Способ изготовления сварных соединений

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН надежности сва ых соединении исварных .констения являетсяарных конструкми к точи рукци улуч ций,сти изготовлени й. Целью изобре ение качества с миниевых спла выполненных из ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРУ 789258, кл, В 23 К 28/00, 1975.Авторское свидетельство СССРКф 1052357, кл, В 23 К 28/00, 1983.(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХСОЕДИНЕНИЙ(57) Изобретение относится к сварке,в частности в способам изготовлениясварных соединений, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве,изделий преимущественно из алюминиевых сплавов с.повышенными требованиявов, Это достигается тем, что к свариваемым стыковым швам элементов од-,новременно равномерно при сварке ипрокатке роликом прикладывается статическое усилие, создающее напряжениярастяжения, обеспечивающее степеньдеформации Е = 0,7-1,07 При этомпротекают три зависимых друг от друга процесса: сварка, прокатка на стадии выравнивания температур, статическое нагружение, компенсирующеевеличину укорочения от сварки. Этопозволяет устранить укорочение отпоперечной и продольной усадки сварных швов, 4 ил., 1 табл.1 132Изобретение относится к сварке, а именно к сварке процольных швов иэ алюминиевых сплавов, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при производстве иэделий из материала с высокой удель,ной прочностью с повышенными требованиями к надежности сварных соединений и точности изготовления конструкций.Цель изобретения - улучшение качества сварных конструкций выполненных иэ алюминиевых сплавов, путем практически полного устранения укорочения от поперечной усадки от сварки,На фиг. 1 представлена схема сварки с деформированием металла шва прокаткой роликом с одновременным приложением активных сил; на фиг.2 - распределение остаточных напряжений продольных (6,) и поперечных Я) на пластинах из сплава 1201 после сварки; на фиг.3 - распределение средних остаточных напряжений, продольных ( 6 ) и поперечных (Ь) на пластинах из сплава 1201 после прокатки по шву при г. = 100+10 С Е = 4-77; на фиг.4 - распределение остаточных напряжений продольных (6) и поперечных (6) на пластинах иэ сплава 1201 после прокатки по шву при г. = 100+10 ОС и растяжения Е = 0,7-1/.1Способ осуществляют следующим образом.Перед сваркой к свариваемым стыковым швом элементам равномерно прикладывается усилие, создающее удлинение, обеспечивающее степень деформации в пределах 0,7-1,07. В зависимости от температурных условий деформирования устанавливают прокатывающее устройство относительно сварочной горелки на соответствующее расстояние так, чтобы в зоне контакта прокатывающего ролика была температура 90+30 С, После этого к прокатывающему ролику прикладывается статическое усилие, которое обеспе,чивает степень деформации в пределах 3-67 Статическое усилие достигается гидроцилиндром. Затем возбуждают сварочную дугу, приводят в движение привод перемещения сварочного и деформирующего устройств и начинают подачу присадочной проволоки. При перекатывании ролика по усилению шва перед ним перемещается волна металлаВ результате сдвиговой деформации шва 0038происходит его удлинение как в продольном, так и в поперечном направлениях. Следует учитывать, что укорочение от продольной усадки устраняется полностью, а укорочение отпоперечной усадки устраняется частично. Однако равномерно приложенноестатическое усилие перед сваркой ксвариваемым стыковым швом элементамсоздает дополнительное удлинение,которое устраняет оставшиеся пластические деформации от поперечной усадки. Такое деформирование не толькоустраняет деформацию коробления отсваркИ, снижает уровень остаточныхнапряжений, но и позволяет получатьсварные конструкции с заданными геометрическими размерами. При этом одновременно протекают три зависимыхдруг от друга процесса,Первый процесс - сварка элементов.В этом случае вследствие неравномерного нагрева металла в зоне шва протекают процессы в соответствии с известным механизмом образования напряжений и деформаций, При остывании металла шва иэ-за усадки происходит продольное и поперечное его сокращения. Возникающие пластические деформации укорочения приводят к отклонению геометрии и уменьшению геометрических размеров конструкции, Указанные отклонения и пластические деформации укорочения найдены экспериментальным путем,Второй процесс связан с прокатнойроликом метапла шва на,стадии выравнивания температурного поля ( = 90- 30 С и Е = 4-7 Е). Пластическое деформирование в процессе сварки при укаэанных условиях способствуют полному укорочению волокон металла шва в продольном и частично в поперечном направлениях. Оставшаяся величина поперечного укорочения не позволяет получить требуемые геометрические размеры конструкции, предусмотренные ЧДК. Указанные отклонения геометрических размеров определены экспериментальным путем.Третий процесс связан с приложением активных сил .Статическое усилие, создающее растяжение волокон, способствует удлинению их в поперечном направлении, компенсируя тем самым величину укорочения, оставшуюся от процесса прокатки, При этом создаваемая активными сила0038 4 3 132 ми степень деформации в пределах Е = 0,7-1,07. способствует не только устранению усадки, но и позволяет получить требуемые геометрические размеры сварной конструкции согласно ЧДК.Совместное действие прокатки и активных сил способствует уменьшению приложения статического усилия при растяжении.П р и м е р. При сварке плоских элементов из сплава 1201 толщиной 4 мм (сварочный ток 260 А, скорость сварки 18 м/ч) расстояние между осью сварочной горелки и осью прокатывающего ролика А = 170 мм, что соответствует температуре= 90+30 С, К свариваемым стыковым швом элементам одновременно равномерно по всей длине плоскости (фиг.1) прикладывается статическое усилие с таким расчетом, что оно удерживает элементы в заданном исходном положении и не дает им перемещаться при усадке металла шва. Усилие на каждый прижим длиной 1100 мм составило Р = 280-300 кгс. В условиях производства при определении активных сил можно пользоваться следующей формулой, предложенной В.А.Винокуровым: 15 20 25 30 и пластическая деформация. Превышение суммарной степени деформации приводит не только к увеличению параметров иэделий, т,е. несоответствию их КД, но и к снижению прочности конструкции, так как снижается пластичностьИспытание сварных образцов на двухосное растяжение показало, чтотакие образцы, выполненные иэ сплава1201, разрушались при напряжениях- 16-18 кгс/ммг, тогда как при найденных условиях они разрушаются при напряжениях 6 = 25,6-27,2 кгс/ммг. В то же время при прокатке по шву при Т = 90 С сварные образцы разрушались при напряжениях 6 = 24,0- 25,2 кгс/мм. Аналогичные испытания сварных соединений проводили на образцах из сплава АМг 6 в нагартованном состоянии. Результаты испытаний показали, что сварные соединения сопрокаткой при= 90 С разрушались при напряжениях 6 = 34,2-35,4 кгс/мм,г а сварные соединения с прокаткой при= 90 С + растяжение разрушались при напряжениях= 36,4-37,2 кгс/ммНа фиг.2 показано распределение остаточных напряжений после сварки. Уровень остаточных напряжений, а сле Р с = (1,4-1,5)свгде Ч - эффективная мощность источника тепла, дж(см;у - скорость сварки, см/с,В йриведенном примере описан процесс обеспечения геометрических размеров изделий. Это достигается за счет устранения пластических деформаций в зоне, включающей шов и околошовную зону. В таблице представлены. величины поперечных усадок после различных вариантов получения сварного соединения.При совместном действии прокатки роликом металла шва при= 90 С ( с = 4-7 Е) и приложении активных сил - растяжения (Е = 0,7-1,07),можно сохранить геометрические размеры изделий, В обоих случаях создается определенная степень деформации, которая найдена экспериментальным путем. Степень деформации определяется приложенным усилием независимо от того, чем оно создается. Поэтому усилие и степень деформации взаимосвязаны. Без приложения усилия (в данном случае растяжения) не создается35 довательно, и пластических деформаций в зоне, включающей шов и околошовную зону, достигают больших значений. Наличие высокого уровня остаточных напряжений отрицательно влияет1не только на прочностные характеристики, но и на точность и геометрические размеры изделий.. Прокатка роликом при с = 90 С,(= 4-77) способствует уменьшениюуровня остаточных напряжений как вшве, так и в околошовной зоне (Фиг.3).Однако снижение уровня остаточных 45 напряжений практически до нуля (-0,3;-0,7) в металле шва свидетельствуеттолько об устранении пластическихдеформаций укорочения от продольнойусадки в нем. В то же время уровеньостаточных напряжений в околошовнойзоне остается еще значительным, чтосвидетельствует о наличии продольнойи поперечной усадки в этой зоне. Присутствие усадки - 0,6 мм подтверждает то, что получить геометрическиеразмеры, заданные чертежом, невозможно.Совместное действие прокатки роликом при= 90 С ( Е = 4-77) с расЮИВМЭЭФИЭЭ 5 132003 тяжением (Е = 0,7-1,07.) практически полностью снижает уровень остаточных напряжений в зоне сварного соединения и устраняет усадку (фиг.4). Она составляет О, 1 мм. Следовательно, данный процесс, снижая продольные и попереч.ные напряжения, устраняет и пластические деформации в зоне, включающей шов и околошовную зону, Это обеспечивает геометрические размеры изделия, Дан ный технологический процесс внедрен в.производство. Его использование позволяет обеспечить получение точных конструкций и сократить сроки их изготовления. 15 Сварка Сварка + прокатка пошву при 90 С 0,7 1,0 0,6 Сварка + прокатка по шву при 90 С + прокатка ОШЗ + д растяжение (методом активных сил) 0,1 П р и м е ч а н и е. В таблице 7 Ппредставлены средние значения усадок, полученные на пяти сварныхпластинах. Формула изобретения Способ изготовления сварных соединений, преимущественно из алюминиевых сплавов, при котором в процессе сварки выполняют пластическое деформирование стыкуемых кромок свариваемых элементов и полученного сварного шва, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества сварных конструкций путем полного устранения укорочения от поперечной усадки, в процессе сварки и пластического деформирования к свариваемым элементам прикладывают статическую растягивающую нагрузку в направлении, нормальном к направлению шва, величиной,обеспечивающей степень деформацииЕ = 0,7-1,0 Ж. ПоперечноеВид сварного соединенияукорочение,Сварка + прокатка по ОШЗ(околошовная зона) Сварка + прокатка пошву при 90 С + прокаткаОШЗ.Проектная 3 Тираж 975 ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 113035, Москва, Ж, Подписноекомитета СССРи открытийаушская наб., д