Сварка толстостенных конструкций: технология, оборудование, соединение труб большой толщины – Качественная сварка толстого металла — Моя ковка

Содержание

Сварка металлоконструкций | Сварка и сварщик

БАЛКИ

ПРОКАТНЫЕ

Сварка балок

Монтажные стыковые швы выполняют сначала на толстом, а затем на тонком металле. Поэтому сначала накладывают швы полок (1 и 2), а затем — стенки (3)

СВАРНЫЕ С СОВМЕЩЕННЫМ СТЫКОМ

Сварка балок

Угловые швы соединения стенки с полкой (4) выполняют в последнюю очередь. Продольные швы не доводят до конца балки на величину, равную одной ширине полки (низкоуглеродистая сталь) или двум (легированная сталь)

СВАРНЫЕ СО СМЕЩЕННЫМ СТЫКОМ

Сварка балок

Если толщина полок разная, то вначале выполняют стыковой шов полки с большей толщиной (1), а затем с меньшей (2). Желательно, чтобы угловые швы (4) накладывали одновременно два сварщика от концов к середине монтажного стыка

СТОЙКИ

МАЛОМОЩНАЯ

Сварка стоек

СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ

Сварка стоек

ВЫСОКОЙ МОЩНОСТИ

Сварка стоек

ФЕРМЫ

Сварка ферм

Узлы фермы сваривают последовательно — от середины фермы к опорным узлам. Сначала выполняют стыковые, а затем угловые швы. Если швы разного сечения, то вначале накладывают швы с большим сечением, а затем с меньшим

Каждый элемент при сборке прихватывают швом длиной 30-40 мм. Близко расположенные швы нельзя выполнять сразу. Вначале дают остыть тому участку основного металла, где будет накладываться близко расположенный шов. Это снизит перегрев металла и пластические деформации

Сварка ферм

Конец продольного шва выводят на торец привариваемого элемента на длину 20 мм

Сварка ферм

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ ШВОВ

ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ

РЕЗЕРВУАР

Последовательность сварки резервуара

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ШВОВ

НАСТИЛ

Последовательность сварки настила

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ШВОВ

Способ сварки толстостенных крупногабаритных деталей

Изобретение относится к способу автоматической сварки толстостенных крупногабаритных деталей из сплава на основе Ni-Cr и может быть использовано в производстве ЖРД. Способ включает V-образную разделку кромок свариваемых деталей, установку свариваемых деталей на подкладку, многослойную сварку с использованием присадочной проволоки из сплава на основе Ni-Cr диаметром 2-2,5 мм. Затем осуществляют закалку сварного соединения при температуре 1050±10°С. Далее деталь охлаждают со скоростью 30-40°С/мин, а по достижении при охлаждении температуры 700-780°С проводят выдержку в течение 60±10 мин и затем дальнейшее охлаждение. Изобретение позволяет предотвратить появление трещин в зоне термического влияния свариваемых деталей. 3 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к технологии получения сварного соединения жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на основе Ni-Сr без трещин в зоне термического влияния (ЗТВ) и может быть использовано при автоматической сварке конструкций из крупногабаритных толстостенных деталей, применительно в производстве жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Известен способ сварки деталей из сплавов на основе Ni-Cr, раскрытый в патенте RU 2053078 (кл. В23К 11/06, 1996), согласно которому проводят сборку свариваемых элементов, предварительную контактную роликовую сварку по их торцам и последующую приварку к арматуре. При этом перед сборкой на внешнюю и внутреннюю поверхности каждого элемента наносят слои никелевого покрытия. Однако данный способ применим для сварки тонкостенных элементов, например сильфонов, с деталями сложной конфигурации, а не для крупногабаритных толстостенных деталей.

Из патента RU 2265505 (кл. В23К 9/23, 2005) известен способ сварки изделий из дисперсионно-твердеющих сплавов на основе никеля, в котором предварительно нагревают всю зону сварного шва и область, примыкающую к зоне сварного шва изделия, до температуры максимальной пластичности, которая выше температуры старения и ниже начальной температуры плавления, и поддерживают такую температуру во время сварки и отверждения сварного шва. Затем увеличивают температуру сварного изделия до температуры снятия механических напряжений и охлаждают сварное изделие до температуры ниже диапазона дисперсного твердения первичной гамма-фазы со скоростью, эффективной для уменьшения выделения первичной гамма-фазы. Способ направлен на снижение образования трещин в сварном шве и в сплаве в результате сварки. Однако в указанном патенте нет данных о том, что таким способом можно снизить образование трещин в зоне термического влияния в случае сварки толстослойных деталей между собой.

В свою очередь, недостатком известных способов сварки толстостенных деталей является то, что в результате появляются трещины (Фиг.1) в ЗТВ. Причиной тому служит появившийся концентратор напряжений вследствие образовавшегося в этой зоне повышенного содержания частиц γ’-фазы в мелкодисперсном виде, карбидной фазы (Ме

23 С6), дисклокаций и резкого снижения пластичности сплавов.

Причем обе эти фазы при их интенсивном выделении в ЗТВ располагаются преимущественно по границам зерен. А дисклокации, за счет их заторможенности в зоне размещения скопившихся фаз, переплетаются, образуя клубки сплетений, увеличивая при этом также уровень напряжения в ЗТВ. Это происходит вследствие высокого тепловложения в ЗТВ при повышенной массе сварочной ванны, создаваемой при использовании большого диаметра сварочной проволоки (∅≥4 мм), и уменьшения количества проходов при сварке. Заторможенность выхода дисклокаций на поверхность, а также ограниченность зернограничного проскальзывания границ зерен и их миграции — вот те основные факторы, которые лежат в основе появления концентратора напряжений и резкого снижения высокотемпературной ползучести сплава.

А, как известно, ползучесть совершается преимущественно благодаря свободному перемещению дисклокаций и отсутствию в структуре металла каких-либо ограничений, в том числе частиц фаз, препятствующих перемещению зерен и их миграции.

Изобретение направлено на предотвращение появления трещин в зоне термического влияния свариваемых деталей. Технический результат — снижение критических напряжений в ЗТВ в процессе сварки толстостенных крупногабаритных деталей из высокопрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на основе Ni-Cr, применяемых в конструкциях ЖРД.

Предлагаемый способ автоматической сварки толстостенных крупногабаритных деталей в инертном газе включает V-образную разделку кромок свариваемых деталей из сплава на основе Ni-Cr, установку свариваемых деталей на подкладку, осуществление многослойной сварки с использованием присадочной проволоки из сплава на основе Ni-Cr диаметром 2-2,5 мм, последующую закалку сварного соединения при температуре 1050±10°С, дальнейшее охлаждение детали со скоростью 30-40°С/мин. При этом по достижении при охлаждении температуры 700-780°С проводят выдержку в течение 60±10 мин и дальнейшее охлаждение.

Сварное соединение, полученное с помощью предлагаемого способа, обладает высокой работоспособностью в условиях динамических нагрузок и при воздействии высокой агрессивной среды, например жидкого кислорода.

Процесс сварки осуществляют следующим образом. Вначале на свариваемых деталях делают V-образную разделку кромок. Затем детали устанавливают в приспособление, соблюдая их соосность и совпадение кромок. Сварку деталей проводят в последовательности: 1 проход — корневой шов, варят без присадки, последующие слои с присадкой. В качестве присадки используют проволоку того же состава, что и свариваемые детали.

Сварку выполняют в автоматическом режиме. Защитная среда — чистый аргон. Подают его в горелку и в корень шва — на поддув. Сварку осуществляют на подкладке, устанавливаемой под корень шва свариваемых деталей. Расход аргона в горелку 12-15 л/мин, на подкладку в корень шва 2-3 л/мин. Диаметр присадочной проволоки 2-2,5 мм. После выполнения корневого шва осуществляют оценку отсутствия дефектов в сварном шве и ЗТВ с помощью R-контроля. При отсутствии дефектов начинают производить последующую сварку детали. Для предотвращения появления трещин в ЗТВ сварку проводят с минимальным нагревом металла в ЗТВ, увеличивая количество проходов сварки и скорость сварки. Это позволяет сохранять первоначальную однородную структуру в ЗТВ и предотвращать появление здесь же критических напряжений и соответственно трещин. Последующие слои сваривают по той же технологии что и второй проход. Режимы сварки устанавливают в пределах: ток 200-250 А, напряжение дуги 20-25 Вт. Число проходов определяют экспериментально, не прибегая к изменению структуры в ЗТВ в зависимости от толщины стенки свариваемых деталей. Для выравнивания механических свойств сварного соединения производят термообработку сварного соединения. Закалку осуществляют при 1050±10°С; выдержку при этой температуре устанавливают 30-40 мин (после полного прогрева деталей конструкции). Охлаждают конструкцию с температуры закалки в пределах 30-40°С в минуту. При температуре 700-780°С в процессе охлаждения делают выдержку в течение 60±10 мин. Далее охлаждают конструкцию с той же скоростью.

Закалка обеспечивает создание однородного твердого раствора в сварном соединении и позволяет релаксировать напряжение.

Выдержка при температуре 700-780°С позволяет выделить из γ-твердого раствора частицы γ’-фазы в мелкодисперсном виде, провести их частичную коагуляцию, релаксировать напряжения и обеспечить требуемые механические свойства сварного соединения.

Ниже приведен пример осуществления предложенного способа.

В сварной конструкции, включающей две обечайки, с толщиной стенки 15 мм, со стороны торца в местах сварки обечаек механическим путем делают разделку, при стыковке которых разделки образуют V-образную форму, представленную на Фиг.2. Устанавливают обечайки на подкладку. Материал обечаек и подкладки — жаропрочный дисперсионно-твердеющий сплав на основе Ni-Cr (ЭП-202, ЭК-61).

Первый проход (корневой шов) варят без присадки; последующие слои с присадкой того же химического состава, что и свариваемый сплав. Защитная среда — чистый аргон. Защиту газом осуществляли также со стороны подкладки. Расход аргона в горелку составлял 13 л/мин, в подкладку — 2,5 л/мин. Диаметр присадочной проволоки из сплава ЭП-642 составлял 2,5 мм, а количество проходов составляло 8; материал проволоки — сплав на основе никель-хром. Фрагмент сварного соединения представлен на Фиг.3.

После сварки осуществляли термообработку сварного соединения при температуре 1050±10°С. Охлаждение производили в аргоне. Время выдержки при температуре 1050±10°С составляло 60 мин. Скорость охлаждения сварной конструкции не превышала 35°С в минуту. При температуре 750±10°С (в процессе охлаждения конструкции с температуры закалки) осуществляли выдержку в течение 50 мин. Затем охлаждали конструкцию с той же скоростью.

Применение способа, как показали исследования, позволило получить качественное соединение из трудносвариваемого сплава без трещин и имеющее механические свойства в соответствии с требованиями конструкторской документации на сварное соединение.

Способ автоматической сварки толстостенных крупногабаритных деталей из сплава на основе Ni-Cr, включающий сварку в инертном газе с использованием присадочной проволоки, отличающийся тем, что вначале на свариваемых деталях выполняют V-образную разделку кромок, устанавливают свариваемые детали на подкладку и осуществляют многослойную сварку с использованием присадочной проволоки из сплава на основе Ni-Cr диаметром 2-2,5 мм, затем выполняют закалку сварного соединения при температуре 1050±10°С и охлаждение со скоростью 30-40°С/мин, при котором по достижении температуры 700-780°С проводят выдержку в течение 60±10 мин и осуществляют дальнейшее охлаждение с той же скоростью.

Способ ультразвуковой сварки толстостенных конструкций

Изобретение относится к области сварки, а именно к технологии сварки толстостенных конструкций. Для повышения стойкости к появлениям трещин во время эксплуатации за счет улучшения механических свойств способ включает наложение циклической нагрузки на кристаллизующийся металл сварочной ванны. Сварка каждого нечетного слоя многослойной сварки, включая первый и последний, сопровождается ультразвуковой обработкой, а сварка каждого четного слоя сопровождается сопутствующим охлаждением. Ультразвуковые колебания вводят под углом 45-60° к оси шва, а охлаждение производят с противоположной относительно источника нагрева стороны водовоздушной смесью температурой от 10-15°С и расходом смеси 0.3-0,5 л/мин. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области технологии сварки и может быть использовано при ремонте узлов конструкций, требующих сварочных операций.

При сварке металлов возникают высокие градиенты температур, которые порождают изменения структуры в прилегающей к сварному шву зоне. Это, в свою очередь, создает предпосылки для образования трещин, очагов коррозии, создания участков разупрочнения и пр.

В настоящее время для повышения технологических и механических свойств сварного соединения толстостенных деталей применяются либо предварительный подогрев до 100 — 200°C в зависимости от толщины детали и температуры окружающей среды, либо последующая термообработка после сварки (Лившиц Л.С., Хакимов А.Н. «Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений». — 2-е изд. М.: Машиностроение, 1989. — 189 с.).

Недостатком данного способа является увеличение зоны термического влияния (ЗТВ), следовательно, увеличение вероятности образования в этих местах холодных трещин. Кроме того, увеличивается временной цикл ремонтных работ, так как время на термообработку может достигать нескольких суток. Также термообработка является весьма энергозатратным процессом.

Известен способ ультразвуковой обработки сварных швов, принятый нами за прототип, который включает статическое нагружение сварного шва и ультразвуковое воздействие на сварной шов с помощью ультразвукового инструмента-волновода посредством акустической системы (№683873 СССР, МПК2 B23K 28/00, опубл. 05.09.79. БИ №33).

Недостатком данного способа является невозможность регулирования ширины ЗТВ, следовательно, увеличивается вероятность образования в этих местах холодных трещин, а также недостаточное воздействие на металл шва, так как ультразвуковая обработка (УЗО) производится на уже кристаллизованный металл сварного соединения.

Целью изобретения является уменьшение вероятности образования холодных трещин за счет уменьшения зоны термического влияния, сокращения времени ремонта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе ультразвуковой сварки толстостенных конструкций, включающем наложение циклической нагрузки на сварной шов, согласно изобретению каждый нечетный слой многослойного сварного соединения, включая первый и последний, подвергают в процессе кристаллизации сварного шва воздействию циклической нагрузке от вибрирующего устройства под углом 45-60° к оси шва (см таблицу), а каждый четный слой, начиная со второго, подвергают сопутствующему охлаждению водовоздушной смесью. При этом охлаждение производят с противоположной относительно источника нагрева стороны водовоздушной смесью температурой от 10-15°С и расходом смеси 0,3-0,5 л/мин. А наложение циклической нагрузки выполняют частотой 20 кГц-40 кГц, с амплитудой 10-50 мкм на кристаллизующийся сварной шов.

Остаточные напряжения при углах ввода циклической нагрузки 45-60° являются минимальными.

При многослойной сварке ЗТВ от слоя к слою увеличивается. Чтобы уменьшить ЗТВ, необходимо применять сопутствующее охлаждение. Охлаждение водовоздушной смесью во время сварки повышает прочностные свойства и ударную вязкость в зоне термического влияния, а также уменьшает зону термического влияния. Но тогда сварное соединение получается менее пластичным и склонным к хрупким разрушениям. Для этого производится УЗО. Ультразвуковая обработка оказывает комплексное воздействие на сварное соединение, снижая концентрации напряжений нагрузки в сварном соединении, создавая на обрабатываемой поверхности упрочняющий слой с повышенной сопротивляемостью к образованию трещин.

Способ поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема наложения циклической нагрузки. Вибрационное устройство 1 излучает ультразвуковые волны под углом 45-60° к оси сварного соединения. Сварка соединяемых деталей 2 осуществляется сварочным электродом 3. Возбуждение колебаний осуществляется источником энергии колебаний 4. Водовоздушное охлаждение производят с обратной относительно источника нагрева стороны специальным распылителем 5.

На фиг. 2 показана последовательность наложения ультразвуковых колебаний и сопутствующего водовоздушного охлаждения. Первый и каждый последующий нечетный шов завариваются с применением УЗО. Второй каждый последующий четный шов завариваются с применением водовоздушного охлаждения.

На фиг. 3 показана зависимость ширины ЗТВ от расстояния от корня шва к облицовочному шву и от расхода водовоздушной смеси. Видно, что ширина ЗТВ до расстояния 0,95 см от корня шва при различных расходах водовоздушной смеси имеет небольшие отклонения относительно друг друга, а после расстояния 0,95 см от корня шва эти отклонения практически отсутствуют. Исходя из этого, можно сделать вывод, что при разных расходах водовоздушной смеси в пределах 0,3-0,5 л/мин, ширина ЗТВ меняется несущественно, следовательно, расход можно выбрать 0,4 л/мин.

На фиг. 4,а представлена макроструктура сварного соединения без обработки. На фиг. 4,б представлена макроструктура сварного соединения с применением предлагаемого способа. Как видно, ЗТВ без обработки значительно больше, что может говорить о том, что появление трещин в этих местах в процессе эксплуатации значительно выше.

На фиг. 5,а представлена микроструктура участка основного металла. На фиг. 5,б представлена микроструктура участка шва при сварке с применением УЗО и сопутствующего охлаждения. На фиг. 5,в представлена микроструктура участка шва при сварке с последующей термообработкой. Очевидно, что величина зерна сварного соединения, подвергнутого УЗО и сопутствующему охлаждению, значительно меньше, чем величина зерна основного металла, и меньше, чем при сварке с последующей термообработкой, что свидетельствует о более лучших механических свойствах.

Таким образом, данный способ значительно уменьшает ЗТВ, позволяет добиться более благоприятной микроструктуры, что, в свою очередь, снижает вероятности образования холодных трещин.

1. Способ ультразвуковой обработки при сварке толстостенных конструкций, включающий наложение циклической нагрузки на многослойный сварной шов, отличающийся тем, что каждый нечетный слой многослойного сварного соединения, начиная с первого, и последний, в процессе кристаллизации сварного шва подвергают циклической нагрузке посредством вибрирующего устройства, излучающего ультразвуковые волны под углом 45-60° к оси шва, а каждый четный слой, начиная со второго, подвергают сопутствующему охлаждению водовоздушной смесью.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наложение циклической нагрузки выполняют частотой 20 кГц — 40 кГц, с амплитудой 10-50 мкм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру водовоздушной смеси поддерживают в пределах от 10-15°С, а расход смеси 0,3-0,5 л/мин.

Сварка лежачим электродом на практике

После написания статьи Сварка лежачим электродом возникли сомнения:

  1. О возможности сварки лежачим электродом
  2. О невозможности стабильного горения сварочной дуги
  3. Даже если дуга будет гореть стабильно — сварной шов не сможет нормально формироваться
  4. Даже если сварной шов и сформируется – усиления шва будет завышено и не будет проплавления корня шва

И мы решили опробовать и испытать данный метод.

Для апробации сварки лежачим электродом использовались:

  • 2 пластины из Стали 20 толщиной 3 мм, без разделки кромок;
  • электрод УОНИ 13/55 Ø3 мм;
  • пластины выставили с зазором 1 мм и сверху положили электрод.

Сразу оговорюсь, что делать специальный электрододержатель мы не стали, поэтому чтобы заставить электрод лежать пришлось задействовать фантазию и молоток.

После чего был включен источник питания.

Режимы сварки: Iсв=90-100А, постоянный ток, обратная полярность. Дугу зажигали другим электродом «чиркая» оголенным концом о торец лежачего электрода и свариваемой детали.

Процесс зажигания дуги и сам процесс сварки можно увидеть на видео ниже.

На фото ниже представлен сварной шов со шлаком, и после удаления шлака.

Пластины толщиной 3 мм полностью проплавились и корень шва сформировался удовлетворительно.

Но поскольку мы прекратили процесс сварки на половине электрода, нас немного смутило чрезмерное проплавление в конце корня шва (в народе «сопля»). Это означает, что в процессе сварки необходимо регулировать величину сварочного тока т.к. электрод и металл нагревается в процессе сварки и происходит вытекание металла.

Но вопреки всем скептическим мыслям:

  1. Сварка лежачим электродом произведена;
  2. Горение сварочной дуги было стабильно;
  3. Сварной шов сформировался;
  4. Усиление шва и провар были удовлетворительные.

Мы не остановились на достигнутом и решили идти дальше…

Сварка лежачим электродом в разделке кромок.

Исходные данные:

2 пластины из стали 20 толщиной 12 мм, с криволинейным скосом кромок (С23 ГОСТ 5264-80 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные). Мы выбрали данный тип разделки специально для того, чтобы электрод лег плотно в радиус, несмотря на то, что данный тип разделки используется для толщин от 15 мм.

Электрод УОНИ 13/55 Ø3 мм.
Режимы сварки: Iсв=80-100А, постоянный ток, обратная полярность.
Процесс установки электрода показал необходимость сделать больше радиус скругления, потому что электрод не плотно лег в разделку.

Укладка электрода в разделку как ожидалось

Укладка электрода в разделку как получилось

Процесс сварки лежачим электродом в разделке кромок:

Скажу кратко – ничего не получилось. Сварочная дуга «гуляла» по кромкам, наплавляя металл то на одну, то на другую сторону.
После этой попытки мы перевернули пластину и произвели сварку лежачим электродом корня шва без разделки, т.е. повторили и подтвердили наш первый опыт, но уже на пластине толщиной 12 мм.

ВЫВОД РЕДАКЦИИ САЙТА WELDERING.COM

1. В быту сварка лежачим электродом может использоваться для прямолинейных стыковых швов без разделки кромок небольших толщин 3-5 мм (особенно если вы хотите удивить соседа по гаражу).
2. В производстве сварку лежачим электродом можно применять для наплавки поверхностей прямолинейных деталей. Особенно если учесть тот фак, что вместо электрода можно использовать полосу и проводить процесс наплавки под слоем флюса.

ВНИМАНИЕ! Последующие утверждения не проверены и требует проведения испытаний.
1. Для сварки толстостенных деталей с разделкой кромок необходимо делать разделку с криволинейным скосом кромок с увеличенным радиусом скругления.
2. Для угловых швов процесс возможен, только если производить сварку в лодочку.

способ изготовления тонкостенной осесимметричной сварной конструкции с толстостенными навесными элементами — патент РФ 2458768

Способ относится к изготовлению стальных осесимметричных сварных конструкций в виде тонкостенного трубчатого каркаса с толстостенными навесными элементами. В местах приварки навесных элементов формируют технологические буртики толщиной и шириной, равной толщине трубчатого каркаса, и технологические отверстия. Трубчатый каркас выполняют в виде тонкостенной разнотолщинной обечайки. В утолщениях обечайки мехобработкой формируют упоры для навесных элементов. Предварительно на участок обечайки под установку левого торцевого фланца с поднутрением наносят защитное покрытие. Вначале осуществляют предварительную сборку с использованием стапеля с роликоопорой. С торцов обечайки вставляют до упоров два средних навесных элемента. Устанавливают торцевые фланцы. Собранную конструкцию закрепляют на установке сварки в сварочном приспособлении, прижимая торцевые фланцы. Производят прихватку левого торцевого фланца. Далее сборку ведут последовательно слева направо с позиционированием положения каждого последующего элемента относительно предыдущего с помощью приспособлений и технологических отверстий с фиксацией каждого элемента прихватками. Контролируют точность позиционирования, осуществляют автоматическую сварку в среде защитных газов и пневмоиспытания. Способ позволяет обеспечить требуемую прочность конструкции, пространственное позиционирование привариваемых элементов и повысить технологичность изготовления. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2458768

Изобретение относится к области сварки, а именно к способам изготовления стальных осесимметричных сварных конструкций в виде тонкостенного трубчатого каркаса с толстостенными навесными элементами, и может быть использовано при сварке протяженных конструкций, включающих сочетание массивных и тонкостенных элементов.

Такого рода конструкции довольно специфичны, они представляют собой каркасные силовые узлы, входящие в состав изделий ответственного назначения, работающих в тяжелых условиях импульсного возрастания температуры и давления внутренней агрессивной среды, скоростных упруго-пластических деформаций и т.д. В связи с чем к ним предъявляются высокие прочностные требования.

При этом особенностью изготовления таких конструкций является обеспечение высокой размерной точности как при сборке и позиционировании элементов друг относительно друга, так и при действии сварочных деформаций в процессе термического цикла сварки и после него в процессе охлаждения конструкции, исключая ее коробление и потерю устойчивости. Выполнение данного требования осложняется большой протяженностью конструкций (отношение диаметра к длине составляет более 1:7), достигающих в длину более 2000 мм.

При относительном многообразии общим в таких конструкциях является наличие так называемого «стержневого каркаса» в виде центрального трубчатый элемента между массивными торцевыми основаниями, выполняющими роль элементов стыковки с соседними отсеками изделия.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является способ изготовления такого рода конструкций по патенту № 2389592, В23K 31/02, опубл. 20.05.2010 г., БИ № 14, 2010 г., принятому авторами за прототип, при котором приварку элементов к сваренному каркасу, состоящему из центрального трубчатого и торцевых элементов, осуществляют с использованием технологических зазоров, а также определенной последовательности и приемов выполнения сварочных операций.

Такой способ позволяет за счет технологических зазоров учесть перемещения свариваемых элементов вследствие влияния высокотемпературного термического цикла сварки и избежать коробления конструкции.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа изготовления осесимметричных сварных конструкций, принятого авторами за прототип, относится наличие между торцевыми основаниями, приваренными к центральному трубчатому элементу, вместо перегородок (тонкостенных ребер), как в прототипе, массивных навесных элементов, что требует других технологических приемов и методов ведения сварочных операций.

Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось обеспечение размерной точности и технологичности изготовления каркасной конструкции, основанной на учете посредством зазоров многократных продольных расширений и сужений конструкции вследствие интенсивного термического воздействия и последующего межоперационного охлаждения при выполнении сварочных операций.

Общими признаками с предлагаемым авторами способом изготовления тонкостенной осесимметричной сварной конструкции с толстостенными навесными элементами, содержащей трубчатый каркас с торцевыми фланцами, является сборка в сварочном приспособлении, электродуговая сварка плавлением в среде защитных газов и мехобработка.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами способе изготовления тонкостенной осесимметричной сварной конструкции с толстостенными навесными элементами в трубных толстостенных заготовках навесных элементов в местах их приварки формируют технологические буртики толщиной и шириной, равной толщине трубчатого каркаса, и технологические отверстия, трубчатый каркас выполняют в виде тонкостенной разнотолщинной обечайки, в утолщениях которой мехобработкой формируют упоры для навесных элементов, при этом предварительно на участок обечайки под установку левого торцевого фланца с поднутрением наносят защитное покрытие, затем осуществляют предварительную сборку с использованием стапеля с роликоопорой, с торцов обечайки вставляют до упоров два средних навесных элемента, затем устанавливают торцевые фланцы, далее собранную конструкцию закрепляют на установке сварки в сварочном приспособлении, прижимая торцевые фланцы, производят прихватку левого торцевого фланца, далее сборку ведут последовательно слева направо с позиционированием положения каждого последующего элемента относительно предыдущего с помощью приспособлений и технологических отверстий с фиксацией каждого элемента прихватками, контролируют точность позиционирования, затем осуществляют автоматическую сварку в среде защитных газов, сваренную конструкцию подвергают пневмоиспытаниям.

В частном случае, то есть в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:

— трубные толстостенные заготовки навесных элементов получают с использованием метода электрошлакового литья, обечайку изготавливают методом холодной пластической деформации ротационной вытяжкой со степенью обжатия до 80% с последующим отжигом, уменьшающим напряжения, на уровень свойств по прочности не менее 539 МПа и удлинению не менее 2%;

— на участок обечайки под установку левого торцевого фланца с поднутрением наносят защитное покрытие на расстоянии 5 10 мм до зоны сварки.

Именно это позволяет сделать вывод о причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение требуемой прочности конструкции, пространственного позиционирования привариваемых элементов и повышение технологичности изготовления.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что при известном способе изготовления тонкостенной осесимметричной сварной конструкции с толстостенными навесными элементами, содержащей трубчатый каркас с торцевыми фланцами, включающем сборку в сварочном приспособлении, электродуговую сварку плавлением в среде защитных газов и мехобработку, особенность заключается в том, что в трубных толстостенных заготовках навесных элементов в местах их приварки формируют технологические буртики толщиной и шириной, равной толщине трубчатого каркаса и технологические отверстия, трубчатый каркас выполняют в виде тонкостенной разнотолщинной обечайки, в утолщениях которой мехобработкой формируют упоры для навесных элементов, при этом предварительно на участок обечайки под установку левого торцевого фланца с поднутрением наносят защитное покрытие, затем осуществляют предварительную сборку с использованием стапеля с роликоопорой, с торцов обечайки вставляют до упоров два средних навесных элемента, затем устанавливают торцевые фланцы, далее собранную конструкцию закрепляют на установке сварки в сварочном приспособлении, прижимая торцевые фланцы, производят прихватку левого торцевого фланца, далее сборку ведут последовательно слева направо с позиционированием положения каждого последующего элемента относительно предыдущего с помощью приспособлений и технологических отверстий с фиксацией каждого элемента прихватками, контролируют точность позиционирования, затем осуществляют автоматическую сварку в среде защитных газов, сваренную конструкцию подвергают пневмоиспытаниям.

Новая совокупность конструктивных элементов и технологических приемов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет:

— формирования технологических буртиков в трубных толстостенных заготовках навесных элементов в местах их приварки толщиной и шириной, равной толщине трубчатого каркаса, выровнить сечения свариваемых элементов, обеспечить их качественное сплавление, обеспечить требуемую прочность сварных соединений;

— формирования технологических отверстий в трубных толстостенных заготовках навесных элементов создать условия для последующего их пространственного позиционирования друг относительно друга;

— выполнения трубчатого каркаса в виде тонкостенной разнотолщинной обечайки, в утолщениях которой мехобработкой формируют упоры для навесных элементов, уменьшить металлоемкость конструкции, повысить технологичность сборки навесных элементов по упорам;

— предварительного нанесения защитного покрытия на участок обечайки под установку левого торцевого фланца с поднутрением обеспечить антикоррозионную защиту данного места, труднодоступного после выполнения сварочных работ, обеспечить требуемую прочность при длительных сроках хранения, повысить технологичность изготовления;

— осуществления предварительной сборки с использованием стапеля с роликоопорой посредством установки с торцов обечайки до упоров вначале два средних навесных элемента, а затем торцевых фланцев повысить технологичность изготовления;

— закрепления собранной конструкции на установке сварки в сварочном приспособлении, прижимая торцевые фланцы, прихватки левого торцевого фланца, последовательной сборки слева направо с позиционированием положения каждого последующего элемента относительно предыдущего с помощью приспособлений и технологических отверстий с фиксацией каждого элемента прихватками обеспечить пространственное позиционирования привариваемых элементов и повысить технологичность изготовления;

— контроля точности позиционирования и только после этого автоматической сварки в среде защитных газов, а также пневмоиспытаний сваренной конструкции, гарантировать точность сборки, исключив тем самым трудоемкие исправительные операции, повысить технологичность изготовления.

Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах исполнения, позволяют, в частности, за счет:

— получения трубных толстостенных заготовок навесных элементов с использованием метода электрошлакового литья резко повысить чистоту металла, повысить прочность, получить заготовки нестандартных для трубопрокатного производства размера, повысить технологичность изготовления;

— изготовления обечайки методом холодной пластической деформации ротационной вытяжкой со степенью обжатия до 80% с последующим отжигом, уменьшающим напряжения, на уровень свойств по прочности не менее 539 МПа и удлинению не менее 2% повысить прочность за счет деформационного упрочнения (наклепа) и, соответственно, надежность конструкции, а также повысить технологичность за счет высокой производительности ротационной вытяжкой;

— нанесения на участок обечайки под установку левого торцевого фланца с поднутрением защитного покрытия на расстоянии 5 10 мм до зоны сварки исключить насыщение сварного шва продуктами выгорания покрытия и, соответственно, нарушение качества шва, обеспечить требуемую прочность соединения.

Сущность изобретения заключается в том, что при осуществлении способа изготовления тонкостенной осесимметричной сварной конструкции с толстостенными навесными элементами, содержащей трубчатый каркас с торцевыми фланцами, включающего сборку в сварочном приспособлении, электродуговую сварку плавлением в среде защитных газов и мехобработку, в отличие от прототипа, согласно изобретению, в трубных толстостенных заготовках навесных элементов в местах их приварки формируют технологические буртики толщиной и шириной, равной толщине трубчатого каркаса, и технологические отверстия, трубчатый каркас выполняют в виде тонкостенной разнотолщинной обечайки, в утолщениях которой мехобработкой формируют упоры для навесных элементов, при этом предварительно на участок обечайки под установку левого торцевого фланца с поднутрением наносят защитное покрытие, затем осуществляют предварительную сборку с использованием стапеля с роликоопорой, с торцов обечайки вставляют до упоров два средних навесных элемента, затем устанавливают торцевые фланцы, далее собранную конструкцию закрепляют на установке сварки в сварочном приспособлении, прижимая торцевые фланцы, производят прихватку левого торцевого фланца, далее сборку ведут последовательно слева направо с позиционированием положения каждого последующего элемента относительно предыдущего с помощью приспособлений и технологических отверстий с фиксацией каждого элемента прихватками, контролируют точность позиционирования, затем осуществляют автоматическую сварку в среде защитных газов, сваренную конструкцию подвергают пневмоиспытаниям.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид сварной конструкции; на фиг.2 — сварное соединение привариваемых навесных элементов.

Изготовление тонкостенной осесимметричной сварной конструкции с толстостенными навесными элементами осуществляют следующим образом. Механической обработкой резанием из трубных толстостенных заготовок изготавливают навесные элементы 1, 2, 4 и 5, два из которых 1 и 5 являются торцевыми фланцами. Исходя из назначения конструкции навесной элемент 1 получают с внутренним поднутрением. В местах приварки навесных элементов 1, 2, 4, 5 формируют технологические буртики 7 (фиг.1) толщиной с и шириной d, равной толщине l 0 трубчатого каркаса 3 (фиг.2). Кроме того, в навесных элементах 1, 2, 4, 5 формируют технологические отверстия 6. Трубчатый каркас 3 выполняют, например, холодной обработкой металла давлением, в виде тонкостенной разнотолщинной обечайки, в утолщениях которой мехобработкой формируют упоры 8. При этом для сборки могут быть использованы упоры 9, выполненные в торцевых навесных элементах, как, например, в элементе 1. Перед началом сборочных операций на участок обечайки 3 наносят защитное покрытие на участок L под установку левого торцевого фланца 1 с поднутрением. Затем осуществляют предварительную сборку конструкции с использованием стапеля с роликоопорой, для чего с торцов обечайки 3 вставляют до упоров 8 два средних навесных элемента 2 и 4, потом устанавливают торцевые фланцы 1 и 5. Далее собранную конструкцию закрепляют на установке сварки в сварочном приспособлении, прижимая торцевые фланцы 1 и 5. Прихватывают левый торцевой фланец 1. Далее сборку с использованием прихваток ведут последовательно слева направо с позиционированием положения каждого последующего элемента относительно предыдущего с помощью приспособлений и технологических отверстий 6. В случае, когда в конструкции элементов имеются отверстия, то их используют вместо технологических, как, например, отверстие 10 в элементе 1. Собранные таким образом элементы 1, 2, 4 и 5 на обечайке 3 и зафиксированные сварочными прихватками подвергают контролю точности позиционирования этих элементов и только после этого осуществляют автоматическую сварку в среде защитных газов швами № 1-4 с выполнением сварных соединений, приведенных на фиг.2. Сваренную конструкцию подвергают испытаниям на герметичность, например, в ванне с жидкостью внутренним пневматическим давлением (0,2±0,02) МПа с выдержкой при этом давлении не менее 30 с.

В частных случаях трубные толстостенные заготовки навесных элементов 1, 2, 4 и 5 получают с использованием одного из методов специальной электрометаллургии — метода электрошлакового литья, например, в стационарный кристаллизатор с дорном (внутренним кристаллизатором) скользящего типа. При этом обечайку 3 изготавливают одним из методов холодной пластической деформации — ротационной вытяжкой на специализированном прокатном оборудовании, со степенью обжатия до 80% с последующим отжигом, уменьшающим напряжения, на уровень свойств по прочности не менее 539 МПа и удлинению не менее 2%. Защитное покрытие на участок L обечайки 3 под установку левого торцевого фланца 1 с поднутрением наносят на расстоянии l до зоны сварки швом № 1.

Способ позволяет обеспечить требуемую прочность конструкции, пространственное позиционирование привариваемых элементов и повысить технологичность изготовления.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ изготовления тонкостенной осесимметричной сварной конструкции с трубными толстостенными навесными элементами, содержащей трубчатый каркас с торцевыми фланцами, включающий сборку в сварочном приспособлении, электродуговую сварку плавлением в среде защитных газов и мехобработку, отличающийся тем, что в трубных толстостенных заготовках навесных элементов в местах их приварки формируют технологические буртики, толщиной и шириной равной толщине трубчатого каркаса, и технологические отверстия, трубчатый каркас выполняют в виде тонкостенной разнотолщинной обечайки, в утолщениях которой мехобработкой формируют упоры для навесных элементов, при этом предварительно на участок обечайки под установку левого торцевого фланца с поднутрением наносят защитное покрытие, затем осуществляют предварительную сборку с использованием стапеля с роликоопорой, с торцов обечайки вставляют до упоров два средних навесных элемента, затем устанавливают торцевые фланцы, далее собранную конструкцию закрепляют на установке сварки в сварочном приспособлении, прижимают торцевые фланцы, производят прихватку левого торцевого фланца, и далее сборку ведут последовательно слева направо с позиционированием положения каждого последующего элемента относительно предыдущего с помощью приспособлений и технологических отверстий с фиксацией каждого элемента прихватками, контролируют точность позиционирования, затем осуществляют автоматическую сварку в среде защитных газов, сваренную конструкцию подвергают пневмоиспытаниям.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубные толстостенные заготовки навесных элементов получают с использованием метода электрошлакового литья, а обечайку изготавливают методом холодной пластической деформации ротационной вытяжкой со степенью обжатия до 80% с последующим отжигом, уменьшающим напряжения, на уровень свойств по прочности не менее 539 МПа и удлинению не менее 2%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на участок обечайки под установку левого торцевого фланца с поднутрением наносят защитное покрытие на расстоянии 5 10 мм до зоны сварки.

Стали для сварки конструкций | Сварка и сварщик

КЛАССИФИКАЦИЯ

Содержание углерода, %

Содержание легирующих элементов, %

УГЛЕРОДИСТЫЕ

Низкоуглеродистые

До 0,25

0

Среднеуглеродистые

0,25 — 0,6

0

Высокоуглеродистые

0,6-2,0

0

ЛЕГИРОВАННЫЕ

Низколегированные

РАЗЛИЧНО

До 2,5

Среднелегированные

2,5-10,0

Высоколегированные

Более 10,0

СТАЛЬ УГЛЕРОДИСТАЯ ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА (ГОСТ 380-71*)

Подразделяется на 3 группы

ГРУППА

МАРКА СТАЛИ

А

Ст0, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Ст6

Б

БСт0, БСт1, БСт2, БСтЗ, БСт4, БСт5

В

ВСт1, ВСт2, ВСтЗ, ВСт4, ВСт5

Согласно СНиП II-23-81 для сварки конструкций используются только стали группы В с номером марки 3

МАРКА

% углерода

Предел прочности, МПа

ВСт3кп

0,14-0,22

360 — 460

ВСт3пс

370 — 480

ВСт3сп

380 — 500

ВСт3Гпс

370 — 490

ВСт3Гсп

390 — 570

кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная, Г — с содержанием марганца до 1 %

СТАЛЬ УГЛЕРОДИСТАЯ КАЧЕСТВЕННАЯ КОНСТРУКЦИОННАЯ (ГОСТ 1050-74)

Обозначается цифрой, соответствующей % содержания углерода в сотых долях

МАРКА

% УГЛЕРОДА

Предел прочности, МПа

05кп

Не более 0,06

320

08кп,08

0,05-0,12

330

10кп, 10

0,07-0,14

340

15кп, 15

0,12-0,19

380

20кп, 20

0,17-0,24

420

25

0,22 — 0,30

460

30

0,27-0,35

470

35

0,32 — 0,40

530

40

0,37 — 0,45

570

45

0,42 — 0,50

600

15Г

0,12-0,19

410

20Г

0,17-0,24

430

25Г

0,22 — 0,30

460

30Г

0,27 — 0,35

540

35Г

0,32 — 0,40

600 — 720

40Г

0,37 — 0,45

790 — 820

45Г

0,42 — 0,50

780-1310

БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

химических элементов, используемых как легирующие добавки

Буквенные обозначения легирующих элементов

СТАЛЬ НИЗКОЛЕГИРОВАННАЯ КОНСТРУКЦИОННАЯ (ГОСТ 19282-73)

ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ ИМЕЮТ БУКВЕННО- ЦИФРОВОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ

Первые две цифры означают содержание углерода в сотых долях процента. Цифры после букв — содержание легирующего элемента в %. Отсутствие цифры после буквы указывает, что данного элемента содержится около 1%

МАРКА

%Si

%Mn

%Cr

%Ni

%Cu

Предел прочности, МПа

09Г2

0,12

0,37

1,8

0,3

0,3

0,3

440

09Г2С

0,12

0,7

1,7

0,3

0,3

0,3

496

14Г2

0,12-0,18

0,37

1,6

0,3

0,3

0,3

460

10Г2С

0,12

1,1

1,65

0,3

0,3

0,3

490

15ХСНД

0,12-0,18

0,7

0,7

0,9

0,6

0,4

490-687

10ХСНД

0,12

1,1

0,8

0,9

0,8

0,6

530-687

17ГС

0,14-0,20

0,6

1,4

0,3

0,3

0,3

510

17Г1С

0,15-0,20

0,6

1,6

0,3

0,3

0,3

510

17Г1С-У

0,15-0,20

0,6

1,55

0,3

0,3

0,3

510-628

СТАЛИ И СПЛАВЫ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ (ГОСТ 5632-72)

КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ
обладают стойкостью против различных видов коррозии

МАРКА

Предел прочности,МПа

12Х18Н9

530

12X18Н9Т

530

17Х18Н9

588

08X22H6T

588

20X2Gh24C2

630

ЖАРОСТОЙКИЕ
стойкие против химического разрушения поверхности в газовых средах при t>550°С. Работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии

12МХ

420

12X1M.D

480

25X1МФ

900

25Х2М1Ф

800

25ХЗМВФ

900

ЖАРОПРОЧНЫЕ
работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при высоких t° в течение определенного времени. Достаточно жаростойки

08X15М24В4ТР

880

ХН70Ю

880

ХН35ВТЮ

930

ХН70ВМЮТ

980

ХН77ТЮР

1080

АРМАТУРНЫЕ СТАЛИ (свариваемые)

КЛАСС СТАЛИ

МАРКА СТАЛИ

Предел прочности, МПа

Диаметр стержня, мм

A-I

Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс

373

5,5-40

A-II

Ст5сп, Ст5пс, 18Г2С

420

10-80

Ас-II

10ГТ

441

10-32

A-III

35ГС,25Г2С,32Г2Рпс

560

6-40

Ат-Шс

Ст5сп, Ст5пс

590

6-40

A-IV

80С, 20ХГ2Ц

883

10-32

Aт-IV

20ГС

780

10-40

Aт-IVc

25Г2С, 35ГС, 28С, 27ГС

780

10-40

Aт-IVк

10ГС2, 08Г2С, 25С2Р

780

10-32

А-V

23Х2Г2Т

1030

10-32

Ат-V

20ГС, 20ГС2, 10ГС2, 08Г2С, 25Г2С, 28С и др.

980

18-32

Aт-Vк

35ГС,25С2Р

980

18-32

A-VI

22Х2Г2АВ , 22Х2Г2Р, 20Х2Г2СР

1230

10-22

A-VII

30ХС2

1370-1420

10-32

Поведение сварных конструкций при динамических нагрузках

Расчет на усталость производится при действии переменных (или вибрационных) нагрузок, характеризующихся большой повторяемостью (не менее 1000 раз). При этом расчет на выносливость сводится к определению прочности конструкций при действии таких переменных нагрузок. Для проведения расчета на выносливость необходимо знать соответствующее значение предела выносливости. Предел выносливости элемента конструкции — σr,k зависит от характеристики цикла изменения нагрузки, от свойств материала и от формы самого элемента. Значение предела выносливости определяется экспериментально. Рассмотрим некоторые общие понятия на примере действия вибрационной нагрузки на различные конструкции машиностроительного типа. В этом случае изменение величины нагрузки, происходящее от воздействия вращающихся частей машин, характеризуется определенной закономерностью, подобно той, которая показана на этом рисунке.

При действии переменной нагрузки разрушение элементов конструкций может произойти при нагружениях, меньших предела текучести. При этом наибольшая величина напряжений переменной нагрузки, вызывающей разрушение (σmax) будет зависеть от количества циклов нагрузки. Зависимость величины разрушающих напряжений от количества циклов выражается кривой линией, называемой кривой Веллера, показанная на рисунке справа. Эта зависимость показывает, что при некотором предельном значении напряжений разрушение не будет происходить даже при весьма большом количестве циклов. Это напряжение, определяемое для некоторого заданного количества циклов (называемого базой испытания), называется пределом выносливости (или пределом усталости).

Для стальных образцов база испытания принимается равной N = 107. Для образцов из алюминия она значительно больше и равна N = 5*107. Такое большое значение базы испытания целесообразно для деталей конструкций машиностроительного типа, которые в процессе своей работы могут подвергаться воздействию весьма большого количества циклов переменной нагрузки. Для металлических конструкций многих других отраслей промышленности и строительства количество циклов переменной нагрузки может быть значительно меньшим. Так, например, считают, что для корпусных судовых конструкций количество циклов переменной нагрузки за весь период их службы не превышает N = 106; для мостовых конструкций N = 2*106. Это же значение характерно и для крановых металлических конструкций. В связи с этим для таких конструкций определяют условный предел выносливости при значительно меньшей базе. Обычно в этих случаях принята база N = 2*106.

В зависимости от характеристики цикла r, представляющей собой отношение минимального значения напряжений от вибрационной нагрузки к максимальному их значению , величина предела выносливости σmах меняется. Это изменение может быть выражено графиком, показанном на рисунке выше (б).

Обычно при повышении температуры пределы выносливости сталей понижаются. В агрессивных средах предел выносливости значительно уменьшается. Прочность деталей конструкций при переменных нагрузках зависит от концентрации напряжений.

Эффективным коэффициентом концентрации напряжений Кэ называется отношение предела выносливости гладкого образца к пределу выносливости образца при наличии концентратора; Кэ ≥ 1; причем, чем ближе Кэ к единице, тем лучше работает изделие. У хрупких материалов эффективный коэффициент концентрации Кэ близок к теоретическому, у пластичных — он значительно меньше.

Решающее влияние на усталостную прочность оказывает качество технологического процесса. При наличии технологических дефектов (шлаковых включений, пор, окислов, трещин, непроваров и т.д.) прочность сварных соединений при переменных нагрузках резко падает. Даже небольшой непровар корня шва образует надрез и концентрацию напряжений, что может существенно снижать прочность стыковых соединений при переменных нагрузках. Влияние непровара на уменьшение усталостной прочности зависит от рода материала. Очень чувствительны к непроварам сварные соединения из аустенитных сталей типа 12Х18Н9Т и титановых сплавов. Помимо концентраторов напряжений, вызванных непроварами, на понижение усталостной прочности оказывает влияние наличие пор и шлаковых включений. Большое влияние на предел выносливости оказывает очертание поверхности швов. У выпуклых стыковых швов он более низкий, чем у гладких; весьма хорошие результаты получаются при снятии усилений стыковых швов или при их обработке, обеспечивающей плавный переход от шва к основному металлу, Получить соединения с хорошей прочностью можно не только при сварке прокатных элементов, но и при сварке литых деталей или прокатных с литыми.

Прочность при переменных нагрузках тавровых соединений в значительной степени зависит от подготовки кромок. Экспериментально доказано, что предел выносливости таврового соединения, сваренного с подготовкой кромок, выше, чем того же соединения без подготовки кромок. Причиной этого является концентрация напряжений из-за непровара кромок. При сварке тавровых соединений на автоматах под флюсом глубина проплавления больше, чем при других видах сварки. Это обстоятельство улучшает работу соединений, подвергавшихся переменным нагрузкам.

Остаточные напряжения могут быть не только вредными, но и полезными. Если в зоне наибольших растягивающих напряжений от внешних нагрузок создать сжимающие остаточные напряжения, то последние будут способствовать повышению усталостной прочности сварных соединений. Благоприятные остаточные напряжения сжатия можно создать местной пластической деформацией. С этой целью сварные соединения иногда подвергают поверхностной механической обработке: прокатке роликами или, что является более простым и удобным, обдувкой дробью, обработке пневматическим молотком или пучком проволок ударными методами. При этом в поверхностных слоях металла происходит пластическая деформация, которая вызывает наклеп металла, сопровождающийся повышением σт и, кроме того, образуются остаточные напряжения сжатия. Чем выше коэффициент концентрации напряжений в сварном соединении, тем более эффективно применение поверхностной обработки швов.

Эффект повышения предела выносливости сварных точечных соединений достигается их обжатием ковочным давлением при остывании. Проковка повышает сопротивляемость усталостным разрушениям в 1,4 … 2,0 раза, а при обработке специальным инструментом и скоростной проковке — в большей степени.

Выносливость сварных соединений может быть увеличена предварительным их нагруженном при одновременном устранении вредных растягивающих остаточных напряжений в зоне концентраторов. Иногда считают полезным создание предварительных напряжений в тонкостенных конструкциях и подвержение их вибрации. При этом остаточные растягивающие напряжения уменьшаются на несколько десятков процентов, а сопротивление усталостным нагрузкам повышается.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *