Способ многопроходной сварки

Союз Советскнк Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р 11740429(5 ЦМ, К,2 В 23 К 9/00В 23 К 28/00 Государственный комитет СССР оо делам изобретений н открытий(53) УДК 621,791, ,754(088,8) Дата опубликования описания 15.06.80(54) СПОСОБ МНОГОПРОХОДНОЙ СВАРКИ 2 30 Изобретение относится к области сварки, в частности, к способам многопроходной сварки, преимущественно, деталей большой .толщины, и может быть применено при изготовлении резервуаров, в котлостроении и в других отраслях машиностроения. Известен способ многопроходнойсварки, преимущественно, деталей 10большой толщины, при котором свариваемые элементы закрепляют в приспособлении и задают им при этом угловуюдеформацию, обратную сварочной деформации, а сварку выполняют по щелевойразделке 1,Однако при выполнении сварки помере наложения слоев и заполненияразделки ширина ее увеличивается,Это приводит к большим угловым деформациям и остаточным напряжениям,Кроме того, обеспечение точности разделки с учетом изменения поперечной усадки по высоте разделки связа но с дополнительными затратами.Цель изобретения - улучшение качества сварки путем обеспечения первменной в процессе сварки угловой деформации, обратной сварочной. Для этого свариваемые элементы закрепляют в приспособлении шарнирно и в точках закрепления прикладывают растягивающую нагрузку в направлении, перпендикулярном продольной оси сварного шва, которую изменяют при сварке от прохода к проходу, при этом величину растягивающей нагрузки при сварке каждого слоя выбирают из условия равенства моментов растягивающей на; грузки.:и усилия от поперечной усадки сварного шва.На фиг.1 представлена схема сборки и сварки элементов согласно данному способу; на фиг.2 - вид А фиг.1,Способ осуществляют следующим образом.Детали 1 под сварку с щелевой разделкой после прихватки закрепляют шарнирно в приспособлении и в точках закрепления прикладывают поперечные растягивающие усилия, Под действием момента МР=Р Ь растягивающих сил детали поворачиваются вокруг осей, параллельных оси шва (точки А и В на Фиг.1), и занимают исходное положение с предварительным раскрытием кромок, улучшающим доступ к сварке нижнего слоя, После погружения электрода в разделку на заданную глубинувозбуждают дугу и начинают процесссварки корневого шва,При сварке каждого слоя неизбежновозникновение усадочной силы Рвеличина которой практически одинакова для всех слоев из-за постоянстна их формы и площади в поперечномсечении Режим сварки каждого слояпостоянен. Величина Ьу переменная,что учтено в приведенном расчете. Опытным путем установлено, чтоМомент усадочной силы может бытьпрактически уравновешен при высотесечения сваренного шва Йш 1 2 В(йэрадиус изотермы 650 ОС в поперечномсечении),В этом случае Ь =В иэ равенства(2) получим 2Ь)УзоШ 9Значение ранновесного усилия Рпри котором угловая деформация отсутствует, можно определить подставив вуравнение (1) значение Р из уравнения (3) .Пуд тоО З 7 Ш 9 ЬП 4)Если растягивающее усилие большеравновесного, то происходит раскрытиезазора между кромками и наоборот,55 60 Работа системы и взаимодействие сил осуществляется следующим образом,Под действием поперечной силы усадки Р и растягивающих сил в шарнирной заделке Р детали поворачиваются во круг оси А, проходящей через шарниры параллельно оси шва и занимают последовательно положения 2, 3 и 4. Выбор места расположения шарниров производят исходя из конструкции деталей, распо лагая их как можно дальше от корня шва (практически 10 мм от поверхности деталей).Угловая деформация (поворот кромок относительно центра тяжести сварен ного сечения) будет отсутствовать при р,) р,)-, +5, .ОИ ИЧ тпгде Ь и Ь . - расстояние от центраптяжести сечения сваренного шва до линии действия сил Р и Р присварке П -го слоя, см;о ц, )шгдето и Йщ - длина и высота шва, см;бт - предел текучести металла при данной темпераууре, кгпвсмФиктивную усадочную силу Р , которая, как уже отмечалось, практически постоянна для всех слоев шва, можно 40 приближенно определить для случая ннецентрового сжатия незакрепленных деталей беэ учета центральной силы сжатия ошибка не превышает 8-10) .Тогда45(2) Растягивающее усилие создаетсяболтами-растяжками 5. В зависимостиот сечения болтов-растяжек Р и ихРдлины 0 р и модуля упругости материала болтов Е кг/мм, растяжка получитудлинение Ы в в , , откуда, подставива пЬзначение Р из уравнения (4) получимП трт иРг,ь. б,и),,.Ъ т. а а ЬЬ.51Величина удлинения растяжки 5 соответствует поперечному перемещениюкромки на уровне шарнира, Однако,поскольку под действием силы Р имеетместо выборка люфтов конструкцйи инебольшое смятие поверхности шарнира, не прэвышающее 0,6-0,7 мм, всреднем по 0,05 мм за каждый проход,то к величине ь следует прибавитьвеличину 0,05 ммЕаЕ О,ОбЬРасчеты по уравнению (4) показывают, что по мере удаления от корняшва, равновесное усилие Р возрастает от слоя к слою. Если затяжкугаек 6 в приспособлении перед сваркой очередного слоя не производить,то будет протекать угловая деформация (сближение кромок) и, следовательно, удлинение растяжек 5, которое приводит к росту усилия РпКак только усилие Рп достигнет, приудлинении растяжки, равновесногозначения для данного слоя, сближениекромок прекратится, Подбирая расчетом соответствующее сечение болтоврастяжек и базу их удлинения, можноуправлять угловой деформацией, возникающей при наложении последующихслоев,Таким образом, определив изуравнения (5) перемещение кромкипри сварке о слоев можно определитьвеличину угла раскрытия кромок присварке корневого слоя, котораяобеспечит после выполнения последнего прохода получение нулевой угловой деформации соединения (т.е.,будет скомпенсирована суммой последующих углоных деформаций). Получение расчетной угловой деформациипри сварке корневого слоя обеспечивается автоматически, если усилиерастяжки выбрать заведомо большеравновесного иэ соотношенияР) Р игде Р и Ь - равновесное усилие растяжки при снарке корневого слоя и плечоэтого усилия;Р и Ь - требуемое (расчетное)1усилие растяжки иплечо этого усилия,Посколько при раскрытии кромок, благодаря шарнирному закреплению, центр тяжести сваренного сечения перемещается вверх и высота Ь уменьшается.Как видно иэ фиг,1 раскрытие кромок в зоне наложения последующегошва имеет прирост 2 ДЬ .Величину прироста раскрыти якромок в зоне наложения каждого слояможно определить через( - (уголраскрытия).о, ьЕД - = - .стогдаЬ2 абф 2 СР 4 д - ":2 бсл 2 слЬ сгде Сусл - толщина одного слоя,Как показали расчеты (см, таблицу)по приведенным выше формулам и практические замеры при сварке образцонснаибольший прирост раскрытия кромокв зоне сварки не превышает 0,2 мм 15(по 0,1 мм на сторону). Это свидетельствует о достижении необходимых условий стабилизации зазора между кромками и ширины шва. Возникающее при шарнирном закреплении небольшое раскрытие 0кромок улучшает доступ к зоне сварки нижних слоев, при этом удаетсяуменьшить ширину исходного зазора с8-10 мм до 4-5 мм и тем самым существенно уменьшить ширину шва и зон термического влияния.П р и м е р . Сваривали образцыиэ стали ВНС 2 толщиной 35 мм, Шарнирное закрепление осуществляли на расстоянии 25 мм от нижней кромки стыка. 30Усилие растяжения не превышало 500 кг.Максимальное раскрытие щели при сварке нижнего слоя (8-8,5 мм), что соответствовало суммарному углу раскрытиякромок 6-7 О, Раскрытие кромок в корне З 5составляло 4-5 мм. После сварки угловая деформация образцов равняласьнулю,Металлографические исследованияобразцов показали, что ширина литойзоны шва с учетом оплавления кромоксоставила 6-6, 5 мм вместо 10-12 мм,полученной при сварке образцов пообычной технологии, и была равномернапо высоте,45 10 Расчетные значения удлинения растяжки, перемещения кромок и их раскрытия,уммар ыйголаскрыияромок 55 Прирост рас- крытия щели в зоне сварки,мм кг 4л 1 1166 0 0 0,2029 5 4 8 о с 2 2380 Ос 119 Ол 219 Ол 159 4 343 3420 Ос 172 Ос 322 О, 1385 3 58 65 Продолжение таблицыЛ 2 5 4 5 б1 ю4 4140 0,207 О, 407 О, 12153 305 4680 0,234 0,484 0,1061 3 02 б 5070 0,2535 0,5535 0,0922 2 38 7 5380 Ос 269 0.,619 0,0781 2 16 8 5650 0,2825 0,685 0,0664 1 О 54 9 5830 0,292 О, 742 0,0545 1 о 34 10 5950 0,298 0,798 0,0433 1 14 11 6050 0,3025 0,8525 0,0324 ОО 56 12 6140 О, 3070 О, 907 О, 02 15 ОО 36 13 6220 0,311 0,961. 0,0107 0 18014 6290 0,3145 1,0145П р и м е ч а н и е : Расчетныеданные 1 с= 280 А;П= 11 В;- 0,12 см/сек; с)э = 0,67;Л =0,059 кал/см сек С=7,76 г/смэ; то 9000 кг/см",6,-2700-4000 кг/см 2 с й= 2 смус:0,2 смс РР=100 мм, Рр= 100 мм;Ер= 2 10 кг/ммФормула изобретения1. Способ многопроходной сварки, пРеимУЩественнос Деталей большойтолщины, при котором сваринаемыеэлементы закрепляют в приспособлении и задают им при этом угловую деформацию, обратную сварочной деформации, а сварку выполняют по щеленой разделке, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества сварки путем обеспечения переменной в процессе сварки углоной деформации, обратной сварочной, снаринаемые элементы закрепляют в приспособлении шарнирно и в точках закрепления прикладывают растягивающую нагрузку, в направлении перпендикулярном продольной оси сварного шна, которую изменяют при сварке от прохода к проходу.2. Способ по и1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что величину растягивающей нагрузки при сварке каждого слоя выбирают из условия равенства моментон растягинающей нагрузки и усилия от поперечной усадки сварного шва.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Р 394175, кл. В 23 К 9/16, 1968 (прототип).740429 Составитель Л.Наэароедактор П.Макаревич Техред Л.Теслюк Пап оррект Зак одписно лиал ППП Патент, г.Ужгород, Ул.Проектная,4 282/1НИИПИ ГосУдаРпо делам из3035, Москва,Тираж 1160венного комиретений и отЖ, Раушска та СССР ытийнаб., д.4/5