Способ упрочнения сварных соединений

ПЮ (Н) СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН Эи В 23 К 28 00 АНИЕ ИЭОБРЕТ(53) 621.7910 2 л, 9 12 и А.А.Польшаков 088. 8) арки нивя инном на 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ М АВТОРСМОЬЛУ СВИДЕТЕЛЬС(56) 1. Куркин С.А. Прочность сварных тонкостенных сосудов, работающих под давлением, М., 1 Машиностроение, 1976, с.158.2. Авторское свидетельство СССР Р 406670,кл, В 23 К 28/00, 1972 (прототип) .(54)(57) 1, СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СВАРНЫХ СОЕЦИНЕНИй, преимущественно в листовых н оболочковых конструкциях,при котором под сварнымшвом располагают пбд-, кладку и выполняют осадку сварйого шва нагретым инструментом,о т л ич а ю щ и й с я тем,что,с целью повышения прочности сварных соединений .из высокопрочных сталей путем исключйния дефектов типа пор и появления трещин йнадрывов в корне шва, перед осадкой осуществляют нагрев сварно шва вместе с подкладкой до темпера .туры, соответствующей нулевому зна ,чению предела текучести металла св ного соединения, а в процессе осад инструмент перемещают одновременно в продольном и поперечном направле ях со скоростью в продольном напра лениняр емр 2 вгде Ч - скорость йеремещениструмента в попереч правлении8 - ширина рабочей части инструмента;В - ширина шва после осадкиу до получения сварного шва с толщин 8 и шириной В 1 , отвечающим следую щему соотношениюВ, В 1,576, В 4где В, - ширина шва до осадки3 - толщина шва до осадки.2, Способ по п. 1, о т л и ч а щ:и й с я тем, что осадку выпол,няют путем прокатки роликом.Изобретение относится к сварке,в частности к способам упрсчнениясварных соединений, преимущественно в оболочковых и листовых металлических конструкциях, и может бытьиспользовано при изготовлении сосудов высокого давления в химическом машиностроении и других отраслях промышленности.Известен способ упрочнения сварных швов путем осадки с помощью ра бочего инструмента (например, двумя роликами или роликом и подкладкой), металл которых предварительно подогревают в диапазоне температур от комнатной до температур, соответствующих нулевому значению предела текучести материала)11;При прокатке усиления швапо известному способу, т.е. роликами или роликом на.подкладке, пластические деформации в.сварном.щве развиваются своеобразно: металл шва испытывает осадку по .толщине и сдвигается иплоскости листа, причем наибольшие деформации происходят в середине шва и практически мало выражены по линии сплавления металла шва и основного металла (конкретно - в периферийных, участках сварного шва).Наиболее близок -и предлагаемому по технической сущности способ упрочнения сварных соединений, преимущественно в листовых и оболочковых конструкциях, согласно которому под сварным швом располагают подкладку и .выполняют осадку сварного шва на гретым инструментом. По известному способу в начальную стадию осадки производится нагрев только пуансона до температуры, превышающей температуру, соответствующую нулевому 40 значению предела текучести металла шва, а затем нагретый инструмент вводят в соприкосновение с лицевой стороной шва и производят частичную осадку шва для обеспечения 45 площади контакта инструмента со швом. Далее делается выдержка,в процессе которой производится передача тепла от инструмента к сварному соединению ,до выравнивания температур, После выравнивания температур производится окончательная осадка шва. Нагрев нижнего инструмента-подкладки не производится. Подкладка служит лишь опорой для осуществления способа 21,Известным способом можно устранить деформации в основном в пластичных сплавах типа АМгб, Осадка сварных соединений для высокопрочных сталей мартенситного класса по известному способу трудно осуществима, так 60 как нагрев металла шва контактным методом (путем передачи аккумулированного тепла через поверхность контакта от инструмента к шву) до температуры, соответствующей нулевому эначению предела текучести металла шва невозможен. Причем вледствие того, что подкладка не подогревается, а находится в соприкосновении с обратной стороной шва, она способствует теплоотводу от металла шва. Осаживаемый металл будет иметь разную температуру по сечению шва. В связи с этим"при осадке на подкладку, не- прогретую до температуры,соответствующей нулевому значению предела текучести металла шва, в районе корня шва появляются дефекты типа трещин и надрывов. Кроме того, при осадке нагретым инструментом до температуры, превышающей нулевое значение предела текучести металла шва(более 800 С, возникают дефекты типа вырывов, вызванные процессом микросварки давлением в отдельных точках между.инструментом и лицевой стороной шва.Известный способ трудоемок, длителен и не приемлем для кольцевых швов По известному способу при осадке швов с внутренними дефектами типа пор трудно осуществим контроль степени сплюсности пор после осадки шва.При проведении рентгенографического просвечивания сварных швов, а )также при проведении ультразвукового метода контроля возможны необъективные показания сплюсности пор, а также выявление ложных дефектов. Необъективен также металлографический метод контроля, так как он производится выборочно от партии сварных узлов.Цель изобретения - повышение прочности сварных соединений из. высоко- ,прочных сталей путем исключения дефектов типа пор и появление трещин и надрывов в корне шва.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу упрочнения сварных соединений, преимущественно в листовых и аболочковых конструкциях, при котором под сварным швом располагают подкладку и выполняют осадку сварного шва нагретым инструментом, перед осадкой осуществляют нагрев свар ного шва вместе с подкладкой до температуры,соответствующей нулевому значе-нию предела текучести металла сварного соединения, а в процессе осадки инструмента перемещают одновременно в продольном и поперечном направлениях со скоростью в продольном. направленииБП ПОЛЮ 28где Ч- скорость перемещения инструмента в поперечном направлении;8 - ширина рабочей части инструмента;В - ширина шва после осадки, до получения сварного шва с толщиной 8 и шириной В 2, отвечающимЯ ЧЯ ЧпопеРЧпопер 2 В 2 В 65 следующему соотношению 6 В 1, 573, В,где В - ширина шва до осадки;5 - толщина шва до осадки,Кроме того, осадку выполняют путем прокатки роликом.На фиг. 1:представлена схема осадки сварного шва,. вид со стороны усиления шва; на фиг, 2 - схема осадкишва, вид продольного сечения шва.Перед осадкой изделие 1 со сварным швом 2 располагают на прокладке 103, При осадке продольных и кольцевых швов в качестве подкладки 3можно испольэовать оправки с диаметром, близким диаметру внутреннего диаметра обечайки 1 (трубы), 15Оправку (подкладку перед надеванием на нее юбечайки (трубы) смазывают графитовой смазкой во избежание свариваемости изделия с подкладкой (прилипанйя) . Производятнагрев сварного шва и подкладки.Нагрев может производиться индукторомили газовой горелкой, В качествепримера для стали 25 ХГСА температуранагрева 800-1000 С.После нагрева досоответствующих температур сварногошва 2 и подкладки З.производят осадку шва нагретым инструментом(роликом,шариком)4.В процессе осадки сварногошва 2 инструмент 4 перемещают вдвух направлениях: в продольном направлении шва (по стрелке Чпри поперечном (по стрелке Чропе), причем поперечное движение инструменту. может быть сообщено в возвратно- поступательном направлении.35Осадку сварного шва производят дополного сплющивания пор, котороезадается соотношением параметровшва до и после осадки следующимимперическим выражением: 40В . 1576Вгде В 1 - ширйна шва после осадки;В - ширина шва до осадки;8 - толщина шва после осадки;8 - толщина шва до осадки.Заданное соотношение параметров шва получено экспериментальным путем . и подтверждено механическими испытаниями сварных соединений, а также гидроиспытаниями сосудов высокого давления, выполненных из стали 25 ХГСА.В процессе осадки скорость движения инструмента в продольном направлении задается так, чтобы при возвратном движении его в поперечном направлении им захватывалась часть ранее осаженного шва,-т.е, рабочий инструмент при осадке в поперечном 60 направлении шва по одному и тому же месту проходил бы дважды, при этом где Ч - скорость движенИя инструмента в продольном направлении шва;скорость движения инструмента в поперечном направлении шва;Я - ширина рабочей части инструмента; Вд - ширина шва после осадки,Заданные соотношения между геометрическими параметрами шва инструмента и режимовосадки позволяют исключить появление трещин в корне шваФУ избежать. йоявление следов от инструмента с лицевой стороны шва,кроме того, способ позволяет произвести йолное сплющивание пор в поперечном направлении шва и повысить его несущую способность. После обкатки . шва не требуется дополнительный контроль плотности шва.П р и м е р. Проводят проверку несущей способности сварного соединения из стали 25 ХГСА толщиной,. 1,5 мм. Продольный сварной шов обечайки диаметром .200 мм подвергают садке роликом в поперечном и продольном направлениях.Определяют оптимальные режимы осадки сварного, а также соотношения, геометрических йараметров шва до и после обкатки, при которых исключается появление трещин после осадка, а наличие пор в шве не влияет на прочностные характеристики шва,Токарный станок.вОправка (подкладка) под сварной шов. Газосварочный пост с горелкой Москва, Рабочий,гаэ - пропан-бутан.Режим сварки продольного шва Эса в 80 А;01=12 В,ЧС =10 м/ч;Ам/мин.Осадку производят при температуре нагрева металла шва и подкладки 1 ц, =800-, 1000 фС, Температура нагрева ролика200 300Производят сварку обечаек стали 25 ХГСА с содержанием азота до 0,25. По результатам рентгенографического просвечивания по линии сплавления со стороны корня шва с обоих сторон имеются сплошные цепочки пор и отдельные поры до О,б мм. По нормативно- технической документации для сосудов, работающих под давлением, цепочки, поры и отдельные поры диаметром более 0,3 мм недопустимы. Продольные швы подвергают обкатке на режимахс 1 Чщ, - , 3-8 м/Ч,Чфлер-18 м/ч.Проведены исследования по выявлению соотношения геометрических параметров шва до и после обкатки. В процессе анализа экспериментальных данных, проведения рентгеноконтроля и металлографического ана1007880 лиза установлено, что трещины вшвах после обкатки отсутствуют, а поры сплюснуты до полного соприкосновения их внутренних поверхностей при следующих соотношениях геометрических параметров шва5Ег В,г 157 ф В фгде В - ширина шва после обкаткигВг- тблщина шва до обкатки В - ширина шва до обкатки 3 - толщина шва до обкатки. 10 20- скорость движения инстру" .мента в поперечном направлении;25 Б - ширина рабочей части ролика в мм;.Для обечайки из стали 25 ХГСА толщиной 1,5 мм найдены оптимальные режимы нагрева и осадки:Ь, - 1;7 мм (при сварке с приса"дочной проволокой)35Ч =4 м/ч, Чщю= 9 м/ч, 81- 1,3 мм В 7 мм. В 3,5 мм 5 - 18 мм. жеюаа Давление, при котором произошло разрушение сосуда, кгс/мм Качество шва Б е э 123-132 170-175 Швы без пор 127 осадки 180-205 Швы с единичными 190 порами доФ 0,6 мм 129-139 С осадкой Таблицаае абае шш ш е Вемш шш ае Вш м/ч Чр м/Ч приразруПОП авлениеоторомился сог.с/смпыт ачестшваК вы с порам О,9 рами 3 Швы Ою 4 94 Установлены также режимы осадки, и геометрические параметры ролика и шва были заданы следующим соотношениемЯП ОП 2 Вйгде Ч, - скорость движения инструмента в продольном направ" ленииг В 1 - ширина шва После обкатки,Вид сварного гЗ (Для плоскихсоединения образцов)загс/юР) Результаты испытаний приведены в табл. 1.Результаты обжатия сварного шваобечайкиФ 200 мм с толщиной стенкиб .:1,5 мм приведены в табл. 2.Исйытания показали, что осадка щвов методом обкатки при скоростях Чр =4 м/ч и Чор=9 м/ч позволяет осуществить полнде сплющивание пор, исключить появление трещин в швах и повысить прочностные характеристики сварных швов. Повышение прочностных характеристик шва достигается при геометрических параметрах шва заl данных соотношениемгВ 21 ф 57В процессе испытанийвыявлено:если соотношение 6 В меньше ,57,воз"- можно неполное сплющивание пор 1 приб, Внесоблюдении соотношения Чя соц - на лицевой стороне шва появ- Ч 8ляются вырывы и вмятины по околошовной зоне; при осадке сталей мартен- ситного класса на скоростях Ч 3 м/ч и Чюа 8 м/ч выявлены трещины со стороны корня шва. На скоростях Ч:,8 м/ч и Чощ )18 м/ч выявлено неполное сплющивание пор, а также следы инструмента на шве.Таким образом, предлагаемый способ позволяет по сравнению о прототипом повысить прочность сварных швов на 710, снизить дефекты,в сварных швах на 20-30, а трудоемкость работ по исправлению дефектов на 30-40, расширить технологические возможности по применению трудносвариваемых сталей.Таблица 11007880 Составитель Л.Назароваедактор И,Ковальчук Техред И.Костик Корре фере Подписное СССРрытий оектная,ул Филиал ППП фПатентф каз 22 ВНИ 11316Государстпо делам иМосква,Тираж 1104 енного комитета обретений и отк -35 Раушская на