Способ изготовления сварных конструкций

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 3 К 37 0 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВ И УДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВ(56) 1, Патон Б.Е. Технология электрической сварки плавлением. М., Машгиз, 1962, с. 237.2. Авторское свидетельство СССР В 806330, кл. В 23 К 37/04, 24.08.78 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХКОНСТРУКЦИЙ, при котором осуществляютсборку стыка, закрепляя концы свариваемых элементов, и его сварку, азатем охлаждают, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышениякачества сварного соединения и уменьшения остаточных деформаций при свар. - .ке, при сборке одни концы элементовзакрепляют жестко, а другие концыоставляют свободными, в процессе сварки контролируют удлинение свариваемых элементов в продольном направлении и в момент прекращения приростаудлинения свободные концы элементовзакрепляют жестко, а охлаждениепосле сварки осуществляют в закрепленном состоянии.07998 2 5 1 О 15 20 25 4 30 35 40 45 50 55 1 11Изобретение относится к сварке, вчастности к способам изготовлениякрупногабаритных изделий из металлов методом сварки плавлением, касается решения проблемы уменьшениясварочных деформаций, и может бытьиспользовано в строительстве, судои машиностроении.Известен способ иэгот-влениясварных изделий, при котором производят стыковку кромок, их закрепление,приложение растягивающего усилия,сварку и снятие растягивающего усилия 1 3.Недостатком этого способа являетсято, что растяжение при этом выполняют после стыковки и закрепления кромок электроприхватками по всей длине соединения, что не обеспечиваетполучения сварных соединений с минимальными деформациями. Способ является слишком трудоемким и требуетмощных и сложных силовых приводовдля растяжения,Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ изготовления сварныхконструкций, при котором осуществляют сборку стыка, закрепляя концысвариваемых элементов, и сваривают 2 3Однако известный способ характеризуется тем,что для растяжения стыкапроходится прикладывать большиеусилия с помощью мощных и сложныхсиловых приводов. Кроме того, в процессе сварки возможно раскрытие стыка за счет смещения кромок и появления хлопунов, что приводит к необходимости правки. Остаточные деформа.ции после применения известногоспособа значительно превышают допустимый уровень. Указанные недостаткиприводят к тому, что известный способ не нашел практического применения для сварных сложных пространственных конструкций.Цель изобретения - повышение качества сварных соединений при сварке сложных пространственных конструкций и упрощение механизма, обеспечивающего растяжение.Указанная цель достигается тем,что согласно способу изготовлениясварных конструкций, при которомосуществляют сборку стыка, закрепляяконцы свариваемых элементов, и егосварку, а затем охлаждают,при сборке одни концы элементов закрепляютжестко, а другие концы оставляют свободными, в процессе сварки контролируют удлинение свариваемых элементов в продольном направлении и в момент прекращения прироста удлинениясвободные концы элементов закрепляютжестко, а охлаждение после сваркиосуществляют в закрепленном состоянии,На фиг.1 представлены состыкованные перед сваркой заготовки; на фиг.2поперечное сечение стыка в процессевыполнения первого прохода многопроходной сварки.Кромки соединяемых заготовок 1 и 2стыкуют, и с противоположных концовстыка 3 закрепляют кромки в зажимах,одни из которых 4 и 5 жестко и неподвижно крепятся к оснастке (не показана), а другие - с противоположнойстороны стыка 3, зажимы б и 7 установлены на оснастке с возможостьюперемещения относительно зажимов4 и 5. Зажимы имеют классные отверстия 8, в которые вставляются штыриф 9, проходящие через технологические отверстия, выполненные в заготовках, чем и фиксируют кромки стыка 3относительно друг друга.Процесс сварки осуществляют наудаляемой сварочной прокладке 10горелкой 11. В процессе сварки,осуществляемом со стороны неподвижных зажимов 4 и 5, происходит нагрев материала и расширение его, в результате чего противоположный конецзаготовки вместе с зажимами 6 и 7отодвигается от другого конца. Зажимами б и 7,связанными с индикаторами 12, контролируют величину перемещения одного конца стыка относительно другого,Удлинение стыка имеет место вначале процесса сварки. Постепенноприрост удлинения уменьшается и,наконец, достигает величины, выдерживаемой стабильно до конца сварки.С момента стабилизации величины продольного перемещения стыкажестко фиксируют зажимами 6 и 7 второй конец стыка относительно оснастки .и продолжают процесс сваркидо конца стыка при зафиксированномположении противоположных концовстыка.Одновременно со сваркой в зонерасплавленного металла или непосредственно за ней прикладывают сжимающееусилие Р по линии 1-1, проходящейчерез центр тяжести О поперечногосОсечения шва под углом 85-9 к плоскостям 11-11 сплавления противопо"ложных кромок, положение которыхопределяется экспериментально. Этоусилие приложено с помощью роликов 13, устанавливаемых в соответствии с вышеприведенными условиямино вместо роликов могут быть использованы и другие устройства, напримерпоследовательно включаемые в действие прижимы и т.п.По окончании процесса сварки неснимают усилия зажимов и в положениификсированного полученного стабильного удлинения охлаждают изделие докомнатной температуры, В этом состоянии стык стремится укротиться, а наличие фиксированного положения зажи-.мов приводит к тому, что шов растягивают.Все деформации при сварке изделийсвязаны с процессами расширенияпри нагревании и укорочении при осты.вании. Изменяя величину укорочения,можно уменьшить остаточные деформации. Для изменения усадочной силысуществуют разливочные способы. Наиболее эффективным путем уменьшенияусадочной силы при сварке являетсяуменьшение зоны пластических деформаций,Эксперименты по сварке образцови замеры остаточных деформацийпоказывают, что эффект снижения пластической деформации укорочения макси"мален при растяжении вдоль оси сварного шва и поперечном обжатии вплоскости, перпендикулярной стыку.С учетом основных положений механики твердого тела, точка приложенияусадочной силы в любом сварном швенаходится в центре тяжести сечениясварного соединения, поэтому всемероприятия, связанные с уменьшениемусадочной силы, необходимо связывать .с точкой ее приложения.Применение фиксации конца стыкав момент стабилизации его перемеще"ния обеспечиваеь растяжение вдольоси шва, а применение прижимных роликов, расположенных под строго заданным углом к плоскости заготовок,обеспечивает приложение усилия вдольлинии, проходящей через центр тяжести поперечного сечения шва под уголом 90+5 к плоскости сплавленияпротивоположной кромки.Сочетание этих двух действийобеспечивает максимальный эффектснижения пластической деформации и30 354045 50 55 ют заготовку 1 в приспособление для сборки механической обработки и сварки 2,фиксацию ее проводят штырями, установленными в отверстия 8 неподвижного 4 и подвижного 6 прижимов.Растянув заготовку, проводятфрезерование торца стыка по программе,и снимают эаготовку 1, Повторяютфрезерование для заготовки 2. Затем собирают и стыкуют заготовки, фиксируют их штырями в отверстиях непод-вижных 4 и 5 и подвижных прижимовби 7.После начала сварки первого прохода заготовки 1 и 2 начинают расширяться эа счет нагрева. Наличие легко подвижных фактов 6 и 7 обеспечивает свободное удлинение одного конца заготовок в процессе сварки. Контроль за удлинением проводят по индикаторам 12. По мере выполнения сварного шва темп перемещения конца стыка заготовок уменьшается и наконец, стабилизируется.Величина удлинения для швов длиной до 2000 мм составляет - 3 мм и стабилизируется после сварки 20-253 длины шва. В момент стабиЪлизации перемещение жестко фиксируется подвижными зажимами 6 и 7. соответственно получение крупногабаритных изделий практически без остаточных деформаций.Для достижения максимального и 5 стабильного эффекта при сварке иэделий из разных сплавов и при разнойтолщине заготовок результируют усилие прижатия роликов, угол их наклона и расстояние от места их касания 10 с заготовками до оси стыка.Установлено, что если применятьтолько растяжение вдоль шва без наложения усилия поперек стыка в зонесварки или только приложение усилия 15 поперек стыка, то при этом не достигается необходимая степень пластической деформации для получения сварныхизделий без остаточных деформаций.П р и м е р. Изготавливают изде лие конусной формы из четырех загото.вок с максимальным размером 3000 хх 2000 мм каждая, толщиной в местестыка б мм. Каждая. заготовка имеетдо сварки продольный и поперечный 25 набор вафельной формы, Материал заготовок - алюминиевый сплав АМГ.В заготовках 1 и 2 сверлят поразметке контрольно-фиксирующее отверстие по концам стыка. Устанавпива110799 5Сам процесс сварки проводят с использованием специальной сварочной головки, имеющей по бокам прижимные ролики 13, с раздельным приводом усиления на каждый ролик. Точки контакта роликов и рабочий конец вольфрамового электрода находится на одной прямой, перпендикулярной осн стыка.Процесс сварки проводят по програм О ме в два прохода: первый без присадки, второй с присадкой,Первый проход выполняют на постоян ном токе прямой полярности в среде гелия. Источник питания - ВСВУ. 15 Скорость сварки первого прохода - 15 м/ч, сварочный ток - 170 А, дуговой промежуток - 0,25 мм, расход гелия - 20 л/мин. Угол заточки итриро ванного вольфрамового электрода 45 О 20 При таких режимах сварки первого прохода плоскость сплавления располагается, по данным 36 измерений по шлифам, н среднем под углом 59 О к горизонтальной плОскОсти, ПоэтОму рОли ки устанавливают под углом 31 ко горизонтальной плоскости, а точку касания роликов с заготовкой располагают на расстоянии 8,5 мм от оси стыка, что обеспечивает прохождение усилия от роликов через центр тяжести поперечного сечения шва под углом 90 к плоскости сплавления. Усилие, прикладываемое к роликам, выбирают экспериментально для получения наибольшего эффекта, выявляемого в виде изменения мениска на поверхности шва первого прохода. При сварке первого прохода без присадки.обра зуется вогнутый мениск, на поверхности второго при определении усилия прикладываемым роликам появляется выпуклый мениск. Это характеризует, что усилие, прикладываемое вдоль линии, проходящей черЕз центр тяжести попереч 1 ого сечения щва, вполне достаточно и обеспечивает получение качественных сварных соединений. Величину выпуклости мениска выбирают в пределах 0,15-0,3 от толщины наплавленного металла.Усилие прижатия каждого ролика рав. но 98 даН. Усилие регулируется велиочиной груза рычажного механизма и плеча его приложения.При втором проходе с присадочной проволокой Св-АМГплоскость сплавления располагается под углом 52 и соответственно ролики устанавливаютопод углом 38 к горизонтальной плоскости. После сварки каждого прохода и каждого шва изделие выдерживают в фиксированном положении в течение 30 мин до полного остывания. В результате растяжения при охлаждении ликвидируют деформации, приводящие к поводкам. После сварки замыкающего шва изделие расфиксируют и нимают из приспособления.При применении предлагаемого способа корсетность конусного изделия Эс образующей 3 м находится на уровне О, 15-0,35 мм, т.е. в пределах допустимого.При сварке по известному способу корсетность на таком же изделии равна 4, 1-9,5 мм, т.е, на порядок больше. При такой корсетности необходима трудоемкая правка после сварки. Применение предлагаемого способа изготовления крупногабаритных изделий обеспечивает повышение качества сварных соединений при многопроходной сварке за счет применения наиболее эффективной, с точки зрения механики твердого тела, схемы пластической деформации; отсутствие необходимости в применении специальных, сложных силовых механизмов для растяжения заготовок, так как фиксация прово днтся в момент стабилизации перемещения стыка вручную, а также снижение трудоемкости изготовления за счет полного отсутствия операций правки после сварки, приблизительно на 207.1107998 Составитель Ю.МельцовРедактор С,Лисина Техред Т.Фанта Корректор С.Лыжов 5818/12 Тираж 1037ВНИИПИ Государственног по делам изобретений и 113035, Москва, Ж,П ак н митета ССС открытииаушская наб.,5 л ППП "Патент", г Ужгород, ул. Проектная