Способ электронно-лучевой сварки тавровых соединений

(5 ц 4 В 23 К 15/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ П(КТ СССР(56) Патент Великобритании У 1129056, кл. В 23 К 15/00, 1968,Сварка в машиностроении. Справочник в 4-х томах, т.1, М.: Машиностроение, 1978, с.423, рис.76. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ ТАВРОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ(57) Изобретение относится к элек"; тронно-лучевой сварке и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при сварке тавровых соединений, работающих в условиях действия переменных нагрузок, Цель изобретения - повышение качества соединения путем .устранения непроваров и концентраторов напряжения. Способ ЯО 1454610 А 1 сварки состоит в сквозном проплавлении полотна 1 и формировании сварного шва по всей толщине ребра 2 с галтелями радиусом г между ребром и полотном. Для этого свариваемые деталиплотно прижимают друг к другу по соединяемым поверхностям 3. При необходимости полотно 1 стыкуют над ребром2 по середине его толщины. По обестороны оси ребра 2 по всей его длинеустанавливаютформирующие подкладки4, на рабочих кромках 5 которых выполняют скругления радиусом, равнымзаданному радиусу галтели в зоне соединения полотна 1 с ребром 2, Электронным лучом заданной мощности проплавляют через полотно соединяемыеповерхности 3, направляя луч нормально к свариваемой поверхности. Технологические режимы сварки выбирают изусловия, формирования устойчивойсварочной ванны, которая, растекаясь,заполняет полости, образованные скругленными рабочими кромками подкладки.1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.Изобретение относится к электронно-лучевой сварке и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при сварке тавровых соединений, работающих в условиях действияпеременных нагрузок,Цель изобретения - повышение качества соединения путем устранениянепроваров и концентраторов напряжения,На фиг.1 показана схема электронно-лучевой сварки таврового соединения с формирующими подкладками; на,фиг,2 - то же, при расположении стыка полотна над ребром; на фиг.З -схема поперечного сечения сварного,тавровых соединений состоит в сквоз,ном проплавлении полотна 1 и формировании сварного. шва по всей толщинеребра 2 с галтелями между ребром иполотном, Для этого свариваемые детали плотно прижимают одну к другойпо соединенным поверхностям 3. При;необходимости полотно 1 стыкуют надребром 2 симметрично его толщине(фиг,2), По обе стороны от ребра 2 по 30всей его длине устанавливают формирующие подкладки 4, на рабочих кромках 5 которых выполняют скруглениярадиусом, равным заданному чертежомили техническими условиями на изделие радиусу галтели в зоне соединения35полотна 1 с ребром 2. Электронным лучом 6 заданной мощности проплавляютчерез полотно соединяемые поверхности 3, направляя луч нормально ксвариваемой поверхности. Внедряясьв материал полотна 1 и ребра 2, электронный луч расплавляет соединенныеповерхности 3 при относительном перемещении луча и деталей вдоль зоны 45соединения, образуя прорезной сварнойшов 7 с галтелями радиуса г (фи; .3).Радиус т скруглений рабочих кромок подкладок выбирают в соответствии с конструктивными и техническимитребованиями к работоспособности кон 50струкции, обеспечивая радиус галтелиг сварного шва с плавным сопряжением между свариваемыми деталями(фиг.3). Радиус галтелей не превышает 15-20 мм. Получение качественного55сварного соединения возможно притолщине ребра не менее диаметра электронного луча. В противном случае изза расплавления подкладок 4, выполненных иэ материала, отличного отсвариваемого, формирование шва нарушается, в металле шва образуются интерметаллиды, выделяются пары и газы свариваемого металла, образу.тсявыплески, что приводит к браку изделия,Размеры и материал подкладок длякаждого конкретного случая подбираются экспериментально из условий воэможности многократного их использования и отвода тепла сварочной ванныза счет теплопроводности и зависятот теплофизических свойств свариваемого металла, толщины полотна и режима сварки. Минимально возможныеразмеры подкладок как по высоте, таки по ширине выбираются такими чтобыматериал подкладки в процессе сваркинагревался до температуры не более(0,3-0,5) Т, В противном случаеможет произойти деформация и расправление подкладки, В качестве материала для изготовления подкладок могутбыть использованы медь, нержавеющаясталь, графит, керамика и другие материалы, применяемые для подкладокпри сварке плавлением.Режим сварки выбирают из условия,обеспечивающего заданную ширину сварного шва в зоне соединения (фиг,3),т.е.Ьщ= К (Ъ+ 2 Г)ргде Ь - ширина сварного шва полотна;Ь - толщина ребра;- радиус скругления рабочихкромок подкладки;К - коэффициент пропорциональ"ности, равный 1 - 1,5,Технологические параметры режимасварки обеспечивают получение сварочной ванны, которая, растекаясь,заполняет полости, образованные скругленными рабочими кромками подкладок,Коэффициент К учитывает условиявоспроизводимости сварного шва. Экспериментально установлено, что призначении К ) 1,5 получение качественного сварного соединения затрудненоиэ-за увеличения деформации конструкции за счет повышенного тепловложения и большого объема литого металла шва, При К1,0 не обеспечивается плавного перехода между сопрягаемыми свариваемыми деталями. Вели 3 14546 чина коэффициента К в пределах 1 1,5 в каждом конкретном случае определяется с учетом воспроизводимости формы шва на применяемом оборудовании и качества сборки деталей в сборочно-сварочном приспособлении.Выполнение соотношения для выбора Ъэ является необходимым условием получения плавного перехода поверхности шва между соединяемыми деталями и принудительного формирования галтелей за счет скругления рабо" чих кромок подкладок. Глубина проплавления ребра должна составлять 15 не менее величины радиуса галтели.При сварке толстых ребер возможно применение развертки луча или многопроходной сварки с поперечным смещением каждого из последующих швов на определенный шаг, равный ширине предыдущего, до образования галтелей по обе сторойы от ребра.В тех случаях, когда толщина ребра 2 близка по величине к диаметру 25 электронного луча, а также при наличии повьппенных требований по сим-, метрии шва, полотно 1 выполняют разрезным из двух состыкованных заготовок. Наличие стыка над соединяемы" ми поверхностями гарантирует требуемую точность сборки деталей и совмещение электронного луча при сварке (особенно криволинейных швов) симметрично рабочим кромкам подкладки.35П р и м е р 1. Выполняли электронно-лучевую сварку ребристых панелей из титанового сплава ВТ"20, Толщина полотна 2,5 мм, толщина приваривае" мых ребер 1,5 мм. Ребра зажимали меж- о ду двумя медными формирующими подкладками сечением 30 к 30 мм, имеющими скругления рабочих кромок г =. = 2,5 мм. Сверху на сварочный стенд устанавливали полотно и плотно при жимали его к ребрам и медным подкладкам прижимами. На полотне размечали ось сварного шва. Сварку выполняли в нижнем положении остро сфокусированным лучом. Начинали и закан" чивали процесс сварки на технологи" ческих припусках ребер длиной 1 О - 15 мм.Режимы сварки.а) 0 у 30 кВ, 1 оп 100 мА;720 /.Сварной шов не удовлетворяет требованиям по качеству, так как Ь,"6 мм (К=0,9 , что не соответствует приве 1 Оденному условию для Ь,.Такое сварное соединение обладает низкими механическими свойствами: угол загиба50 ф, число циклов до разрушения при 6 мсчкс =570 МПа, И,= 50000;б) 1) уск= 30 кВ, 1 = 140 МА, 4 св 20 мчПри таком режиме сварки получено некачественное, сильно деформированное сварное соединение, стрелка прогиба на длине 250 мм составила 3 мм, Ширина шва 10,5 мм не соответствует условию для Ь (К = 1,6);в) Пуск= 30 кВ; 1 се= 120 мА, Че= 20 м/ч.Получен сварной шов с качественным формированием галтелей по радиусу г= =2,5 мм, ширина шва в зоне соединения Ъ ш = 6,5 мм (К=1 ).Показатели качества и долговечности сварного шва (Ы=120 и М ц = =300000) высокие.Режимы сварки, значения ширины шва и механические свойства сварных соединений, выполненных электроннолучевой сваркой без подкладок и с формирующими подкладками, приведены в таблице. П р и м е р 2. Выполняли электронно-лучевую сварку кольцевых шпангоутов иэ титанового сплава ВТ 5-1. Наружный диаметр силового элемента 500 мм, толщина 3 мм. Диаметр привариваемого кольца 460 мм, толщина 0,6 мм. При сварке такой толщины . кольца точность совмещения оси электронного луча с осью симметрии кольца должны быть не хуже 0,15 мм, Для выполнения этих требований силовой элемент полотна изготовили разрезным и устанавливали стык симметрично толщине ребра. Ориентацию электронного луча осуществляли с помощью прибора"Прицел",Собранный встык силовой элемент полотна устанавливали на кольцо, собранное вместе с подкладками из стали Х 18 Н 10 Т. Подкладки имеют сечение 40 к 40 мм и установлены с противоположных сторон по периметру нривариваемого кольца, Рабочие кромки подкладок. имеют скругления радиусом 0,5.мм. Сварку выполняли остро- сфокусированным лучом в нижнем положении при вращении свариваемого шпангоута, Получено качественное сварное соединение с высокими механическимиЛ5 1454610 6 свойствами (см.таблицу) за счет ст- ром сварку ребра к полотну осуществсутствия концентраторов напряжения ляют со стороны полотна путем сквозв угловых соединениях. ного его проплавления и частичногоПо сравнению с базовым объектом проплавления ребра, о т л и ч а ю 5предложенный способ электронно-луче- щ и й с я тем, что, с целью повьппевой сварки позволяет уменьшить про- ния качества соединений путем устрацент брака в тяжелонагруженных кон- нения непроваров и концентраторов струкциях ответственного назначения, напряжения, сварку осуществляют на работающих в условиях действия пе О формирующей подкладке со скруглениременных нагрузок, таких например, ем на рабочих кромках, при этом подкак титановые ребристые панели и кладки устанавливают по обе стороны кольцевые шпангоуты, изготовляемые от ребра по всей его длине, а скругавиационной промьппленностью. ление располагают в зоне стыка реб 15 ра с полотном.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я щ и й .с я тем, что стык полотна, состоящий из нескольких частей, уста"1. Способ электронно-лучевой навливают над ребром по середине его сварки тавровых соединений, при кото толщины,1Влияние способа н ренина злектроиио-лучевой сварки на формированиеметалла ива н механические свойства сварных соединений Способ ЭЛС авровмх оединеннйелнвв вид ариого соеди- нении Ширин нва в Толлиареб Свойства сварсоединений евимм сварки редкаро тиба дни еТок скориюее на оедирнив ь,), ии вагиб Н,гр и 6,УО ЙЛ Иоэ0 32000 л Вев аодкл едок 3 0,3 90 20 100 2023 6 90 3000 Иекачествеииформированагантелей а свароеина 20 230000 йеформго соади20 300000 Качествмиров вин