Способ изготовления крупногабаритных конструкций

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 н 770702(23) ПриоритетГосударственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В. А. Шелободкин, А. С. Гельман и В. М. Сагалевич вптБ ФЗЯДЖ 1- ТЬ 3(5 й) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ10 Изобретение относится к сварке, в частности к способу изготовления крупногабаритных конструкций, преимущественно оболочковых, и может найти применение в химическом машинострое нии при изготовлении обечаек для корпусов сосудов, работающих при высоких и сверхвысоких давлениях, корпусов: парогенераторов для АЭС и в других отраслях промышленности.При сборке под сварку элементов обечаек крупногабаритных объектов практически неизбежно возникает необходимость устранения или снижения изломов на стыках элементов которые 15 могут быть обусловлены как неточностью изготовления элементов, так и действием внутренних напряхений, возникающих при их изготовлении. При сварке этих элементов неизбежно воз никают угловые деформации, которые могут привести к недопустимым изменениям геометрической формы и размеров конструкции и необходимости дополнительной обработки изделий после 25 сварки.Известен способ сборки-сварки крупногабаритных конструкций,йри котором применяют зажимные приспособления 11. 30 2Эффективность использования зажимных приспособлений для снижения остаточных деформаций зависит от соотношения жесткости изделия и приспособ" ления. Этот способ может дать полохительный эффект лишь при определенных размерах конструкций и практически неприемлем при изготовленчи крупногабаритных жестких конструкций.Известен способ сварки конструкций, при котором конструкции задают до сварки деформацию, обратную сварочной 21 .Этот способ применяется редко и не может быть применен для крупногабаритных жестких сварных конструкций вследствие трудности или практической невозможности точного расчета и создания деформаций, обратных сварочным. Известен способ изготовления крупногабаритных конструкций, преимуще-ственно оболочковых, наиболее близкий к данному изобретению по технической сущности, при котором элементы .конструкции собирают с заданным зазором в приспособлении, выполняют прихваточные швы и осуществляют многослойную сварку, порядок наложения слоев которой определяют по результатам контроля угловых деформаций 3) .Этот способ сборки и сварки обечаек недостаточно эффективен по следующим причинам.При изготовлении элементов для сборки,и сварки крупногабаритных обечаек,. а. также в процессе транспортировки или Хранения возможны изменения их геометрической формы от действия внутренних напряжений в материале, вызванных вальцовкой, штамповкой или другими операциями, что приводит к появлению изломов в стыках при сборке иэделия и требует спе циальных способов их устранения в процессе сварки или последующей обработки.Выполнение соединения элементов на прихватках при обычном способе их наложения уже вызывает напряжения и деформации в соединениях, которые обычно не учитываются.Эти недостатки способа сборки и сварки затрудняют возможность получить изделие, размеры и форма которого находились бы в пределах установленного поля допусков, и требуют применения дополнительных методов устранения отклонений геометрической формы изделия после сварки, что снижает" эффективность и повышает затраты "на осуществление технологического процесса.Целью данного изобретения является получение заданной геометрии конструкции без последующей дополнительной обработки.Для этого прихваточные швы выполняют с вогнутой стороны стыков с одновременным охлаждением соединений с выпуклой стороны, освобождают собранную конструкцию из приспособления и осуществляют сварку, при этом первые слои выполняют с вогнутой стороны стыков.Кроме того, прихваточные швы выполняют обратно-ступенчатым методом от середины к краям, и сварку каждого слоя осуществляют обратно-ступенчатым методом,На фиг. 1 представлена схема профилограммы геометрической формы обечайки, собранной поп сварку с изломами в стыках;на фиг. 2 - разделкастыка под сварку с установленным охлаждающим элементом; на фиг. 3 -ориентировочный порядок наложения слоев шва при наличии излома в стыке; нафиг. 4 - кинетика . нарастания угловых деформаций от наложения отдельныхслоев шва.П раи м е р. Обечайку корпуса реактора диаметром 13 м сваривают из шести. сегментов высотой 1,8 м и толщиной 34 мм, выполненных из листовой стали марки Х 18 Н 9 вальцовкой с предварительной форзагибкой кромок. Изготовленные сегменты имеют изменения60 б 5 и контролируют ее геометрическуюформу и размеры. Такой порядок выполнения прихваток и последуют)ее освобождение обечайки от закреплений позволяет получить некоторое снижение изломов в стыках, выявившееся при проведегеометрической формы, которые обусловливаЮт наличие в собранной под сварку обечайке изломов в стыках до 10Отклонения геометрической формы обечайки в состоянии после сборки превышают допустимые.Выправить сегменты до их сборкив обечайку невозможно. Отсюда вытекает задача - регулированием угловыхдеформаций в процессе сварки устранить изломы в стыках и обеспечитьполучение проектных размеров обечайки.Свариваемые кромки имеют двухстороннюю симметричную разделку. Зазорв стыках устанавливают равным 5+1 мм)5 для обеспечения гарантированногопровара.Сварку осуществляют электродамимарки 48 АТ диаметром 4 мм на токе120-140 А, обеспечивающими аустенитно 20 ферритную структуру металла шва ссодержанием д.-фазы в пределах 2-5.Обечайку собирают в специальныхприспособлениях по черчеНию, выполненному по плазу, путем закрепленияр 5 образующих ее сегментов. Приспособления обеспечивают возможность получения требуемого взаимного расположения свариваемых кромок и зазора встыках, а также вертикальность обра- зующих обечайки. Геометрические размеры обечайки контролируют по черчению и измерениями периметров рулеткой по верхней и нижней кромкам.Средний фактический диаметр обечайкиопределяют из ее периметра. Изломы встыках измеряют специальным шаблоном,Обечайку собирают с технологическимприпусКом по периметру, равным 30 мм,на компенсацию поперечных укорочений сварных соединений(из расчета по40 5 мм на стык). Величина технологического припуска принята по опыту сварки аналогичных конструкций,Прихватки выполняют в сборочномприспособлении с вогнутой стороны45 стыков(в данном случае с внутреннейстороны обечайки) на медных водоохлаждаемых трубках, устанавливаеьыхс обратной(выпуклой)стороны. Интенсивное охлаждение обратной стороныприхваток подкладными элементами создает напряжения, способствующие снижению изломов в стыках. Для обеспечения равномерности поперечных укорочений и угловых деформаций по длине швасначала накладывают прихватки по се 55 редине каждого стыка, затем обратноступенчатым способом от середины ккраям через 400-500 мм накладываютдругие прихватки. После прихваткиобечайку освобождают от закрепленийнии контроля Формы и размеров обечайки после ее освобождения от закреп- .лений. Оставшийся излом в стыках, полученный в результате изменения геометрической Формы сегментов, устраняют созданием большей угловой деформации стыков с их выпуклой стороны в процессе сварки.Необходимые приращения угловых деформаций получены за счет охлаждения обратной стороны шва при выполнении первых слоев и применения определенного порядка наложения швов по сторонам разделки. В процессе сварки,систематически производят контрольугловых деформаций и перемещенийобечайки.Проведенные предварительно опыты показывают, что при сварке стыковыхсоединений по зазору на интенсивноохлаждаемых съемных подкладных элементах кристаллизация металла начинается со стороны охлаждающего элемента, т.е. с обратной стороны шва.За счет этого создается усадочная сила, которая обеспечивает изгиб стыка в сторону охлаждающего элемента. Используя это явление, сварку первых слоев производят с вогнутойстороны стыков на медных водоохлаждаемых трубках диаметром 8-12 мм, устанавливаемых в разделке с обратной (выпуклой) стороны(см.фиг.2).Возникающие при этом угловые деформации уменьшают имевшийся после сборки излом стыков(см.фиг.4).Дальнейшее снижение первоначальных изломов получено за счет применения рациональной последовательности наложения швов по сторонам разделки. Известно,что нарастание угловых деформаций от отдельных слоев шва при многослойной сварке связано определенной зависимостью с толщиной ранее выполненного шва - при выполнении первых слоев угловыедеформации незначительны, затем они возрастают и достигают максимума, после чего уменьшаются(по достижении определенной жесткости сварного соединения), Этот характер нарастания угловых деформаций также использован для устранения изломов в стыках.Второй и несколько последующих слоев шва(до достикения определенной суммарной толщины наплавленного.металла)выполняют также с вогнутой стороны стыков. Возникающие при этбм угловые деформации увеличивают излом стыков, однако скорость нарастания излома от отдельных слоев сравнительно небольшая вследствие практически равномерного прогрева ранее выполненного шва по его толщине.По достижении определенной толщины наплавленного металла, когда значительно увеличивается скорость нарастания угловых деформаций, нало 5 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 жение последующих слоев шва производят с выпуклой стороны стыков. Возникающие при этом угловые деформации устраняют или снижают до допустимой величины общий излом стыков. Дальнейший порядок наложения слоев шва по сторонам разделки определяют по результатам контроля излома в стыках и Фактической геометрической формы обечайки.На Фиг. 4 показана кинетика нарастания угловых деформаций одного из стыков обечайки, имевшего недопустимый излом в состоянии после сборки, от отдельных слоев шва в зависимости от порядка их наложения по сторонам разделки.Для обеспечения равномерности угловых деформаций и поперечных укорочений по длине сварных соединений сварку всех слоев производят обратно- ступенчатым способом.Из приведенной киНетики нарастания угловых деформаций видно, что примененный способ сварки стыков обечайки обеспечивает возможностьснижения изломов в стыках и позволяет исключить последующую обработку изделия.В результате сварки конструкции данным способом обеспечивают устранение изломов в стыках и получают проектные размеры и Форму обечайки. Формула изобретения 1. Способ изготовления крупногабаритных конструкций, преимущественнооболочковых, при котором элементыконструкции собирают с заданным зазором в приспособлении, выполняютприхваточные швы и осуществляют многослойную сварку, порядок наложенияслоев которой определяют по результатам контроля угловых деформаций, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюполучения заданной геометрии конструкции без последующей дополнительнойобработки,прихваточные швы выполняют с вогнутой стороны стыков с одновременным охлаждением соединений свыпуклой стороны, освобождают собранную конструкцию из приспособления иосуществляют сварку, при этом первыеслои выполняют с вогнутой стороныстыков,2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что прихваточные швывыполняют обратно-ступенчатым методомот середины к краям.3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем,-что сварку каждого слоя осуществляют обратно-ступенчатйм методом.Источники информации,Ьринятые во внимание при экспертизе1, Винокуров В. А. Сварочные де-Формации и напряжения. М., "Машиностроение", 1968, с. 204-205.12. Окерблом Н. О. и др.Проектиро ванне технологии изготовления сварных конструкций. Судпромгиз, 19636,14. 3. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2577390/25-27,кл. В 23 К 31/06, 09.02.73(прототип)770702 Порядок наюохению. еюое 3 по старопаи аядеюш ХСлои иАг ю 4 Ре 46/13 Тираж 1160НИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий035, Москва, Ж, Раушская наб., д. аказ писное иал ППП"Патентф, г. Ужгород, у ектная Составитель Л. Назароваор Г. Мозжечкова Техред Н.Бабурка ЕорректорК, Муска 73 Под