CS272858B1 - Method of welded joints preparation by means of metallic especially steel materials' spot tack welding - Google Patents

Description

Vynález sa týká sposobu přípravy zvarových spojov bodovým stehováním kovových, hlavně ocelkových materiálov hrábky 0,1 až 4 mm, vo formě pásov a plechov, V upínacom přípravku s prítlakom umožňujúcim posuv dielov zvarku len počas stehovania, na podložke s dotlačnými tupými zvarovými plochami, alebo ich časťami, a zvárania míkroplazmovým, plazmovým alebo elektrickým oblúkom v ochrannom plyne netaviacou sa elektrodou.

Pásy, plechy a pod. s menšou hrúbkou steny, napr. 0,1 až 1 mm, resp. až 4 mm pri primeranej šírke pásu, je potřebné súoso a kvalitně napojiť, čo sa robí zváraním, napr. natupo, míkroplazmovým, plazmovým, alebo elektrickým oblúkom v ochrannom plyne netaviacou, alebo aj taviacou sa elektrodou do úkosu. Zvára sa priamo, bez předběžného stehovania, aj so stehováním, v niektorých prípadoch sa čelá, resp. zvarové hrany upravujú, zvára sa bez, ale aj vo zváracom přípravku s tuhým upnutím. Zvára sa v linkách i mimo nich, v níektorých prípadoch za chodu linky, v prípadoch ktoré to nepripúšťajú sa zvára za kládu. Zvárajú sa ocelové aj iné materiály, a to od šířky 15 až 20 mm do 2000 mm, ba aj vyššie. V oblasti hrúbok 0,1 až 1 mm sa s výhodou využívá mikroplazmových metód. Ďalšie metody sa používajú na zváranie materiálov hrúbok nad I mm. Přitom zváranie netaviacou sa elektrodou dává možnosti dosahovat rozměry zvarového spoja v profile hrůbky zváraného materiálu, bez následnej potřeby ňalšieho opracovánia.

Zvarové čelá tiež vznikajú strihom a ich rovinnosť, priamočiarosť, rovnobežnosť, hladkost pásov a čiel a připadne kolmostí na hlavné plochy pásov nebývá vo výhodnom stave pre úspěšné zvládnutie zváracieho procesu.

V případe ocelových materiálov, najma u magneticky vodivých, robí značné problémy polohovanie zváracieho horáka tak, aby-po přenesení napr. plazmového oblúka na stehované diely budúceho zvarku s plným výkonom mali obe horúce stopy, každá na svojom dieli, aspoň přibližné rovnakú velkostí (max. vychýlenie je limitované pomerom plochy stop cca 54 : 4C %). Pri vačšej odchýlke nie je možné kvalitně stehovanie, resp. zváranie, připadne je úplné nemožné. Tento problém sa viaže s polohovaním zváracieho horáka prostredníctvom polohovania stopy přeneseného plazmového oblúka do miesta zvarových hrán.

Hlavné nedostatky viacnásobne nevhodného delenia, resp. úpravy čiel tupého zvarového spoja spočívajú v tom, že po dotlačení čiel zváraných pásov je šířka medzery medzi nimi rozna, kolísajúca od dotyku čiel až po ich vzdialenie sa v hodnotě vačšej ako je akceptovatelné metalurgickým procesom zvárania, alebo je medzera nerovnobežná, rozširujúca sa, úbežná s nepřijatelnou velkosťou medzery a pod. V případe hrubších plechov by bolo žiadúce přesné opracovanie na úplná rovnobežnosť čiel, čo je nákladné, v případe tenších plechov a fólií je dodatočné opracovávanie po střihaní ve lín i obtiažne. Potom zváranie takýchto nadstavených pásov, plechov a pod., vykazujúcich medzery medzi čelami, je buň nemožné, alebo obtiažne s tým, že prepálené miesta je potřebné dodatočné opracovat. Ak je defektom neprevarený kořeň zvarového spoja, je dokonca možné pretrhnutie pásu v priebehu technologického procesu a nutnosť nového, opakovaného spájania zváraním.

Podstata sposobu zvarových spojov bodovým stehováním před zváraním kovových, najma ocelových materiálov hrůbky 0,1 až 4 mm, do dlžky zvarových hrán 400 mm, v upínacom přípravku s prítlakom, s limitovanou vzdialenosťou zvarových čiel do hodnoty 1/10 hrůbky materiálu s použitím plazmového oblúka, s polohovaním stopy přeneseného plazmového oblúka do miesta zvarových hrán, a so stehováním zvarovými bodmi o Optimélnej rozteči 2,66 až 120 - násobku hrůbky stehovaného materiálu pre rozpatie hrúbok od 0,1 do 1,5 mm, a zvarovými bodmi o optimálněj rozteči 0,75 až 20 - násobku hrůbky stehovaného materiálu pre rozpatie hrúbok od 1,5 do 4 mm, spočívá v tom, že polohovacia hodnota výkonu přeneseného plazmového oblúka má velkost v rozsahu od N, ---— do N_ = --—

22,3 * 6,75 kde je dolná krajná medza polohovacej hodnoty výkonu přeneseného plazmového oblúka,

CS 272 858 Bl

N je horná krajná medza polohovacej hodnoty výkonu přeneseného plazmového oblúka, N je plný zvárací výkon přeneseného plazmového oblúka hrůbky zváraného materiálu v kw.

Vlastně zváranie v případe faldovania po stehovaní v ploché jedného, alebo oboch dielov, sa začína zváraním zo strany vzdialenejšej od faldy, končí na osi faldy, potom pokračuje z opačnej strany rovnako. Zvárací prúd na stehovanie je rovný, alebo max. o 50 % vyšší ako vlastný zvárací prúd pre zhotovenie tupého zvarového spoja.

Hlavně výhody spSsobu přípravy zvarových spojov bodovým stehováním v upínacom přípravku s regulovatelným prítlakom napr. ocelových pásov hrúbok 0,1 až 4 mm,uvedenými technológiami, spočivajú v překlenutí nedostatkov vyvolaných nepřesným delením a přípravou zvarových ploch, príp. v úplnej výluke presnejšej úpravy zvarových ploch, pričom medzerové defekty dvoch vzájomných zvarových ploch umožňuje tento sposob odstraňovali použitím čiastočeného, polohovacieho výkonu, přeneseného plazmového oblúka (resp, mikroplazmového oblúka a elektrického oblúka), využitého na fázu účinného polohovania stopy plného zváracieho výkonu přeneseného plazmového oblúka a tým na kvalitnú lokalizáclu zvarového bodu každého stehu postupné, pričom je kvalita lokalizácie zvarového bodu definovaná polohovacím výkonom přeneseného plazmového oblúka v limitovanom rozpátí. Ďalej patří k výhodám tohoto sposobu přípravy zvarových spojov bodové stehovanie zvarovými bod mi, o limitovanej rozteči podl'a hrůbky zváraného materiálu, pričom definičný obor limit roztečí zvarových bodov je vyjádřením přijatelného rozpatia stavu a vplyvu postupné ukla daného tepla do zvarku pri stehovaní, čo sa v rezultáte prejavilo dístribúciou vnútorných napatí bez efektu dodatočného faldovania, vylúčením potřeby přídavného materiálu, dosahováním tvaru a rozmerov zvarového spoja totožných so základným profilom zvarku, dosahováním úplného prevarenia koreňa zvaru. Zvarové spoje majú vyhovujúcu pevnost. Úplné sa vylúčili zvarové spoje s rožnou šířkou hlavy, resp. kořena, zvarové spoje s poruchami koreňovej časti. Ďalšie opracovávanie hlavy aj koreňa úplné odpadá. Vylúčilo sa opakované zváranie napojenia. Vylúčili sa prepálené, alebo vypadnuté iniesta v kontinuitě zvarového spoja.

Na výbere vzoriek dlžok 100, 210 a 400 mm, hrúbok 0,1, 0,3, 0,5, 0,6, 1,5, 3 a 4 mm z materiálu ČSN 12 014, bol aplikovaný mikroplazinový a plazmový oblúk v inertnom plyne (Ar) s netaviacou sa elektrodou, zavedený sposob podl'a predmetu vynálezu a vykonané skúšky optického vyhodnotenia stupňa vyosenia, resp. súososti napojených pásov, pevnostně skúšky (ťah, hlbenie). Vykonali sa skúšky ručným a mechanizovaným zváraním, bez přídavného materiálu. V prvom kroku boli stanovené a preskúšané parametre vlastného zvárania, pre zvarový spoj natupo, pre každú hrůbku materiálu zvlášť. Vlastně zváracie parametre (100%) pre hrůbky 0,1, 0,6, 1,5 a 4 mm: (ručné/mechanizované zváranie - mikroplazma).

Zvárací prúd - 1,8 - 15 - 35 - 100 A zváracia rýchlosť - 120 - 180 - 260 - 160 mm.min^-''' plazmový plyn (Ar) 0,15 - 0,2 - 0,2 - 0,2 l.min^-'' ochranný plyn (Ar+5%ll₂) 4,5 - 5 - 5 - 5 l.mxn^-'' vzdialenosť miesta přítlaku zvarku od zvarových hrán 0,3 - 2,5 - 5 - 15 mm

Horák - MZH 6 a 7, sklon v smere zvárania konšt. = 15° uhl.

Skúšky spojené s vyhledáváním velkosti hodnoty předběžného, polohovacieho výkonu přeneseného plazmového oblúka, použitelného ako pri stehovaní, tak pri dodatočnom zváran zostehovaných dielov zvarku, úzko súviseli so stanovením limitovaného rozpatia čiastkové· ho výkonu oblúka s tepelným vplyvom na zvarok, pričom hodnota vl'avo určuje takú únosné menšiu dávku výkonu, ktorý sice dovolí vačšie vychýlenie dráhy oblúka a definuje teda (ešte prijateťne falošnú)polohu stopy na oboch dieloch zvarku, ktorá poloha je ešte polohovaním horáka korigovatefná a súčasne je dostatočné svietivá pře přesné vyhodnotenie oboch dielov stopy. Hodnotu vpravo určovala taká dávka únosné vačšieho výkonu, ktorý si3

CS 272 858 Bl iť <S ce dovolí želaterné minimálně vychýlenie dráhy oblúka a definuje prijatePne presne polohu stopy na oboch dieloch zvarku, ktorá poloha musí byť korigovaná polohou zváracieho horáka len v mínimálnej miere, po přenesení plného výkonu na zvarok, pričom stopa je svietivá, dobré hodnotitePná, ale přenesený tepelný příkon (výkon oblúka) je limitovaný smerom hoře tak, aby ešte nenatavoval povrch dielov zvarku. Skúšky ustálili dolnú hodnotu na 4,5 a hornú hodnotu na 14,8 % plného výkonu přeneseného plazmového oblúka pri teplote okolia 16 až 20 °C.

V Salšorn kroku sa skúšky zamerali na vyhlfedanie tolerančného podía roztečí zvarových bodov stehovania, a to s ohPadom na postupné vkladanie tepla a jeho využitie na tvarovú a rozmerovú lokalízácxu materiálu, hlavně v tesnom okolí zvarových hrán s využitím sil vnútorných napatí na trvalú deformácxu, v zameraní na potlačenie vzniku faldovania, resp. na jeho primerané obmedzenie.

Na materiáli hrůbky 0,1 mm, pri zvolenom zváracom prúde 1,8 A, boli zvolené viaceré hladiny polohovacieho výkonu přeneseného plazmového oblúka (horák MZH 6): 0,08 A,

0,18 A a 0,27 A. Ďalej na materiál hrůbky 0,6 mm, pri zvolenom zváracom prúde 14,6 A, boli zvolené viaceré hladiny polohovacieho výkonu přeneseného plazmového oblúka:

0,65 A, 1,7 A a 2,23 A. Na materiál hrůbky 1,5 mm, pri zvolenom zváracom prúde 35 A, boli zvolené viaceré hladiny polohovacieho výkonu přeneseného plazmového oblúka: 1,6 A,

3,8 A a 5,3 A. Na materiál hrůbky 4 mm, pri zvolenom zváracom prúde 100 A, boli zvolené viaceré hladiny polohovacieho výkonu přeneseného plazmového oblúka: 4,6 A, 9,5 A a 15 A. Ďalej pre stehovanie jednotlivých hrúbok materiálov boli zvolené viaceré hladiny výkonu přeneseného plazmového oblúka pre stehovanie zvarovými bodmx: pre hrůbku 0,1 mm 1,8 A a 2,5 A, pre hrůbku 0,6 mm 15 A a 21,5 A, pre hrůbku 1,5 mm 35 A a 52 A a pře hrůbku 4 mm 100 A a 150 A. Uvádzajú sa len krajné, resp. středné kontrolně hodnoty prúdov, ktoré vyznačovali zlomy okrajových hodnot.

Pre jednotlivé hrůbky boli za uvedených výkonných (tepelných) podmienok vykonané skúšky roztečných vzdialenosti zvarových bodov stehovania (resp. skúšky rozhodujúcich časov posobenia tepla, alebo časov plynúcich medzi jednotlivými dávkami tepla, v zmysle postupného odreagovania vyrobených vnútorných napatí na trvalú tvarovú a rozmerovú deformáciu stehovaného materiálu. Pre hrůbky materiálov 0,1, 0,6 a 1,5 mm boli preskúšané rozteče zvarových bodov: od min. roztečí 0,25 mm, 1,6 mm a 4 mm, až po max. rozteče 12 mm, 73 a 180 mm, a pre hrůbky materiálov 1,6 a 4 mm boli preskúšané rozteče zvarových bodov: od min. roztečí 1,2 mm a 3 mm, až po max. rozteče 30 a 80 mm.

Uhol sklonu horáka voči ZM = 90 až 105° uhlových. V rozpatí uvedených hraníc bolo možné riešiť všetky bežne sa vyskytujúcé případy nepřesných úprav zvarových hrán, případy stehovania magnetických (i niektorých nemagnetických) materiálov. Skúškam boli podrobené pásy s roztvorením do 1,8 mm (resp. až 4 mm) pri dížke roztvorenia 210 mm (resp. ekvivalent, pri dížke 400 mm). Ešte aj pri roztvorení okolo 2,5 mm (na 210 mm dlžky) sa vyskytlo faldovanie len sporadicky a v miere odstránitelnej podPa tu uvedeného sposobu. Zvlnenie, resp. faldovanie zvarových hrán ako po stehovaní, tak po vlastnom zvarení bolo přijatelné, resp. nepatrné až žiadne. Zváranie sa vykonávalo vždy po dotiahnutí zváracieho přípravku. Čas přestávky v sek. medzi jednotlivými stehmi bol preskúšaný v rozpatí od cca 1-násobku až po 50-násobok hrůbky materiálov v mm. Ukázalo sa, že nad hranioou 35-násobku už čas nehrá žxadnu (pre tento účel) významnú rolu. Výsledky tahových skúšok Rm MPa:

tf

CS 272 858 Dl

Hrúbka mat. mm	Zákl. mat.	Ruč. zvár.	Mech. zvár.
3	315	314	308
1,5	312	318	314
0,6	316	317,2	312
0,3	325	312,6	317
(θ-1)	322	316	(310)
Výsledky hlbenia	(podía Erichsena)	híbka mm
Hrúbka mat. mm	Zákl. mat.	Ruč, zvár.	Mech. zvár.
3	7,6	6,1	6,1
1,5	7,1	5,0	5,2
0,6	6,3	4,9	5,1
0,3	6,8	4,3	4,3
(0,1)	6,5	4,3	(4,2)

Všetky lomy boli mimo zvarového spoja. Ukázalo sa, že tento sposob vyčerpává ďalšie možnosti využitia pružnosti a plastických vlastností základného materiálu aj po metalurgickom ovplyvnení stehováním a následným zváraním.

Sposob přípravy zvarových spojov bodovým stehováním v usmernénej a kvantifikované limitovanej modifikácii polohovacieho výkonu přeneseného plazmového obláká a rozteče stěhovacích zvarových bodov podía hrábky zvarku je využitelný v strojárstve,. chémii, vo výrobě meracích prístrojov, v hutníctve a všade tam, kde je potřebné napojit napr. pásy fólií a plechov hrúbok 0,1 až 4 mm.

Claims (1)

1. PREDMET VYNÁLEZU

   Spósob pripravy zvarových spojov bodovým stehováním před zváraním kovových, najma oceíových materiálov hrábky 0,1 až 4 mm, do dížky zvarových hrán 400 mm, v upinacom přípravku s pritlakom, s limitovanou vzdialenosťou zvarových čiel do hodnoty 1/10 hrábky materiálu s použitím plazmového obláká, s polohovaním stopy přeneseného plazmového obláká do miesta zvarových hrán a so stehováním zvarovými bodmi o optimálnej rozteči 2,66 až 120-násobku hrábky stehovaného materiálu pre rozpatie od 0,1 do 1,5 mm a zvarovými bodmi o optimálnej rozteči 0,75 až 20-násobku hrábky stehovaného materiálu pre rozpatie hrúbok od 1,5 do 4 mm, vyznačujúci sa tým, že polohovacia hodnota výkonu přeneseného plazmového obláká je v rozsahu od N, = --— do No = --— ,

   22,3 ⁴ 6,75 kde N-^ je dolná krajná medza polohovacej hodnoty výkonu přeneseného plazmového obláká,

   N₂ je horná krajná medza polohovacej hodnoty výkonu přeneseného plazmového obláká, N je plný zvárací výkon přeneseného plazmového obláká podía hrábky zváraného materiálu v kw.