SU1391843A1 - Способ сварки кольцевых стыков - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технологии сварки, в частности к сварке труб встык или приварке фланцев к тонкостенным трубам, и может быть использовано в трубной промышленности и других отрасл х машиностроени . Цель - повышение качества сварки за счет снижени  сварочных деформаций. В собранные трубы 1 и 2 со стороны трубы 2 ввод т деформируюший элемент (ДЭ) 3, снабженный заходной конической частью 4 и цилиндрической рабочей частью 7. ДЭ 3 раздает трубы 1 и 2 с радиуса ло до радиуса г. Толш,ина стенки уменьшаетс  с to до t. Длину цилиндрической рабочей части 7 ДЭ 3 устанавливают не менее суммы длины вне- контактной зоны 6, образующейс  за ной конической частью 4, и ширины кольцевой зоны 8 п.тастической деформации обра- зуюш,ейс  при сварке стыка 5. Длину зоны 6 определ ют из соотношени  ,611 Х о а ширину зоны 8 - известным способом . При сварке деформирующий элемент смещен относительно стыка 5 в направлении перемещени  на величину не менее прот женности зоны 6. Угол наклона образующей заходной конической части 4 устанавливают в пределах 1-3°. 2 з. п. ф-лы, 3 ил. 1 табл. (Л

Description

/

2

I

I

СО

со

00 4

со

)

Изобретение относитс  к сварке, в частности к сварке труб встык или приварке фланцев к тонкостенным трубам, и может быть использовано в трубной промышленности и других отрасл х машиностроени .

Целью изобретени   вл етс  повышение качества сварки за счет снижени  сварочных деформаций.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа при сварке труб встык; на фиг. 2 - то же при приварке фланца к трубе; на фиг. 3 - зависимость длины пластического участка внеконтактной зоны за деформирующим элементом от размеров трубы.

В случае сварки двух труб встык трубы 1 и 2 предварительно фиксируют в осевом направлении и, прикладыва  осевую нагрузку Q, перемещают цельный деформирующий элемент 3 внутри трубы 1 от ее свободного торца в сторону стыка. При этом деформирующий элемент 3 своей заходной конической частью 4 деформирует трубу 1 и свариваемые кромки трубы 2 до получени  одинаковых размеров. При достижении деформирующим элементом зоны стыка 5 его останавливают .

При перемещении деформирующего элемента 3 в отверстии свариваемых труб его контакт с обрабатываемой поверхностью происходит по заходному конусу 4. При сходе с заходного конуса металл, соблюда  условие непрерывности течени , образует внеконтактную зону 6. Она на определенном рассто нии со стороны большего основани  заходного конуса лишает контакта цилиндрическую рабочую часть 7 с деформируемой сварочной зоной. Поэтому, чтобы обеспечить контакт цилиндрической рабочей части со сварочной зоной, при остановке деформирующего элемента необходимо смещать большее основание его заходного конуса относительно стыка 5 в направлении деформировани  на величину, превышающую длину внеконтактной зоны 6. Дл  этого длина цилиндрической рабочей части 7 деформирующего элемента должна превышать сумму длины внеконтактной зоны 6 и ширины окружной зоны пластических деформаций 8, имеющих место при сварке кольцевыми швами тонкостенных обечаек.

Так как после остановки деформируюше- го элемента в зоне сварки длина внеконтактной зоны определ етс  по зависимости

; п R 1 1 .6 /0,54/ 1

,ol 1 г„ о (и

где Го - внутренний радиус стыка до деформировани , мм;

to - толщины стыка до деформировани , мм,

а зависимость дл  определени  окружной зоны пластических деформаций, возникающих при сварке тонкостенных обечаек кольцевыми швами, имеет вид

-.

где г :- внутренний радиус стыка после

деформировани , мм; t - толщина стыка после деформировани , мм;

J.I - коэффициент Пуассона, то длина цилиндрической рабочей части 7 должна определ тьс  неравенством

+ 0,611.гГ.е 4V3(1-ц)

(3)

0

0

Выражение (1) получено г;утем математической обработки экспериментальных данных , представленных на фиг. 3. Выражение (2) известно из литературных данных. Деформирующий элемент 3 останавлива5 ют в положении, когда большее основание его заходного конуса 4 смещено относительно стыка 5 в направлении деформировани  на величину, превыщающую длину внеконтактной зоны 6 после заходного конуса 4. В этом случае цилиндрическа  рабоча  часть 7 деформирующего элемента 3 находитс  в непосредственном контакте с внутренними поверхност ми свариваемых труб 1 и 2 по всему периметру стыка 5. Затем производ т сварку. Цилиндрическа  рабо5 ча  часть 7 своей поверхностью оказывает силовое воздействие на зону пластических деформаций 8, возникающих в процессе сварки и устран ет услови  образовани  раст гивающих остаточных напр жений в сварочном шве, повыша  геометрическую

0 точность отверсти  в районе сварного шва. После выполнени  сварки трубу 1 деформируют деформирующим элем ентом 3 по всей ее длине.

При приварке фланца к трубе (фиг. 2)

5 трубу 1 и фланец 9 фиксируют в осевом направлении и, прикладыва  осевую нагрузку Q, перемещают цельный деформирующий элемент 3 относительно трубы 1 и фланца 9. При этом деформирующий элемент 3 дефорQ мирует трубу 1 на величину, обеспечиваю- одинаковый размер наружного диаметра трубы 1 и внутреннего диаметра фланца 9. Деформирующий элемент 3 останавливают в положении, когда большее основание его заходного конуса 4 смещено в направлении

5 деформировани  относительно стыка 5 на величину, превышаюшую длину внеконтактной зоны 6 после заходного конуса 4. При таком положении деформируюшего элемента 3 во врем  приварки фланца 9 к трубе 1 цилиндрическа  рабоча  часть 7 деформиру0 ющего элемента 3 находитс  в непосредственном контакте с внутренней поверхностью трубы 1 по всему периметру стыка 5, преп тству  образованию раст гивающих остаточных напр жений в сварном щве и содейJ- ству  повышению геометрической точности отверсти  трубы 1 в районе сварного шва. После приварки фланца 9 к трубе 1 последнюю деформируют деформирующим элементом 3 по всей длине.

Угол (X наклона образующей заходного конуса 4 к оси деформирующего элемента 3 целесообразно назначать в пределах 1-3°.

Выбор угла а меньще указанного диапазона приводит к вырождению заходного конуса в цилиндрическую ленточку, что недопустимо , так как с помощью него осуществл етс  плавный заход в отверстие трубы и деформирование свариваемых элементов в радиальном направлении. Выбор угла а больше указанного диапазона вызывает образование острой кромки в месте перехода заходного конуса в цилиндрическую рабочую часть. При остановке деформирующего элемента в зоне сварки остра  кромка внедр етс  в стенку свариваемых элементов, что приводит к образованию дефектов. Кроме того, увеличение угла а выще указанного диапазона также ухудщает точность раздаваемого отверсти , что приводит к неравномерному контакту цилиндрической рабочей части деформирующего элемента 3 со свариваемыми трубами и ухудшению качества сварного щва и нарущению геометрии в зоне сварки.

Пример. Приваривали фланцы к биметаллическим трубам (волноводам дл  радиорелейных линий св зи). Материал кольца и трубы - сталь 20. По внутренней поверхности труба имела медный токонесущий слой толщиной 0,3 мм. Диаметр отверсти  трубы до деформировани  ее в радиальном направлении составл л 69,3 мм, а фланца - 75,0 мм; толщина стенки трубы - 2,5 мм, фланца - 8 мм, длина трубы - 250 мм, фланца - 31 мм. Перед сваркой трубу 1 и фланец 9 деформировали в радиальном направлении до получени  одинаковых размеров в месте сопр жени  внутренней поверхности фланца с наружной поверхностью трубы. Деформирование осуществл ли цельным деформирующим элементом 3, изготовленным из твердого сплава марки ВК15.. Длина цилиндрической рабочей части 7 деформирующего элемента 3 определ лась по зависимости (3) и была прин той равной 30 мм, а угол наклона образующей рабочего конуса деформирующего элемента был равен .

Больщее основание заходного конуса 4 деформирующего элемента 3 смещали относительно стыка 5 в направлении деформировани  на 6 мм, что превышало длину вне- контактной зоны 6 после заходного конуса 4, определенную по зависимости (1) и равную дл  данного размера трубы 5,1 мм. Прот женность зоны пластической деформации, определенна  по зависимости (2), была равной 22,5 мм. Приварку фланца 9 к трубе 1 производили плав щимс  электродом в среде углекислого газа и следующем режиме: сварочный ток 150-160 А, напр жение дуги 23-24 В, скорость сварки м/ч, диаметр электродной проволоки 1,2 мм. После

0

5

сварки трубу деформировали деформирующим элементом 3 по всей длине. Дл  обосновани  за вл емого диапазона угла наклона образующей заходного конуса 4 деформирующего элемента 3 деформирование трубы 1 и фланца 9 осуществл ли при п ти значени х а; двух граничных, среднем и двух за пределами диапазона. Каждым деформирующим элементом с конкретным значением а деформировалось по 3 трубы и по 3 фланца. После приварки фланцев к трубам и деформировани  последних по всей длине измер ли усадку внутреннего диаметра труб в районе сварного щва, котора  характеризует уровень раст гивающих остаточных напр жений в сварном щве.

Средние значени  усадки внутреннего диаметра труб с приваренным фланцем в месте сварочной зоны приведены в таблице.

20

25

Наблюдаетс  резание, что не допустимо

30

5

0

5

0

5

Применение предложенного способа сварки позвол ет повысить геометрическую точность их внутреннего диаметра в районе сварного шва и свести к минимуму раст гивающие остаточные напр жени  в сварном шве.

Claims (3)

1. Способ сварки кольцевых стыков, преимущественно тонкостенных труб, между собой и с фланцами, при котором внутрь труб ввод т деформирующий элемент, имеющий цилиндрическую рабочую и коническую заходную части, деформируют им свариваемые кромки с увеличением их диаметра и производ т сварку, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  качества сварки за счет снижени  сварочных деформаций, длину цилиндрической рабочей части деформирующего элемента назначают из соотношени 

,611л,- .

где /об - длина цилиндрической рабочей части, мм;

Го - внутренний радиус стыка до деформировани , мм;

to - толщина стыка до деформировани , мм;

/деф-ширина зоны пластических деформаций при сварке стыка, мм.

деформирующий элемент ввод т после сборки стыка со стороны одного из свободных концов свариваемых труб, перемещают по трубе в зону Стыка и располагают в указан- : ной зоне со смещением места перехода за- I ходной конической части деформирующего i элемента в его цилиндрическую рабочую I часть относительно стыка в направлении I перемещени  на величину не менее 0,61IX 1.48.0,54 а после сварки продолжают пе- |ремещение деформирующего элемента до второго свободного конца свариваемых труб.

2. Способ сварки по п. 1, отличающийс  |тем, что щирину зоны пластических деформации при сварке стыка определ ют по соот- нощению

/деф

Злу/Тг (1-|1)

где Г| - внутренний радиус стыка после

деформировани , мм; t - толщина стенки стыка после деформировани , мм; jA - коэффициент Пуассона.

3. Способ сварки по п. 1, отличающийс  тем, что угол наклона образующей конической заходной части к оси деформирующего элемента назначают в пределах 1-3°.

У ///7/ /А

О

0,1

Редактор М. Келемеш Заказ 1792/17

Составитель М. Бу нов

Техред И. ВересКорректор И. Эрдейи

Тираж 921Подписиое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушска  иаб., д. 4/5 Производствеино-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Фиг.2

.а