Способ сварки цилиндрических полых деталей

/02 3 К 101;0 51)5 В 23 ЫЙ КОМИТЕТИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВПО ИЗОБРЕТЕПРИ ГКНТ СС г1 ОБРЕТЕНИ ОПИСАН СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТОРС(71)Научно-производственное объединениепо технологии машиностроения "ЦНИИТМАШ" и Производственное обьединениеатомного турбостроения "Харьковский турбинный.завод" им. С.М,Кирова(56) Авторское свидетельство СССРМ 1567344, кл. В 23 К 31/06, 23.12,88,(54) СПОСОБ СВАРКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ Изобретение относится к сварке, а именно к способам сварки цилиндрических полых деталей, преимущественно испытывающих в процессе эксплуатации циклические нагрузки, и может быть использовано в энергомашиностроении и других отраслях промышленности,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ сварки цилиндрических полых деталей, при котором перед сваркой на внутренних поверхностях стыкуемых деталей выполняют радиусные кольцевые выточки с образованием в зоне стыка цилиндрического пояска и осуществляют одностороннюю сварку с внешней стороны деталей, причем глубину Ь кольцевых выточек, радиус В перехода от дна выточки к цилиндрической поверхности пояска иширину Ь цилиндрических поясков выбирают из условий(57) Изобретение относится к сварке. Способ сварки заключается в том, что перед осуществлением односторонней сварки с внешней стороны деталей на внутренних поверхностях стыкуемых деталей выполняют радиусные кольца вне выточки с образованием в зоне стыка цилиндрического пояска, Поверхность перехода от дна каждой выточки к поверхности цилиндрических поясков выполняют конической и касательной к радиусному дну выточку под углом 121-127 О, Это позволяет осуществлять ультразвуковой контроль при ограниченной околошовной зоне ультразвуковым лучом, отраженным в зону контроля конической поверхностью кольцевой выточки. 1 ил. Кб - 1 - 2,1 с)4 К+ 5 рЬ = (0,75-0,9)Ь;В = (0,9-1,0)Ь,где т - толщина свариваемой детали;К - эффективный коэффициент концентрации напряжений для аналогичного сварного соединения без кольцевой выточки;ц - коэффициент чувствительности материала деталей к концентрации напряжений;Ь - ширина корневой части шва.Недостатком известного способа является низкая надежность и долговечность сварных соединений с ограниченной конструктивным выступом околошовной зоной иэ-за невозможности выявления трещин в корне шва, перпендикулярных поверхности кольцевых поясков. Так как для выявления указанных трещин ширина . околошовной зоны должна удовлетворять условиюли ов=т щ а+ 5 мм, где 1 - толщина сварногошва, а - угол ввода ультразвуковых колебаний, что дает возможность установить наповерхности изделия и перемещать ультразвуковой преобразователь так, чтобы иэлучаемые им ультразвуковые колебанияпопадали в зону контроля. При меньшейширине околошовной зоны ультразвук в зону контроля не попадает.Целью изобретения является повышение 10надежности и долговечности сварных соединений с ограниченной конструктивнымвыступом околошовной зоной путем обеспечения выявления трещин, нормальныхповерхности цилиндрических поясков, ультразвуковым контролем.Поставленная цель достигается тем, чтов способе сварки цилиндрических полых деталей, при котором перед сваркой на внутренних поверхностях стыкуемых деталей 20выполняют радиусные кольцевые выточки собразованием в зоне стыка цилиндрического пояска и осуществляют одностороннююсварку с внешней стороны деталей, поверхность перехода от дна каждой выточки к 25поверхности цилиндрических поясков выполняют конической и касательной к радиусному дну выточки под углом 121-127 О,Создание в околошовной зоне поверхности, которая не влияла бы на качество 30сварного шва, но могла бы быть использована для отражения излучаемых в процессеультразвукового контроля колебаний и направления их в зону возможного появлениякорневых дефектов нормальных поверхности цилиндрических поясков, позволяетосуществить ультразвуковой контроль кольцевых сварных швов цилиндрических полыхизделий при доступе к ним с наружной поверхности изделий в ограниченной конструктивным выступом околошовной зоне.Результаты проводимого в процессеэксплуатации цилиндрических полых йзделий (роторов) ультразвукового контролякольцевых сварных швов, а также проведенные эксперименты на образцах показали,что дефекты в корне сварных швов такихизделий представляют собой трещины, нормальные поверхности цилиндрических поясков, Это объясняется тем, что корень шва 50испытывает осевые цилиндрические нагрузки, обусловленные весом ротора, а развитиедефекта идет нормально растягивающимнапряжением. Трещины, развивающиеся вдругих направлениях, обнаружены не были. 55На чертеже представлена схема сварного шва,Ма схеме показаны свариваемые дета1 и 2 изделия, односторонний сварной ш3 с дефектом 4, а также наклонный преобразователь 5 для ультразвукового контроля.На внутренней поверхности каждой из деталей 1 и 2 толщиной 1 в зоне свариваемых кромок выполняют радиусную кольцевую выточку А глубиной Ь, в результате чего образуется непосредственно примыкающий к свариваемой кромке цилиндрический кольцевой поясок Б шириной Ь, Переход от дна канавки А к цилиндрической поверхности кольцевого пояска Б осуществляется по конической поверхности В, касательной к поверхности радиусной кольцевой выточки, а угол между конической поверхностью В и поверхностью Б кольцевого пояска выбирают в диапазоне 121-127. Детали собирают между собой встык и сваривают односторонним швом 3 любым известным способом, Ширина корневой части шва 3, выходящая на цилиндрическую поверхность поясков Б, составляет Ь .Глубину Ь выточки выбирают из соотно- шения ен- ар- ой ения выточки и ш ческого пояска вы где К - эффективный коэффициент конц трации напряжений для аналогичного св ного соединения без кольцевой радиусн выточки;о - коэффициент чувствительности материала деталей и концентрации напряжений.Радиус й выполн ирину Ь каждого цилиндри бирают из условияй = (0,9-1,0)Ь;Ь = (0,75-0,9)ЬЭкспериментально на тестовых моделях установлено, что в случае Ь 0,75 Ь сварка встык может привести к потере геометрии прикорневой зоны, При Ь 0,9 Ь наблюдается .снижение эффекта разгрузки корневой части шва.Экспериментально установлено также, что выполнение перехода от выточки А к поверхности цилиндрического пояска Б не по радиусу, а по конической поверхности, образующей с поверхностью Б кольцевого пояска угол в диапазоне 121. -127 О, при прочих равных условиях, не оказывает влияния на эффект разгрузки корня шва и коэффициент концентрации напряжений в основании выступа, образованного цилиндрическими поясками, т,е. не снижает циклической долговечности сварного шва.Радиус й выполнения поверхности выточки выбирают из условия В = (0,9-1,0)Ь с учетом следующего, При В0,9 Ь сопротивление усталости основания выступа можетоказаться существенно меньше корня шва.Для й 1,0 Ь уменьшается величина отражающей цилиндрической поверхности, чтоприводит к снижению чувствительности 5ультразвукового контроля.Расчет Ь ведут методом последовательного приближения, так как р = 1(цэ,2/ав, й), гдеоо,2, ов - соответственно пределы текучести и прочности, Находят Ь для р = 10= т ( гав /д = С, й )с заданным й, определяютйиз условия й = (0,9-1,0)Ь и сравнивают сзаданным и т,д. Процесс определения Ь упрощается тем, что р в области концентраторов напряжений в большей степени зависитот механических свойств материала (я).2/Ов).чем от. й, Ширину выступа находят иэ условия 2 Ь = (1,5-1,8)Ь .Потрадиционной методике определяютэффективный коэффициент концентрациинапряжений К сварного соединения беэразгружающей выточки,П р и м е р. Сваривали полые кольца(диски) ротора турбины низкого давления изстали 34 Х 1 М, у которой отношение пределов прочности и текучести равно ОЬ,2/о, ==0,6. Высота 1 шва равна 80 мм. а ширинакорня шва Ь = 18 мм,Для сварных соединений с неудаленным корнем, надрывами в зонах зашлаковок К - 5,3, В области конструктивныхконцентраторов напряжений р изменяетсяв пределах р = 0,6-1,0.Выбирают р = 0,6 и определяют высотуЬ разгружающего выступа при наличии ци-, 3линдрических выточек 5,3 - 2,10,6 - 180 4,53+5 06 - 100(мм),40 Отсюда й = 0,95 Ь = 9,5 (мм).Определяют Ь, исходя из уточненного значения р =0,8 для й =0,95 Ь,5,3 - 2,1 0,8 - 1 8,3 (мм )45 При этом й = 0,95 8,3 = 7,9 (мм).Полученные значения Ь = 8,3 и й = 7,9 мм можно считать окончательными, так как значения р = 0,8 стабилизируются в полученном диапазоне изменения й.Выбор угла наклона конической поверхности перехода к цилиндрической поверхностй поясков в диапазоне 121 в 127 О 55 производится, исходя из следующего.В связи с тем, что околошовная зона сварного шва ограничена конструктивным выступом, поиск корневых дефектов не может быть осуществлен путем излучения ультразвуковых колебаний непосредственно в зону возникновения дефектов и приема отраженных от дефектов колебаний.Для обеспечения возможности контроля корневых дефектов при наличии ограниченной околошовной зоны с шириной 1, меньшей(1 тд а+ 5 мм), предлагается осуществлять контроль не прямым лучом, а отраженным от конической поверхности радиусной кольцевой выточки (на чертеже направление распространения лучей показано стрелками). При этом оптимальным углом наклона цилиндрической поверхности к конической поверхности является угол в 124, так как обеспечивает нормальное падение центрального луча ультразвуковых колебаний на дефект, распространение сигналов после отражения в обратном направлении и регистрацию их преобразователем 5. Выбор угла в диапазоне.121-127 не влияет на амплитуду ультразвука вследствие расположения ультразвукового пучка,При углах наклона конической поверхности, отличных от 121-127 О, ультразвуковые колебания падают не нормально на поверхность дефекта и отраженные от него сигналы не попадут на преобразователь 5,Таким образом, предлагаемый способ сварки цилиндрических полых деталей позволяет повысить надежность и долговечность сварных швов с ограниченной конструктивным выступом околошовной зоной эа счет обеспечения возможности выявления трещин, перпендикулярных поверхности кольцевых поясков, ультразвуковым контролем. Формула изобретения Способ сварки цилиндрических полых деталей, при котором перед сваркой на внутренних поверхностях стыкуемых деталей выполняют радиусные кольцевые выточки с образованием в.зоне стыка цилиндрического пояска и осуществляют одностороннюю сварку с внешней стороны деталей, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и долговечности сварных швов с ограниченным конструктивным выступом околошовной зоной путем обеспечения выявления трещин, нормальных поверхности цилиндрических поясков, ультразвуковым контролем, поверхность перехода от дна каждой выточки к поверхности цилиндрических поясков выполняют конической и касательной к радиусному дну выточки под углом 121-127 О,1 /27970 Составитель Н.Волич ехред М.Моргентал дактор М.Янкович Т Корректор М.Кучеряв оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 1365 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5