Способ сварки плавлением

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 91 (11) 1511 В 23 К 9/ 23 К 28 Н ВИДЕТЕЛЬ АВТОРСН 31Жуко л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИИ ПИСАНИЕ ИЗО(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 177009, кл. В 23 К 9/16, 1965,2, Авторское свидетельство СССР У 863236, кл, В 23 К 9/16, 1979 (прототип).(54)(57) 1. СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ, при котором свариваемые детали собирают без зазора встык, выполненный наклонным к их поверхностям, со смещением их кромок относительно одна другой в сторону меньшего угла наклона стыка, проплавляют и сдавливают стык путем приложения давления по нормали к поверхности деталей, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества и прочности сварного соединения путем обеспечения заращивания дефектов шва, свариваемые детали собирают со смещением, равным 1,8-2,2 максимально возможного размера дефекта шва а после сварки перед сдавливанием сваренные детали нагревают до температуры сверхпластичности металла шва и нагрузку прикладывают на участке шириной, равной сумме длины сечения шва и двух толщин свариваемых деталей.2Способ по п.1, о тч а ю щ и й с я тем, что угол наклона стыка к плоскости деталей выбирают равным 70-80Изобретение относится к способамсварки плавлением и может быть использовано при изготовлении сварныхконструкций в различных отраслях промышленности из титановых, медных5сплавов и сталей и их сплавов, склонных к заращиванию дефектов.Известен способ сварки соединенийпри котором прямолинейные кромки стыкуют с обеспечением совмещения плоскостей детали и на сварочную ваннуювоздействуют принудительно давлением газа Г 11.Однако после сварки в сварном швеобразуются дефекты, ухудшающие егопрочностные и эксплуатационные характеристики,Наиболее близким ио техническойсущности и достигаемому эффекту кизобретению является способ сварки щплавлением, при котором наклонные кплоскости детали кромки собирают беззазора в стык со смещением плоскостейде;алей относительно друг друга всторону меньшего угла наклона стыка,процесс проплавления ведут на режимах резки, а давление производят взоне стыка на кромки по нормали к поверхности деталей до совмещения их 2.Однако при этом соединение кромок30происходит фактически в твердо-жидкомсостоянии, при котором возникают дефекты в виде пор, плен, несплавленийкромок. Эти дефекты снижают прочностьсоединения, Фактически этот процессприближается к стыковой контактнойсварке методом оплавления. При этомпроцессе, чем больше ширина реза,тем труднее обеспечить качество соединения из-за возникающих трудностейподжатия кромок до образования соеди 40нения.Целью изобретения является повышение качества и прочности сварногосоединения путем обеспечения заращивания дефектов шва.Эта цель достигается тем, что согласно способу сварки плавлением,при котором свариваемые детали собирают беэ зазора в стык, выполненныйнаклонный к их поверхностям со смеще нием их кромок относительно одна другой в сторону меньшего угла наклонастыка, проплавляют и сдавливают стыкпутем приложения давления по нормалик поверхности деталей, свариваемые 55детали собирают со смещением, равными1,8-2,2 максимально возможного размера дефекта шва, а после сварки сдавливанием сваренные детали нагре. вают до температуры сверхпластичностиметалла шва и нагрузку прикладываютна участке шириной, равной сумме дли-ны сечения шва и двух толщин свариваемых деталей.Кроме того, угол наклона стыка кплоскости деталей выбирают равным 7080 О .На чертеже изображена схема осуществления способа.На плоских деталях 1 и 2 выполняют наклонно к их плоскости стык. Величину угла наклона о выбирают в пределах 70-80 . В этом случае достигается наибольшая прочность соединения.При меньших углах возникают трудности выполнения шва при сварке.Детали 1 и 2, собирают со смещением 3 между их плоскостями, сдвигаяодну деталь 1 относительно другой всторону меньшего угла наклона оСВеличину смещения Ь задают 1,8-2,2максимального возможного размера дефекта 4, так, при смещении менее1,8 размера дефекта не происходит эалечивания пор и других дефектов потому, что недостаточна величина деформации. Указанная величина необходимадля снятия всего дефекта и созданияусловиИ для рассасывания примесей газов, плен вокруг дефекта.При достаточной деформации и соответствующей температуре происходитдиффузия газовых примесей и рассасывание окислов, находящихся вокруг дефектов, по металлу шва, что приводитк их равномерному распределению.При величине большей 2,2 диаметратребуется прикладывать большие величины усилий, что также невозможно изза появления трещинПосле сварки реальные сварныесоединения ответственных изделий проходят контроль рентгеновской деФектоскопией. Дефекты в металле сварных4швов фиксируются на пленке, котораяявляется документом качества и хранится. Дефекты можно замерить и сосчитать их количество. При дуговойсварке в зависимости от режимов сварки, толщин свариваемых материаловвстречаются дефекты в виде скопленийцепочек и единичные,Размеры и виды дефектов сведены втабл.1 и 2,Этими таблицами можно пользоваться для практических целей, а именнобрать величину уступа для сборки, 1109274 4По способности и склонности к заращиванию дефектов металлы можно поставить в ряд: титановые сплавы, медные сплавы, сталь и их сплавы.Сварку осуществляют плавлением на 5 режимах, обеспечивающих максимальный коэффициент наплавки. При, этом сохраняют смещение кромок деталей относительно друг друга креплением их в процессе сборки,Затем сваренные детали нагревают в электропечи или ТВЧ с общим разогре. вом всего соединения по толщине детали.Нагрев осуществляют до температуры сверхпластичности (940-1200 С) . При меньшей температуре не происходит диффузионного сращивания дефектов. Нагретые детали нагружают, создавая давление на прессе или прокаткой на шов по ширине зоны Б, равной сумме длины сечения шва г, и двух толщин свариваемого металла (Р), т,е. 6:ЬгЮВеличина нагрузки Р определяется по формулеР:г 8где г - площадь сечения шва, м,О - напряжения при температуресверхпластичности,30При приложении нагрузки Р на ширине зоны )6=Сд требуются большие усилия, а при ( Ь .2 гР происходит смятие кромок, что крайне нежелательно. 35В приложенной нагрузке 7 по ширине, равной 8 =+23 не происходит смятия деталей 1 и 2, а наблюдается деформация металла до совмещения хромок. Такое приложение нагрузки эконо мически целесообразно и весьма выгодно отличается от других способов.Для опробования данного способа проводили дополнительные эксперимен-. 45 ты по выбору уступа под сборку и угла наклона сварного шва к плоскости нагружения,При этом используют способы сварки вольфрамовым электродом с присадочным металлом и плавящимся элек" тродом. Для сварки применяют титановые сплавы ОТ 4 и ВТ 23 толщиной 20 мм как средние толщины и длиной 300 мм. Собраны образцы под сварку с различными уступами, равными 1,2, 1,5, 1,8, 2,0, 2,2, 2,5 диаметра дефекта (поры2,0 мм получены при сварке неплавящимся электродом с присадочным металлом и плавящимся электродом). Порывызваны искусственно, т,е. применяютприсадочную проволоку без специальной техно.-огической подготовки поверхности. Сварку выполняют с лрисадочным металлом ОТ 4 и СИТ, диаметромпроволоки 2 мм на режимах, обеспечивающих максимальный коэффициент наплавки.Режимы сварки цеплавящимся электродом с присадочцым металлом: величина сварочного тока 190-200 А, скорость сварки 14 м/ч, скорость подачи проволоки 30-40 м/ч, напряжениедуги 9-10 В, расход защитного газа 78.л/миц, число проходов - 5,Режимы сварки плавящимся электродом: величина сварочного тока 400 А,скорость сварки 20 м/ч, напряжениена дуге 28-30 В, скорость подачи присадочной проволоки 80-90 м/ч, диаметрприсадочной проволоки 2 мм, числопроходов - 3.Расход защитного газа: в горелку25 л/мин, в подвижную камеру10 л/мин.После сварки проводят рентгеновское просвечивание сварных пластин,результаты просвечивания приведены втабл. 1.В сварных соединениях полученыпоры диаметром 0,1-2,0 мм. При сваркеплавящимся электродом мелкая пористость отсутствует, а крупная присутствует в меньшем количестве.После сварки пластины нагреваютдо 940-980 С, выдерживают 1 ч в печис обычной атмосферой. Нагретые пластины устанавливают под пресс типаПСУи прикладывают давление через специальные прокладки с расчетной шириной Ь . Давление прикладывают с целью получения монолитностиметалла сварного шва и возможностисращивания (ликвидации) дефектов сварки. Нагрузку Р определяк 1 т по формулеР=Р .где Р - площадь приложения нагрузки,(. - прочность металла при 940 С. Нагрузку прикладывают, исходя из условия несмятия детали до совмещения кромок, т,е, ликвидации уступа. Ширина приложения нагрузки подсчитываетсяе1 1 гР ргде 1 - сечение шва по осевой линииДлинадля расчета прикладываемойнагрузки равна длине сварной пластины - 300 мм. Тогда общая площадь приложения нагрузки определяется длядвух материалов. 5Г - Ьх К=(е+ 2) х.=(28+2 20) х 300=204 см .Для титанового сплава ВТ 23 нагрузка равнаР= От =84 х 700=58,8 т;=28300=8400 мм=84 см.1 ОДля титанового сплава ОТ 4 нагрузкаравнаР= Рт =84 х 200=-16,8 т.Для сплава ВТ 23 Зг =940 С=7 кгс/мм.Для сплава ОТ 4 1=940 С=2 кгс/смпри выдержке 1 О с.При приложении расчетных нагрузокполучают совмещение кромок и плоскостность деталей. После остывания детали проводят рентгеновскую дефектоскопию и металлографические исследования.На основании рентгеновского просвечивания обнаружены и отмеченыдефекты для металлографических исследований. При уступах 1,8-2,2 41 х по" 75ры рентгеновским просвечиванием дефектов в сварном соединении не обнаружены,Анализ образцов, выполненных сразличными уступами, показывает что З 0при уступах, равных 1,2 и 1,5 диаметра поры не происходило полногодиффузионного залечивания их, а также полного сращивания максимальныхдефектов сварки. Поры сплющены, вид- З 5ны на металлографических образцах остатки дефектов в виде темных вытянутых пятен и полосок, В этом случае непроизошло рассасывания дефектов и газовых примесей. 40Иетаплографические исследованиясварных соединений, выполненных с уступами 1,8-2,2 щ пор показывают деформированный металл сварного шва.Трещин, темных пятен и полосок не 45наблюдают.При металлографическом исследовании образцов, выполненных с уступом,равным 2,5 диаметра пор, наблюдались трещины в области дефектов сварки, полосы скольжения металла шваиз-за сравнительно большой деформаЦИИ еТаким образом, уступ 1,8-2,2 охипор является оптимальным для сборкисоединений под сварку. Вторая часть работы по проведениюэкспериментов посвящена выбору оптимального угла наклона сварного шва(м),Сварены пластины иэ титановыхсплавов ОТ 4 и ВТ 23 той же толщины(20 мм) со следующими углами наклона: 45, 60, 70, 80, 90 и уступом3,6 мм,Сварку сплава ОТ 4 проводят с присадочным металлом ОТ 4, а сплаваВТ 23 - с СПТТехнологию сварки способа осуществляют традиционным способом в нижнемположении электрода. Режимы сваркиприведены вьпде для неплавящегосяэлектрода. После сварки пластиныОподвергают нагреву при 940 С и выдерживают в печи 1 ч. Затем нагружаютна прессе го указанной методике досовмещения свариваемых кромок, Проводят рентгеновскую дефектоскопию сварных соединений. Анализ пленок показапотсутствие дефектов сварки,Сварные пластины разрезают на образцы для механических испытаний иметаллографических исследований. Результаты механических испытаний сварных соединений из титановых сплавовприведены в табл.2. Анализ полученных данных показал, что угол наклонаАоединений влияет на прочность.При углах наклона 45, 60" прочностьсоединений самая низкая. При углахнаклона с =70-80 наблюдается самаявысокая прочность для указанных сплавов титана, особенно это заметно длясплава ВТ 23, как более высокопрочного. В этом случае наблюдается скачок, т.е. более резкое увеличениепрочности,с 85 кгс/мм до 112 кгс/мм,что весьма важно в производстве сварных конструкцийТаким образом, угол наклона с(.,уступ 1,8-2,2 ф пор и ширина б ==1+2 сР позволяют получить высокоекачество шва.Поры и несплавления в металлесварного шва отсутствуют, наблюдается плотный деформированный метаЛл.Предлагаемый способ прост и нетребует специальных затрат, позволяетшире внедрять конструкции из титановых сплавов, медных и других обладающих склонностью к заращиванию дефектов,1109274 Таблица 1 Характер дефектов Образцы Метод сварки Маркасплава Величина уступа отмаксимального диаметра пор 1,2 Ф Поры диаметром 0,4-2,0 мм,число пор 10 шт. Поры диаметром 0,3-2,1 мм,число пор 8 шт. 1,8 у Поры диаметром 0,6-2,2 мм,число пор 3 шт2,0 4 Поры диаметром 0,4-2 0 мм,число пор 9 шт. Поры диаметром 0,8-1,8 мм,число пор 10 шт. Аргонодуговая Число пор в образце сварка неплавя шт, Мах. ф пор 2,0 мм щимся электродом сприсадочным метал- лом ОТ 4 1,2 Число пор 17 шт. Поры от 0,1 до 20 мм1,5 у Число пор 21,пор от0,3 до 1,9 мм 1,8 у Число пор 13 шт порыдиаметром 0,1-2,1 мм 10 Число пор 18 шт, Порыот 0,2 до 1,8 мм Число пор 10 шт. Поры ф О, 1-2,0 мм 2,5 у ВТ 23 Автоматическая Поры диаметром 0,5-1,9 мм, сварка плавящимся число пор 6 шт. электродом1109274 Таблида 2 ИфВ Маркап/п сплава Угол Предел прочности,МПа