Способ правки сварной оболочки и устройство для его осуществления

ф 7 сгОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфез Сееетск 1 вСецналистическнвРеспублик 778861 К АВТОРСКОМУ СВИ ТЮЛЬСТВУ(51)м, Нл. с присоединением заявим йо В 21 О 1/08 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий,5(088,8) Опубликовано 15,1180, Бюллетень Но 42 Дата опубликования описания 15.1 180(54) СПОСОБ ПРАВКИ СВАРНОЙ ОБОЛОЧКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯИзобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении тонкостенных оболочек сварной конструкции, преимущественно иэ алюминиевых сплавов, с повышенными требованиями к правильности геометрической форвы. Известен способ правки сварной оболочки путем приложения перед свар кой к околошовной зоне поверхности оболочки локального усилия, направленного в сторону, противоположную направлению усилия деформации оболочки при сварке 1.Ф 5Способ осуществляют устройством для правки сварной оболочки, содержащим корпус с установленным в нем грузовым винтом, несущим опорную чашку. Однако известный способ правкисварной оболочки характеризуется значительной продолжительностью циклаустранения остаточной деформации, таккак для его осуществления требуется 25выполнение двух операций - предварительной выштамповки и осадки выдавленной зоны, что уменьшает производительность и снижает качество изде-,лий,Цель изобретения - повьваение произ водительности и улучшение качества изделий.Поставленная цель достигается тем, что локальным усийием в околошовной зоне поверхности оболочки создают предельнув упругую деформацию и производят сварку, снижая локальное усилие пропорционально снижению предела текучести материала оболочки при его нагреве в ггроцессе сварки.Отличие устройства, позволяющего осуществить предлагаемый способ, состоит в том, что чашка смонтирована с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения относительно винта и подпружинена, при этом устройство снабжено ограничителем перемещения чашки относительно винта.Благодаря усилию сжатия пружин одновремеино со сваркой оболочки осуществляется ее правка, так как оно создает в околошовной зоне поверх-. ности оболочки напряжение растяжения, компенсирующее действие температурных напряжений, обусловленных местным нагревом оболочки в процессе сварки и вызывающих сжатие оболочки в околошовной зоне. Постоянное в процессе сварки поджатие чу.ки устрой50 55 ства к поверхности оболочки в околошовной зоне способствует интенсивному теплоотводу, в результате которого предотвращается перегрев металлаШва и зоны его термического влияния.На фиг. 1 изображены оболочка иустройство. для ее правки и фиксациипривариваемой детали в исходном положении; на фиг. 2 - оболочка и устройство, подготовленные к выполнениюсварки и правки, на фиг. 3 - то же,при завершении сварки и правки; на 10фиг, 4 - зависимость предела. теку честиматериала от температуры ег.нагрева; на фиг. 5 - зависимостьразгрузки тарельчатых пружин от теплового расширения оболочки при ее нагреве в процессе сварки.Устройство для правки тонкостен,ной оболочки 1 и фиксации привариваемой к ней детали 2 содержит чашку 3,корпус 4, винт 5, тарельчатые пружины б, помещенные между опорными плоскостями чашки и винта, и ограничитель 7, который предназначен для Фиксациисжатия тарельчатых пружин,Правка оболочки и работа устройства осуществляются следующим образом,В исходном положении устройстводля правки устанавливают в полостиоболочки 1 и производят центровку.Для этого чашку 3 устанавливают такимобразом, чтобы ее опорная рабочая 30поверхность А прилегала к вйутреннейповерхности оболочки. При этом отверстия в оболочке и чашке должныбыть совмещены посредством детали 2,привариваемой к оболочке. Торец Б 35Фиксирующего отверстия чашки фикси Рует привариваемую деталь относительно бои оболочки. Тарельчатые пружиныб находятся в свободном состоянии(прогиб их равен нулю).40 При подготовке оболочки к сваркеи правке вращением винта 5 сжимаюттарельчатые пружины б. Сжатие ихограничено либо ограничителем 7, либозатяжкой винта тарированным ключом.В результате сжатия пружин возникаетупругая сила, создающая на поверхностй оболочки в зоне будущейо сварного"соединения предельную упругую дефор-мацию, равную о,ъЬ 8 ЕНгде й - радиус оболочки,6 - условный предел текучестио,хматериала оболочки,6- модуль упругости материалаоболочки. Потребное усилие Г , обеспечивающее предельную упругую деформацию оболочки в зойе будущего шва, опреде- Я " "-ляют опытнйм путем или расчетом защемленной кольцевой пластинки, нагруженной сосредоточенной силой.Исходя иэ потребного усилия Г, определяют жесткость пакета тарельчатых пружин. Между ними имеется зависимостьГ = сГ,где с - жесткость пакета тарельчатыхпружин;прогиб пакета тарельчатыхпружин равный Но - Н 1где Н - высота пакета пружин до затяжки,Н - высота пакета пружин послезатяжки.Под воздействием температурногополя, образуемого при сварке источником тепла, происходит местный нагрев оболочки, в результате которогов околошовной зоне возникают температурные напряжения. Последние вызывают деформацию сжатия оболочки воколошовной зонеПри значительномнагреве материала оболочки снижаетсяего предел текучести, и эти напряжения могут вызвать пластическую деформацию оболочки - усадку (утяжку). Такому напряженному состоянию оболочкиэквивалентно напряженное состояние,создаваемое распределением в околошовной зоне оболочки внешней сжимающей нагрузки. Приложением упругой силы от сжатия тарельчатых пружин воколошовной зоне оболочки создаетсяобратное по знаку напряженное состояние, Если его интенсивность равна интенсивности напряженного поля, созданногонагревом оболочки при сварке,то правка ее происходит одновременносо сваркой.Практически это равенство имеетместо, если упругой силой сжатия тарельчатых пружин создано напряженное.состояние растяжения, вызывающее предельную упругую деформацию оболочкив околошовной зоне. Температура материала в околошовной зоне составляет Т , и из зависи 1 фмости ю - Т этой температуре соответству 1 т предел текучести 6 , который меньше предела текучести 6 маотериала оболочки до сварки. При сварке одновременнос понижением пределатекучести материала оболочки в околошовной зоне происходит ее тепловоерасширение. Тепловое удлинение ее радиуса В равноВ:,И - й = Р 1+а(Т,-ТН,=2 1 1 1 о 1),1.где Н = В + ду - радиус упруго де 1 - 0 Формированной оболочки,А - коэффициент линейного расширенияматериала оболочки,Т и Т соответственнотемпературы металла оболочки в околошовной зоне досварки и при сварке,Очевидно, что на величину теплового удлинения д уменьшается суммарный прогиб тарельчатых пружин, который становится равным(н + б ) = н - н1 О ОУменьшение прогиба тарельчатйх пружин означает разгрузку последних, и упругая сила согласно зависимости Г - д уменьшается и становится равной ГВ процессе сварки оболочки за счет постоянного поджатия чашки 3 тарельчатыми пружинами обеспечивают плотный контакт ее с внутренней поверх ностью оболочки и интенсивный теплоотвод иэ эоны сварки, В результате температурное поле в околошовной зоне характеризуется значительным градиентом температуры, и металл оболочки в околошовной зоне нагревается до 150-200 С. При такой температуре предел текучести его снижается незначительно.Закон разгрузки тарельчатых пружин при сварке оболочки адекватен закону снижения материала шва в околошовной зоне. Поэтому можно считать, что созданная перед сваркой упругая деФормация .оболочки практически остается неизменной и после снятия упругой силы Форма ее не нарушается. Это означает, что в процессе сварки оболочки автоматически осуществляется ее правка.Следует отметить, что градиент ЗО температуры в околошовной зоне можно значительно повысить, учитывая конвективный теплообмеи при сварке оболочки. Для этого в чашке 3 предусматривается закрытый канал для цир куляции охлаждающей жидкости. Уменьшение нагрева оболочки в околошовной зоне можно также осуществить при использовании сварочного источни ка тепла с высокой концентрацией тепловой энергии, выделяемой при сварке (плазменная, микроплазменная и другие виды сварки).Последние два обстоятельства име ют существенное значение при сварке оболочек из алюминиевых сплавов, так как перегрев их влечет выпадение на границах зерен-фазы, вызывающейснижение пластичности сварного соединения,Изобретение позволяет совместитьв одной операции правку оболочки сосваркой и тем самым сократить цикл ееизготовления. Повышается качество изготовления оболочки, обусловленноесохранением правильности ее геометрической формы. Улучшается также качество сварного соединения, благодаряпостоянному в процессе сварки поджатию чашки к внутренней поверхностиоболочки, в результате которого повышается эффективность теплоотвода иулучшается структура .металла шва изоны его термического влияния.Формула изобретенця1. Способ правки сварной оболочкипутем приложения"перед сваркой к околошовной зоне поверхности оболочкилокального усилия, направленного всторону, противоположную направлениюусилия деформации оболочки при сварке, о т л и ч а ющ и й с я тем,что, с целью повышения производительности и улучшения качества изделий,локальное усилие в околошовной зонеповерхности оболочки прикладываютравным предельной упругой деформации,а в процессе сварки снижают локальнбе усилие пропорционально снижениюпредела текучести материала оболочкипри его нагреве.2. Устройство для осуществленияспособа по п. 1, содержащее корпус срасположенным в нем грузовым винтом,несущим опорную чашку, о т л и ч а ющ е е с я тем, что чашка установлена с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения относительно винта и подпружинена, приэтом устройство снабжено ограничителем перемещения чашки относительновинта.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Устранение сварочных деформаций в машиностроительных конструкциях. М., "НИИинформтяжмаш, 1968,10-69-10, с. 22-40,Патент",. г. Ужгород, ул. Проект ли аказ 7897/7 ВНИИП по 113035, Тираж Государстелам иэоб осква, Ж 986нногтениРа Подписикомитета СССРи открытийская наб., д. 4/5