Способ сварки

:Вф ОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ СССРО делАм изОБРетений и ОтнРытии ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ(57) Изобретение относится к свароч,ному производству, в частности кспособам сварки крупногабаритныхтолстостенных конструкций, к которымпредъявляются повышенные требованиярро точности изготовления и обработка которых после сварки невозмо может быть использовано в различныхотраслях машиностроения. Цель - снижение продольных сварочных деформаций при сварке деталей до 40 мм. Перед сваркой на кромках деталей выполняют расположенные напротив друг дру-га поперечные вырезы, глубина которых1=(3-6) Я 7 Г, где ом - расчетнаяплощадь шва. Ширина вырезов не менеетолщины свариваемых кромок. Длина вы"ступов, образовавшихся между вырезами, составляет Ь=(10-20)Л 7 н. Паредсваркой каждую пару выступов прихватывают между собой не менее чем вдвух точках, а сварку производят только на участках выступов. При сваркедеталей различной жесткости вырезывыполняют только на кромках менее жесткой детали. 2 з.п, ф-лы, 8 ил.Изобретение относится к сварочномупроизводству, в частности к способамсварки крупногабаритных толстостенных конструкций, к которым предъявляются повышенные требования по точностиизготовления и обработка которых после сварки невозможна, и может бытьиспользовано в различных отраслях машиностроения, 10Целью изобретения является снижение продольных сварочных деформацийпри сварке деталей толщиной до 40 мм.На фиг.1 представлена схема выполнения вырезов на стенке таврового соединения, первый этап; на фиг.2 - тоже, второй этап, на фиг,3 - первыйэтап для полки;. на фиг.4 - то же,второй этап; на фиг.5 - выполнение скосана стенке; на фиг.6 - сборка соединения; на Фиг.7 - схема выполнения сварки; на фиг.8 - схема подготовки ксварке деталей неравных толщин.Способ сварки осуществляется слеДующим образом.В стенке таврового соединения 1размечают и сверлят отверстия 2 диаметром Й не менее толщины стенки о .Расстояние от свариваемой кромки ишаг отверстий выбирают так, что расстояния 1 и Ь (фиг.1) составляютсоответственно (3-6) -Я и (10-20),11где Б - расчетное сечение будущегосварного шва, Аналогичным образом 35размечают и сверлят отверстия 2 наполке 3 по обе стороны от линии соединения (фиг,3) Затем в стенке выполняют вырезы путем удаления перемычекмежду отверстиями 2 и кромкой вырубкой или газовой резкой. При большихтолщинах стенки 1 выполнение вырезов4 возможно сразу газовой резкой безпредварительного сверления отверстия2. При этом между пазами остаются 45участки кромок в виде выступов 5 длиной 11Аналогичным образом выполняют вырезы 6 воеполке 3 (фиг.4). При этом во избежание начальных поводок при использовании для этой операции газовой резки предварительное выполнение отверстий 2 обязательно, Так как материал элементов 5, 7 между парами ближайших вырезов 4 и 6 имеет возможность нестесненного расширения при нагреве, существенных деформаций при газовой резке не наблюдается. Аналогично, при снятии скоса 8(фиг,5) газовой резкой на кромке стенки 1 выступы между вырезами 4 принагреве беспрепятственно расширяются,не влияя на соседние выступы 5, врезультате чего стенка 1 при изготовлении разделки существенных поводокне имеет,При сборке таврового соединениякаждый выступ 5 стенки 1 прихватывается с двух концов к соответствующейперемычке 7 полки 3. Прихватка элементов 5 и 7 между собой необходима,так как при последующей сварке таврового соединения неприхваченные полкаи стенка деформируются от тепловогорасширения независимо и без прихваткимогут быть соединены сваркой в положении, отличающемся от нужного. Прихватка вынуждает элементы соединениядеформироваться совместно (фиг.6).Предлагаемое тавровое соединение,при условии, что пластическая зонадеформации сдвига не выходит за пре 1делы вырезов 4 и 6 в материал сплошной части кромок, при любой произвольной последовательности заваркиперемычек позволяет избежать остаточных деформаций вдоль оси соединенияв целом для всего изделия, но угловыедеформации полки (грибовидимость) могут иметь место. Для уменьшения этоговида деформаций К-образный шов начина ют со сварки подварочного шва (приодностороннем скосе 8 на выступах 5стенки 1), а затем. заваривают основной шов, при этом выступы 5 и перемычки 7 сваривают по крайней меречерез один, оставляя часть перемычекнесвареннымиЗатем в том же направлении осуществляют заварку оставшихся участков,Это дает воэможность максимально остудить вначале заваренные участки,не прерывая процесса сварки, и такимобразом увеличить производительность,не допуская при этом распространениязоны пластической деформации за пределы вырезов в материал сплошной части кромок.Подобным образом выполняют соединения встык, угловые и бортовые,Сварка деталей неравных толщин сзащитой обеих деталей от остаточныхдеформаций имеет такую особенность.На более толстой детали 9 выполня-.ют буртик 10 путем фрезерования одного паза 11 параллельно оси соедине-,1400831 25 45 ния, если буртик расположен на кромке более толстой детали, или двух параллельных пазов, если буртик требуется выполнить на плоскости. Высоту буртика 1 выполняют не меньшей, чем требу- емая глубина выреза,1 . Далее подготовка и сварка соединения ведутся описанным способом.При сохранении неизменными разме ров до и после сварки только одной детали разделка с выступами и вырезами выполняется только на этой детали.Остаточные деформации и напряжения на ответной детали, например более 15 толстой, близки к деформациям и напряжениям после 6 аплавки. Сварка при этом производится в менее напряженных режимах, чем в случае выполнения ее с вырезами на обеих кромках, 20Уменьшение остаточных деформаций и изолирование эоны пластической деформации вырезами от распространения ее в сплошные части кромок основаны на явлениинестесненного теплового расширения.При сварке в зависимости от интенсивности и длительности нагрева элементы кромок приобретают напряженноесостояниевызванное неравномерным 30расширением материала от неравномерного нагрева. Более нагретые областиоказываются сжатыми, а менее нагретые - растянутыми.На концах сечения Б=Ь 8., отстоящего от границы расплавленного металла на расстоянии Х, действуют максимальные срезающие напряжения, приближенно оцениваемые выражениемшах ГрЬягас 1 Т А(Т),где Ь - длийа перемычки вдоль шва;гад Т - градиент температуры на расстоянии Х в рассматриваемыймомент времениА(Т) - коэффициент, учитывающийтепловое расширение и прочностные характеристики рассматриваемого сечения, зависящие от Т,Если в данный моментсечениеБ=Ь 3 имеет температуру Т , тотек(") = тек(То)Соотношение шах Г (с) на концахсечения и , (Г) определяет характердеформации сдвига.55Если щах Гь, то происходитпластическая деформация, если иах сс, , то деформация осуществляетсяв упругой области. Уменьшение длины перемычки Ь поэЧ воляет границу. пластической,цеформации сдвига смещать в сторону оси шва и тем самым уменьшить 1, но уменьшение длины перемычки 1, ограничивается технологическими возможностями применяемого вида сварки по отношению к толщине кромок.При ручной дуговой сварке в нижнем положении с использованием электродов, применяемых для данных толщин при изготовлении непрерывных или прерывистых соединений, и с теми же режимами не составляет особых трудностей заварка перемычек Ь =(10-20)т,11 где Я - площадь сечения сварного шва.Выбор размера выреза 1 таким, что вырез выходит за пределы расположения границы пластической деформации, в связи с трудностями определения ширины зоны пластической деформации сдвига расчетным путем, определяется применением статического подхода.При ручной электросварке низколегированных сталей укорочение изделия вдоль оси сварного соединения с заданной длиной перемычки Ь =(10-20)з -в исключается, если вырезы распространяются от оси соединения на расстояГние 1 =(3-6)- . Для предотвращения1 сплавления перемычек между собой ширина вырезов должна быть 1 ъ 9При заданной величине Ь величина 1 получена путем деформирования наплавкой по узкому торцу полос с вырезами, имитирующих предлагаемое соединение, а затем уточнена при испытаниях на изделиях, изготовленных ручной электросваркой, Испытаны сварные соединения с толшинами юромок 1,0-60 ммПри толщинах кромок , соизмеримых с диаметром электрода, основной вклад в пластическую деформациюсдвига вносят более высокие значения градиента температуры, при больших толщинах - уменьшение упругих свойств материала в околошовной зоне в связи с длительо ным нагревом кромок до Т400-500 С, чем и объясняется сравнительное постоянство относительных величин Ь и 1, измеряемых величиной Б.При неизменной величине 1 увеличение Ь до Ь205 приводит к за20 кромок. метному увеличению остаточных деформаций, особенно на кромках с о ( 10 мм, равно как и уменьшение 1до 1 с 38 при неиэменной величине 1 Увеличение остаточных деформаций связано с распространением эоны пластической деформации эа пределы вырезов в материал сплошной части кромок.Увеличение 1до 1 6 Б при неизменных 1, увеличивает упругие отклонения при нагрузке с уменьшением со-ответственно предельной величины нагружения, так как упругие отклонения совершаются преимущественно за счет изгиба перемычек, а не среза, как в предыдущих случаях. Соединение с вырезами глубиной сверх необходимой для устранения Остаточных деформаций приобретает свойства многоэлементной пружины изгиба при параллельном относительном смещении сплошных частей Данный способ и сварные соединения, полученные с его помощью, позволяют в условиях мелкосерийного и единичного производства получать изделия заданной формы из окончательно отработанных деталей, без доработки их после сварки. Ф о р м у л а изобретения 1. Способ сварки, при котором в свариваемых кромках друг против другавыполняют поперечные вырезы, собираютдетали и накладывают сварной шов научастках кромок, расположенных междууказанными вырезами, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью сниженияпродольных сварочных деформаций присварке деталей толщиной до 40 мм,вырезы выполняют шириной не менее10 толщины свариваемых кромок, глубинувырезов назначают из соотношения а длину участков между вырезами иэ15 соотношения где 1 - глубина выреза, мм;- длина участка между вырезами, мм;Б, - расчетная площадь сеченияшва,а при сборке участки свариваемых кромок между вырезами прихватывают междусобой по крайней мере в двух точках.2. Способ по п,1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что при сварке деталей различной жесткости толщину кром 30ки более жесткой детали на ширине неменее 1 приводят к толщине кромкименее жесткой детали.3. Способ по п,1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что при сварке деталей различной жесткости вырезы выполняют только на кромках менее жесткойдетали,1400831 10 уФиг,дСоставитель М.Буянов Редактор И.Николайчук Техред М.Ходанич Корректор И,Муска Заказ 2753/16 Тираж 921 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие г Ужгору е род уле проектная