Способ сварки кольцевых стыков

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 6 ОВ 23 К 101:04 1)З В 23 ГОСУДАРСТВЕН.ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И ОБРЕ ТВУ.В. Вра . бечаек. - О, М 2,технолотической с.91-92. ЫК Изобретение относится к области сва- . лесообразно ввиду низкой производительрочного производства и может быть исполь- ности сварочного пройзвбдства.зовано при автоматической дуговой сварке, Этот недостаток устранен в способе кольцевых стыков преимуществекно тол- сварки толстостенных обечаек, при котором стостенных обечаек. свариваемые обечайки устанавливают навращатель, а в зазор вводят проволоки иИзвестен способ сварки кольцевых сты- осуществляют электрошлаковый процесс на ков обечаек при котором заготовки. зажима-постоянном сварочномреал-с-пбстоянют в вращателе и одновременно вводят : ной скоростью вращения обечайки, Сварочформирующую подкладку под стык, Сварку ный процесс высокопроизводителен и осуществляют электродом по отбортовке обеспечивает сварку стыка за один оборот кромок, вращая обечайку с постоянной ско- обечайки независимо от толщины ее стенки, ростью и при неизменном сварочном режйНедостатком этого способа является трудме, Недостатком этого способа является ности осуществления замйканйя начала и ограниченностьобластиегоприменения:он конца кольцевого шва, так как начинать используется при однопроходной сварке сварку приходится в рабочей части шва на только тонкостенных обечаек. При сварке планке установленной в зазоре между кром- толстостенных обечаек его применять неце- ками, на этот участок шва получается дефек(21) 4903739/08(71) Специальное конструкторскогическое бюро "Искра" Луганскогостроительного института(56) Тврарычкин И,А., Калюжный Вщатель для сварки эллиптических оСварочное производство, 109с. 28 - ,29.Думов С.И, Технология электрсварки плавлением. Л., "Машиност1987; с.461,Шебеко Л,П.Оборудование исия автоматической и полуавтомасварки, М., "Высшая школа", 1981,(54) СПОСОБ СВАРКИ КОЛ ЬЦЕВЬХ 2(57) Использование: при автоматической дуговой сварке кольцевых стыков преимущественно толстостенных обечаек, Сущность изобретения: свариваемые заготовки устанавливают на вращатель. В зазор вводят электрод со смещением от зенита и осуществляют сварочный процесс при вращении вращателя с постоянной скоростью. При этом при выполнении каждого последующего валика сварочный ток увеличивают по следующей зависимости: пасв =4(1+2р), гдес - сварочныйНток при выполнении 1-го слоя, Н - высота наплавлен ного слоя, Вс - внутреннйй радиус обечайки. р - угол поворота обечайки с начала сварочного процесса. 3 ил., 2 табл,тным. поэтомуего с помощью резака или сторожкой придают специальную Форму. Кроме того, электрошлаковая сварка приводит к значительным энергетическим затратам и вызывает развитие значительнцх напряжений в конструкции.Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемым за прототип, является способ сварки кольцевых сгыков, при котором заготовки устанавливают на вращатель, в зазор вводят плавящийся электрод и осуществляют сварочный процесс, вращая обечайку с постоянной скоростью и при неизменном сварочном режиме, формируя многослбйный шов до полного заполнения разделки кромок, При сварке обечаек малого диаметра, для предупреждения стекания жидкого металла с цилиндрической поверхности, электрод устанавливают со смещением с зенита в сторону, противоположную направлению вращения изделия. Величина смещения остается неизменной на протяжении всего сварочного процесса и назначается в зависимости от диаметра обечайки и сварочного режима.Как правило, толстостенные обечайки изготавливают для эксплуатации в сложных условиях, следовательно, к сварным швам предъявляются высокие требования по качеству, стабильности по длине соединения. Однако, каждцй последующий слой многопроходного шва при сварке по известному способу будет отличаться по паоаметоам вследствие того, что он более удален от центра вращения обечайки, При удалении слоя шва от центра обечайки в зоне сварки увеличивается скорость сварки вследствие увеличения окружной скорости ее вращения, следовательно, направляемый валик будет иметь отличную Форму от предыдущего, то есть известный способ не обеспечивает стабильность размеров валиков многослойного шва, что особенно важно при сварке в узкий зазор, и является его недостатком.Целью изобретения является повышение качества многослойного кольцевого шва путем стабилизации характеристик каждого его слоя.указанная цель достигается тем, что в известном способе, сварки, при котором свариваемые заготовки устанавливают на вращатель, вводят в зазор электрод и осуществляют сварочный процесс при постоянной скорости вращения обечайки и смещают электрод от зенита обечайки в сторону, противоположную направлению вращения иэделия, при переходе к наплавке последующего валика сварочный ток увеличивают по закону: = (2. )5 а смещение электрода от зенита производятв соответствии с Формулой:псП8 дсуУ Я, Н(1 +-й-) 102 лх,/л 2 СУТСНР +угде.пасв сварочныи ток при выполнении, М15 й-го слоя многопроходного шва, А;о - сварочный ток при выполнении 1-гослоя многопроходного шва, А;Н - высота наплавленного слоя, см;Во - внутренний радиус обечайки, см;9 - угол поворота обечайки с началасварочного процесса, радЕ" - уровень смещения электрода от зенита обечайки при выполнении К-го слоямногопроходного шва, см;ц - погонная энергия, кал/сек;- коэффициент теплопроводности,кал/см,сек, С;с у - объемная теплоемкость,кал/см,оС,Чс - скорость сварки, см/сек;о - функция;Тпл - температура плавления металла,осИзменяя сварочный ток и смещение З 5 электрода от зенита в соответствии с выражениями(1) и(2) обеспечивается стабильноеформирование валиков многослойного шва.Сущность изобретения поясняется со вместно с чертежами, на которых изображено следующее: фиг.1 - продольное сечениетолстостенной обечайки; фиг.2 - значения функции о; фиг.З - схема смещения электрода от зенита.При сварке толстостенных обечаек, при сварке каждого последующего слоя увеличивается расстояние й от оси вращения обечайки до наплавляемого валика. При этом скорость сварки будет увеличиваться по за кону:Ч,.-вй =вВ, +Н) Р)где а- угловая скорость вращения обечай 55 Стабильность сварочного процесса при сварке каждого слоя многопроходного шва может быть обеспечена только при неизменном тепловложениисап з 1, (4)1757812 практического применейия точностью, с использованием зависимостей предложенйыхРыкалиным Н.Н. где Од - напряжение дуги, В;д- эффективный КПД процесса.Значения параметров и изменяются вузких пределах, поэтому наиболее эффективно обеспечить выполнение условия (4) 5 при заполнении разделки кромок можно увеличением сварочного тока прбпорцйбнально скорости сваркисв = К Чсв, (5) Мгде К - сорз 1 - коэффициент пропорцио 10 нальности,Поставляя выражение (3) в (5), полуцим 1 св= Кщ(йо +Д Н) В) Значение коэффициента можно опреде лить из начальных условий, т.е. при выполнении первого слоя многопроходного шва3 св о х хто( )Ж 2 Су Тпл ЧсвР(18)где д - толщина стенки свариваемой обечайки эа один проход, см. Применительно к многопроходной сварке величина д будет изменяться в соответствии с суммар-ной толщиной наплавленных валиковд ы Н(1 +.-) (1 9) Подставляя значение 1,и д из выражения (18) и (19) в(20), после йреобразований, полоееК вайо или р=о (7) Тогда 20- . ч х) (20) К- ,.. (9) /г 2 суТплСсв Н (1+- - )2 25пл св Подставляя значения коэффициента К из Выражение (20) позволяет определять выражения(9) в выражение(6), после преоб- оптимальный размер смещения электрода разования получим . от зенита в зависимости от номера выпол- Ц - о в(в + 9 Н). (10) нения слоя многослойного шва.вй 2 лЗ 0 В совокупности выражения (15) и (20) 1 -Ь(р +Я Н). (11),обеспечивают оптимизацию сварочного тоТ 3 о 2 ж ; ка и смещения электрода отзенита в зависв = - о й г 1 о+ 1 оЯ Н, (12) . симостиот номера выпо,"нения слояЧТо о 2 лйо.многослойного шва, обеспечиваЯ стабиль 1 й л + о Ф Н, 1 З, З 5 ность размеров каждбго валика в сравненииГжйо(. с валиком первого прохода.с Существенное отличие заявляемого . св о О + 2 р Н) (14) обьекта изобретения бт ранее известных заключается в том, что изменяя параметрыН 40 режима сварки, в частности сварочный ток, вв =в (З + 2 ПР) к 5) по определенному закону и смещение злекВыражение (15) позволяет у читывать трода от зенита обеСпеиваетсЯ постоЯнстприизменениитокавколичествослоевмно- во характеристик и стабильность каждого гопроходного шва по углу поворота обечай- слоя многопроходного шва при сварке кольки и толщине наплавленного слоя Н; . цевых стыков толстостенных обечаек, такТак же в процессе сварки происходит 45 как при выполнении такбго шва расстояние изменение сварочного тока, будет происхо- между каждым слоем и центром вращения дить изменение длины сварочной ванны обечайки увеличивается. Указанное отличие следовательно, чтобы, предупредить стека- позволяет повысить качество многопроходние жидкого металла, размер смещения ного шва и, следовательно, эксплуатационэлектродаотзенитадолжентакжесмещать ные характерйстики сварйой конструкцииза счет равномерности распределения на- Е-ф), (18) пряжений и деформаций по всему сечению Оптимальным размером смещения яв- шва, Ни один из известных дуговых спосоляется величина равная половине длины бов сварки кольцевых швов не обеспечивает сварочной ванны пОлучение отмеченных свойств, так как приих выполнении каждый валик многопроход 2 (17) ного шва будет, иметь различные размеры,Длина сварочной ванны аналитически так как не Учитываетсд их местонахождение может быть вычислена с достаточной дляот центра вращения изделия, от которого1757812 20 Таблица 1 зависит линейная скорость вращения свариваемой поверхности относительно неподвижного электрода. Пример конкретного выполнения. Свариваемая обечайка имеет внутренний диаметр 16 см, толщину 6 мм. Кольцевой стык полностью можно заварить за пять проходов (оборотов) при следующем сварочном режиме: о=400 А: Оя" 20 В; ив=0,6 см/сек, При данном режиме наплавленный слой будет иметь толщину 10 мм (Н 1/ см), а угловая скорость вращения обечайки соста витв =0,03751/сек, Обечайка изготовлена из стали Ст 3 сп, которая имеет следующие теплофизические характеристики:дл, С,1, кддОй ск С см СТпл =1650 С Характер изменения сварочного тока при сварке каждого слоя многопроходного шва, определенный по выражению (1), представлен в табл,1.Расчет величины смещения электрода от зенита производится в соответствии с выражением (2), а результаты расчета представлены,в табл.2.К техническим преимуществам заявляемого обьекта изобретения, по,сравнению с прототипом, можно отнести возможность стабилизации размеров валиков многослойного шва за счет изменения сварочного тока и смещения электрода от зенита в соответствии. с удалением каждого слоя от центра вращения обечайки. Экономический эффект от внедрения изобретения, по сравнению с использованием прототипа, получают за счет повышения качества многослойного кольцевого шва путем стабилизации характеристик каждого его слоя. Он составляет примерно 0,6+ 0,7 тыс.рублей в год. Формула изобретенияСпособ сварки кольцевых стыков, прикотором свариваемые заготовки устанавливают на вращатель. вводят в зазор со сме 5 щением от зенита электрод и осуществляютсварку стыка при постоянной скорости вращения обечайки,отл ича ю щийсятем,что, с целью повышения качества многослойного шва путем стабилизации характе 10 ристик каждого его слоя, при переходе кнаплавке последующего валика сварочныйток увеличивают на величину, определяемую выражением:15 св- о(+-ЯП-, ф,й На смещение электрода от зенита устанавливают из выражения: о Ц8 ЫсуЧс Т,Н(1+Т,Ч Нг 1+гдесв - сварочный ток при выполнениийй-го слоя многопроходного шва;о-сварочный ток при выполнении первого слоя многопроходного шва;Н - высота наплавленного слоя;йо - внутренний радиус обечайки;ф - угол поворота обечайки с началасварочного процесса;Е - уровень смещения электрода от. зенит обечайки при выполнении М-го слоя 35 многопроходного шва, см,ц - погонная энергия, кал/с;А - коэффициент теплопроводности,кал/см ОС;С - обьемная теплоемкость, 40 кал/смС;Чсв - скорость сварки, см/с;10 - функция;. Ревская Редактор Л. Павлова Заказ 2959 Тираж . . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж,.Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина