Способ изготовления сварных ребристых панелей

(22) Заявлено 29. 08. 80 (21) 2976608 У 25-27 Р 1 М К з 9 23 К 31/00 В 23 К 28/00 с присоединением заявки Ио Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 23.02.83. Бюллетень Йо РЙУДК 621791.011(088.8) Дата опубликования описания 25.02.83(72) Авторь изобретен Лебеде А,С. Зажигин,и И А. Вакс) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫ РЕБРИСТЫХ ПАНЕЛЕЙк сирую рочнсм к ней вместно ри Изобретение относится к сварке, преимущественно к способам изготовления сварочных ребристых панелей, где стоит задача уменьшения сварочных деформаций при их изготовлении с перекрещивающимися ребрами из титановых сплавов.Известны способы уменьшения деформаций при сварке листов, когда свариваемое полотно прикрепляют к опорной плите по контуру, а также способ сварки методом сквозного проплавления сварка со стороны обшивки панели), когда к ребру в процессе сварки,прикладывают растягивающее.усилие 1 Ц и 12Эти способы недостаточно эффективны и не обеспечивают получения сварных -панельных конструкций с требуемой геометрией Формы, Их применение приводит к необходимости прсмежуточных опера-. ций правки обшивки и части приваренных ребер, например методом термофиксации, что снижает производительность и качество материала в результате воздействия повторных нагревов при термоФиксации.Известен также способ изготовления сварных ребристых панелей, при кото" ром к обшивке панели приваривают технологический элемент, фи т ее попериметру в сборочно-сва приспособлении, приваривают реб ра и выпОлняют Отжиг сОс испособлением3 1.Однако известный способ не целесообразен в применении при изготовлениитонколнстовых панельных конструкцийиз титановых сплавов, так как материалы плиты и панели должны обладать достаточно хорошей свариваемостью междусобой. Т.е. в случае сварки панелейиз титановых сплавов материалом плиты должен служить также титановыйсплав, что не экономично в связи с,острой дефицитностью титана, Крсметого, основание в виде плиты не позволяет осуществить сварку панелей методом сквозного проплавления, посколькув последнем случае требуется свобод"ный двухсторонний доступ к местам при"варки ребер к обшивке панели. И, наконец, если допустить воэможность примененчя другого способа Фиксации элементов панели к основанию ( например,с помощью разъемных соединений), тов этсм случае, вследствие различиясвойств термического раааирения материалов основания,и панели, при после"дующей термообработке тонколистовойконструкции совместно с основаниемсуществует вероятность отклоненияформы панели от заданной.Целью изобретения является обеспечение заданной геометрической точности формы панелей.для достижения этой цели согласноспособу изготовления сварных ребристых панелей, при котором к обшивкепанели приваривают технологическийэлемент, фиксируют ее по периметрув сборочно-сварочном приспособлении,приваривают к ней ребра и выполняют,отжиг совместно с приспособлением,технологический элемент выполняют ввиде ленты, материал и геометричес.кие размеры которой назначают, исходя из следующего соотношения (б. )," ) ,(у ), - пределы текучести,соо,.ветственйо материала ленты и па-нели при температуре отжига;Е Е - площади поперечного селчения соответственно ленты и панели,и после приварки ленты к обшивке вней выполняют технологические поперечные прорези, которые располагаютмежду ребрами на равном расстоянииот них.Кроме того, перед приваркой каждоеребро прихватывают к обшивке по егоконцам.На Фиг. 1 представлена схема осуществления способа; на Фиг, 2 - то же О вид сверху; на Фиг . 3 - узел Т на фиг . 1.П р и м е р. Изготовление ребрис тых панелеи по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.Вначале к листовой обшивке 1 панели по периметру приваривают технологическую ленту 2 с шириной А и проч О ностью при температуре отжига на 20-30 ниже, чем у материала обшивки панели, Это необходимо выполнять из ,соображений, что при нагреве до тем пературы отжига для снятия сварочных напряжений обшивки, например из титанового сплава, жестко зафиксированной по периметру в приспособлениираме 3, обычно изготавливаемой из стали, вследствие разности коэффициентов линейного термического расширения материала приспособления и обшивки в последней возникают растягивающие напряжения, которые могут превысить предел текучести при данной температуре. Это приводит к отрицательным результатам при отжиге: панель увеличивается в размерах, чтоприводит к искажению требуемой геомет" рической формы панели, а в худиих случаях может произойти ее разруше ние ( образование трещин).Наличие технологической ленты с прочностью на 20-30 ниже, чем у обшивки панели, .позволяет избежать ука" занных неблагоприятных обстоятельств. 65 Величина оптимального соотношенияпрочности определена экспериментальньм путем. Это соотношение практически можно соблюсти тремя путями:1. Материал ленты выбрать с пределом текучести при температуре отжига на 20-30 ниже, чем у обшивки панели. Так при изготовлении сварныхпанелей из титанового сплава ВТ 20(предел текучести при температуре отжига 650 равен около 30 кгс/мм")ленту можно выбрать из титановогосплава предел текучести при б 50 равен 23 кгс/мм), при этом ленту можновыбрать одной толщины с обшивкой.2. Материал ленты можно выбратьтаким же, как у обшивки, но толщинойна 20-30 меньше. Например, при изго.товлении панели из того же сплаваВТ 20 с толщиной обшивки 2,.5 мм вкачестве ленты можно взять листовуюзаготовку из ВТ 20 толщиной 1,8-2,0 мм.3. Соотношение конструкционнойпрочности ленты и обшивки можно соблюсти комбинированным методом; подбором марки сплава и толщины ленты,Возможны и другие варианты, привыполнении любого иэ вариантов принагреве до температуры откига удлиняется материал ленты, а панель сохраняет требуемую форму.Если технологическую ленту взятьс более низкой прочностью, чем задана соотношением, то при сварке иособенно при обжиге возникает опасность потери устойчивости панели взоне технологической ленты, что приводит к расфиксированию обшивки идеформации панели.После приварки технологическойленты 2 (например автсматической аргонодуговой сваркой) в ней симметрично привариваемым ребрам 4 на расстоянии В/2 ( В - расстояние междуребрами)выполняют поперечные прорези 5 на глубину до свариваемого участ;ка обшивки и ребра.Прорези 5 необходимо выполнятьс целью предупреждения вспучиванияобшивки на несвариваемом участке.При приварке ребер 4 к обшивке 1 врезультате поперечной усадки металла в несвариваемой зоне возникаетнедопустимое вспучивание обшивки 1,которое распространяется и на зонуприварки обшивки 1 с ребрами 4.После отжига панели это вспучивание сохраняется, Исправить его термофиксацией практически не представляется воэможньм,Выполнение прорезей 5 на.указанную глубину гарантирует получение панелей без дефектов. Ширина прорезейможет составлять величину 8-12 мм,Затем в раме 3 и ленте 2 по периметру выполняют отверстия д,я фиксации обшивки 1 в раме 3 с помощьюболтового соединения 6, изготавливаемого из нержавеющей стали. Диаметрболта для рассматриваемого примеравыбирается равньм 10-14 мм. Учитывая,что наибольшая деформация в продольном направлении от усадки шва идетвдоль привариваемых ребер 4, отверстия для крепления обшивки в раме располагают соосно с ребрами.При выполнении отверстий для Фиксации необходимо. учитывать, что впроцессе нагрева в силу указаннойпричины материал технологической ленты 2 удлиняется на величину, прибли"зительно равную разности удлиненийрамы и обшивки при температуре отжига, а при последующем остывании до 15комнатной температуры в результатепроисшедшего удлинения ленты происходит коробление панели (упругоедеформирование) . Это может привести к нарушению. геометрии панели, а 2 Отакже к осложнению в выполнении последующих операций .снятия панели срамы. Для обеспечения свободной усад.ки материала рамы и панели при остывании отверстия в технологическойленте выполняют в виде пазов, оси которых направлены к геометрическомуцентру рамы, причем пазы образуютот места Фиксации к этому центру.Последнее требование выполняетсясцелью обеспечения условия созданияв панели в процессе сварки и термообработки (,отжига ) ра.стягивающих двухосных напряжений, удерживающих панель в плоскости рамы. Пазы выполняют длиной не менее разности удлине 35ния рамы и обшивки панели при температуре отжига, что может быть сравнительно легко рассчитано.Выбор рамы в качестве сборо-сварочного приспособления объясняется 40необходимостью иметь двухстороннийдоступ к обшивке в процессе сборкипод сварку и сварки.После выполнения данных операцийи закрепления обшивки в раме в зонетехнологической ленты привариваемоеребро 4 устанавливают в прорези подкладки 7 типовой для сварки тавровыхсоединений методом сквозного проплавления). Затем раму с зафиксированнойв ней обшивкой располагают над реб.ром в месте его приварки, после чегокаждое привариваемо. ребро предварительно прихватывают по концам к обшивке Прихватку осуществляют тем же,методсм автоматической сварки сквоз1 ньм проплавлением, Длина прихваткиограничивается размером Д фиг.3)и для рассматриваемого примера составляет 35-45 мм. Прихватку осущест-,вляют с целью уменьшения деформациипанели за счет создания и в ребре впроцессе сварки растягивающих напряжений,Для слежения в процессе сварки застыком ребра и обшивки на последней у наносится риска. Собранные таким обрВ. зом ребро и обшивка по длине прижимаются друг к другу и к подиладке 7 прижимами 8например пневмоприжимами клавишного типа) и свариваются автоматической сваркой методом сквоэ. ного проплавления дугой, горящей от горелки 9, с двухсторонней местной защитной .зоны нагрева инертньм газом. Прижим предотвращает временные локальные деформации в процессе сварки и уменьшает остаточные деформации угловые).Аналогичньи образом осуществляют сборку под сварку каждого последующего ребра и производят их сварку, соблюдая последовательность, обеспе .чивающую минимальные деформации панели (как если бы ее сваривали в сво бодном, не заФиксированном состоянии).При сварке происходит усадка металла шва. И поскольку обшивка жестко закреплена в раме, то свободной усадки произойти не может, в резуль.тате в панели возникают двухосные растягивающие напряжения, удерживающие панель в плоскости рамы. После отжига с термофиксацией панели совместно с рамой укаэанные напряжения снимаются, а сама панель сохраняет требуемую форму.Если термообработку произвоцут в воздушной среде, то панель подвергают неполному отжигу для сплава ВТ 20 при 650), если - в вакууме либо в инертном газе, то панель подвергают полному отжигу (при 75 Ю.)С целью сохранения высоких прочностных свойств рамы (ее жесткости при температуре отжига ее лучше всего изготавливать из нержавеющей стали типа 1 Х 18 Н 9 Т. Это также удлиняет срок службы рамы и предотвращает загазованность среды при вакуумном от- . жиге или в среде инертного газа,Предложенный способ испытан с поло. жительных результатом при изготовлении с применением сварки опытных натурных панелей из сплава ВТ 20 центральной части крыла сверхзвукового самолета. Размер панелей в плоскости 2500 х 2500 мм, шаг между ребрами 65 и 170 мм.Изобретение целесообразно испоньэовать в авиационной, ракетной и др. отраслях народного,.хозяйства при изготовлении панелей иэ свариваемых сплавов, например на основе титана, алнминия и др.Формула изобретения 1. Способ изготовления сварных ребристых панелей, при котором к обшив-ке панели приваривают технологический элемент, Фиксируют ее по периметру в сборочно-сварочном приспособ;пении, приваривают к ней ребра н выполняют отжиг совместно с приспособлением, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения заданной геометри есной точности формы панелей, технологический элемент выполняют в виде ленты, материал и геометрические размеры которой назначают, исходя из следующего соотношенияЫт)лд = 0,80,7 фт 1 пГогде(б), (б, ),- пределы текучести соответственйо материала ленты и панели при температуре отжига; Гл и- площади поперечного сечения соответственно ленты и панели, и после приварки ленты к обшивке в ней выполняют технологические поперечные прорези, которые располагают ВНИИПИ Заказ 1023/23 Тираж 1104 Подписное Филиал ППП "Патент",г.ужгород, ул, Проектна между ребрами на равном расстоянииот них.2. Способ по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что перед приваркой каждое ребро прихватывают кобшивке по его концам,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бельчук А,А. и др. Сварка всудостроении. Л., Судпромгиз, 1955,с. 338-343.2. ТРбОНИАТ. Сварка скаоз"ным проплавлением тавровых соединений из титановых сплавов.3. Куркин С.А. Технология изготовления сварных конструкций. Атлас чер"тежей. И., 19 б 2, с. 145, фиг. 31