так как с помощью него осуществляется плавный заход в отверстие трубы и деформирование свариваемых элементов в радиальном направлении. Выбор угла а больше указанного диапазона вызывает образование острой кромки в месте перехода заходного конуса в цилиндрическую рабочую часть, При остановке деформирующего элемента в зоне сварки острая кромка внедряется в стенку свариваемых элементов, что приводит к образованию дефектов. Кроме того, увеличение угла а выше указанного диапазона также ухудшает точность раздаваемого отверстия, что приводит к неравномерному контакту цилиндрической рабочей части деформирующего элемента 3 со свариваемыми трубами и ухудшению качества сварного шва и нарушению геометрии в зоне сварки.Пример. Приваривали фланцы к биметаллическим трубам (волноводам для радиорелейных линий связи). Материал кольца и трубы - сталь 20. По внутренней поверхности труба имела медный токонесущий слой толщиной 0,3 мм. Диаметр отверстия трубы до деформирования ее в радиальном направлении составлял 69,3 мм, а фланца - 75,0 мм; толщина стенки трубы - 2,5 мм, фланца - 8 мм, длина трубы - 250 мм, фланца - 31 мм. Перед сваркой трубу 1 и фланец 9 деформировали в радиальном направлении до получения одинаковых размеров в месте сопряжения внутренней поверхности фланца с наружной поверхностью трубы. Деформирование осуществляли цельным деформирующим элементом 3, изготовленным из твердого сплава марки ВК 15, Длина цилиндрической рабочей части 7 деформирующего элемента 3 определялась по зависимости (3) и была принятой равной 30 мм, а угол наклона образующей рабочего конуса деформирующего элемента был равен а=2. Большее основание заходного конуса 4 деформирующего элемента 3 смещали относительно стыка 5 в направлении деформирования на 6 мм, что превышало длину внеконтактной зонЬ 6 после заходного конуса 4, определенную по зависимости (1) и равную для данного размера трубы 5,1 мм. Протяженность зоны пластической деформации, определенная по зависимости (2), была равной 22,5 мм. Приварку фланца 9 к трубе 1 производили плавящимся электродом в среде углекислого газа и следующем режиме: сварочный ток 150 - 160 А, напряжение дуги 23 - 24 В, скорость сварки УСВ=70 м/ч, диаметр электродной проволоки 1,2 мм. ПослеУсадка в районе сварного шва, мм Угол наклонаобразующейрабочегоОконуса (К ),20и/и Наблюдается резание, что не допустимо 0 0 0 0,0625 1 2 3 305 Применение предложенного способа сварки позволяет повысить геометрическую точность их внутреннего диаметра в районе сварного шва и свести к минимуму растягивающие остаточные напряжения в сварном шве. Формула изобретения 1. Способ сварки кольцевых стыков, преимущественно тонкостенных труб, между собой и с фланцами, при котором внутрь труб вводят деформирующий элемент, имеющий цилиндрическую рабочую и коническую заходную части, деформируют им сваривае мые кромки с увеличением их диаметра ипроизводят сварку, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварки за счет снижения сварочных деформаций, длину цилиндрической рабочей части деформирующего элемента назначают из соотношения 501 0 61 1 .О,46 О,54+Ргде й - длина цилиндрической рабочейчасти, мм;го - внутренний радиус стыка до деформирования, мм;- толщина стыка до деформирования, мм;Йеф - ширина зоны пластических деформаций при сварке стыка, мм,4сварки трубу деформировали деформирующим элементом 3 по всей длине. Для обоснования заявляемого диапазона угла наклона образующей заходного конуса 4 деформирующего элемента 3 деформирование трубы 1 и фланца 9 осуществляли при пяти значениях а; двух граничных, среднем и двух за пределами диапазона. Каждым деформирующим элементом с конкретным значением а деформировалось по 3 трубы и по 3 фланца, После приварки фланцев к трубам и деформирования последних по всей длине измеряли усадку внутреннего диаметра труб в районе сварного шва, которая характеризует уровень растягивающих остаточных напря жений в сварном шве.Средние значения усадки внутреннегодиаметра труб с приваренным фланцем в месте сварочной зоны приведены в таблице., Москва, Ж - 35, Раушолиграфическое предприят М. Буянс Корректор ИПодписноеобретений ид. 4/5род, ул. Про Редактор М. КелемеЗаказ 1792/17ВНИИПИ Государс11303Производственно-п деЙ делам и кая наб е,г.Уж крытии тная, 4 деформирующий элемент вводят после сборки стыка со стороны одного из свободных концов свариваемых труб, перемещают по трубе в зону стыка и располагают в указанной зоне со смещением места перехода за ,ходной конической части деформирующего элемента в его цилиндрическую рабочую часть относительно стыка в направлении перемещения на величину не менее 0,611( )(т,"щ ф, а после сварки продолжают пе; ремещение деформирующего элемента до 10 второго свободного конца свариваемых труб,2, Способ сварки по и. 1, отличающийся тем, что ширину зоны пластических деформаций при сварке стыка определяют по соотношению Зл/гА4/3(1 - 1 ь)где т - внутренний радиус стыка последеформирования, мм;- толщина стенки стыка после деформирования, мм;1 ь - коэффициент Пуассона.3. Способ сварки по п. 1, отличающийся тем, что угол наклона образующей конической заходной части к оси деформирующего элемента назначают в пределах 1 - 3.