RU159414U1

RU159414U1 - DEVICE FOR CARRYING OUT REPAIR OF METAL STRUCTURES BY SPOT WELDING METHOD

Info

Publication number: RU159414U1
Application number: RU2015126115/02U
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Курков; Михаил Васильевич Шибалов; Василий Васильевич Титкин; Олег Анатольевич Полоротов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина"
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2016-02-10

Abstract

1. Вставка для ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки, содержащая стержень из сплава, близкого по химическому составу с материалом ремонтируемой металлоконструкции, а по форме и размерам поперечного сечения соответствующего разделке дефектного места, и две технологические накладки, отличающаяся тем, что каждая из технологических накладок представляет собой шайбу, центральное отверстие которой соответствует форме и размерам поперечного сечения стержня, а внешний диаметр превышает диаметр электродов на 15-20%, при этом длина указанного стержня превышает сумму толщин ремонтируемой металлоконструкции и двух шайб.2. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что одна из шайб выполнена заодно со стержнем, и конец его выступает над плоскостью шайбы.3. Вставка по п. 1, отличающаяся тем, что шайбы выполнены из материала, отличающегося от материала стержня.1. An insert for repairing metal structures by the method of spot welding, containing a rod made of an alloy similar in chemical composition to the material of the metal structure being repaired, and in the shape and size of the cross section corresponding to the cutting of the defective place, and two technological plates, characterized in that each of the technological plates represents a washer, the central hole of which corresponds to the shape and size of the cross section of the rod, and the outer diameter exceeds the diameter of the electrodes by 15-20%, while the length of said rod exceeds the thickness of the repaired metal and two shayb.2. The insert according to claim 1, characterized in that one of the washers is made integral with the rod, and its end protrudes above the plane of the washer. 3. The insert according to claim 1, characterized in that the washers are made of a material different from the material of the rod.

Description

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована при ремонте сварных швов, литья, проката. Часто в процессе неразрушающих методов контроля в металлоконструкциях обнаруживают скрытые дефекты металлургического происхождения (поры, шлаковые включения, трещины), которые приводят к потере герметичности, понижению прочности и др. Иногда дефекты образуются в результате ошибочной механической обработки (срез резьбы, ошибочное высверливание и др.).The utility model relates to mechanical engineering and can be used in the repair of welds, castings, rolled products. Often, in the process of non-destructive testing methods in metal structures, hidden defects of metallurgical origin (pores, slag inclusions, cracks) are found that lead to loss of tightness, lower strength, etc. Sometimes defects are formed as a result of erroneous machining (thread cut, erroneous drilling, etc.). )

Известен способ исправления дефектов металлоконструкций, включающий разделку дефектного места и устройство, выполненное в виде вставки из сплава, близкого по химическому составу с основным металлом, и устанавливаемое в разделанное место, локальный нагрев и заполнение разделки расплавленным металлом (патент RU №2204467, публ. 20.05.2003).There is a method of correcting defects in metal structures, including cutting a defective place and a device made in the form of an insert made of an alloy similar in chemical composition to the base metal, and installed in a cut place, local heating and filling the cutting with molten metal (patent RU No. 2204467, publ. 20.05 .2003).

В данном способе заварку дефектного места вместе со вставкой осуществляют электродуговой сваркой.In this method, the welding of the defective place with the insert is carried out by electric arc welding.

Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является технологическая сложность при ремонте сварных швов из легких сплавов, значительные размеры сварочной ванны, зоны термического влияния и, следовательно, вероятности появления новых усадочных дефектов. По этой причине в нормативной документации ограничивают допустимое количество подварок.The disadvantage of this method and device for its implementation is the technological complexity in the repair of welds from light alloys, the significant size of the weld pool, heat affected zones and, therefore, the likelihood of new shrinkage defects. For this reason, the normative documentation limits the permissible number of substitutions.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство, показанное в способе для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки, выполненное в виде стержня из сплава, близкого по химическому составу с основным металлом и по форме и размерам поперечного сечения соответствующего разделке дефектного места, и технологических накладок (патент RU №2532577, публ. 10.09.2014), Длина стержня в данном случае не превышает толщину ремонтируемой конструкции в месте разделки дефектного места. Стержень устройства плотно устанавливают в указанную разделку, с двух сторон металлоконструкции устанавливают технологические накладки и осуществляют локальный нагрев методом контактной точечной сварки с перекрытием литым ядром границы между поверхностями стержня и основного металла.The closest in technical essence to the proposed utility model is the device shown in the method for repairing metal structures by the method of spot welding, made in the form of a rod made of an alloy close in chemical composition to the base metal and in the shape and size of the cross section corresponding to the cutting of the defective place, and technological overlays (patent RU No. 2532577, publ. 09/10/2014), The length of the rod in this case does not exceed the thickness of the structure being repaired at the place where the defective place was cut. The core of the device is tightly installed in the specified groove, technological overlays are installed on both sides of the metal structure and local heating is performed by contact spot welding with the cast core covering the boundary between the surfaces of the core and the base metal.

Недостатком указанного устройства, использованного в способе для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки, является трудность установки электродов точно по оси стержня (вставки), который по длине не выходит за пределы разделки ремонтируемой металлоконструкции, особенно в случае установки технологических накладок, размер которых может значительно превышать размеры разделки и диаметр электродов. Значительное отклонение от соосности стержня и электродов может вызвать смещение литого ядра сварной точки за пределы стержня, что в свою очередь приведет к разгерметизации конструкции и снижению прочности.The disadvantage of this device used in the method for repairing metal structures by the method of spot welding is the difficulty of installing the electrodes exactly along the axis of the rod (insert), which in length does not go beyond the cutting of the metal structure being repaired, especially in the case of installing technological overlays, the size of which can significantly exceed cutting dimensions and electrode diameter. A significant deviation from the alignment of the rod and electrodes can cause the displacement of the cast core of the weld point outside the rod, which in turn will lead to depressurization of the structure and a decrease in strength.

Полезная модель направлена на достижения технического результата, заключающегося в повышении точности установки электродов по оси устройства и, соответственно, качества осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки, так как высокая вероятность совмещения осей электродов и стержня позволит в процессе точечной сварки перекрыть литым ядром границы между поверхностями стержня (вставки) и основного металла и обеспечить герметичность и прочность конструкции.The utility model is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the accuracy of electrode installation along the device axis and, accordingly, the quality of repairing metal structures by the method of spot welding, since the high probability of combining the axes of the electrodes and the rod will allow during the spot welding to overlap the borders between the surfaces of the rod with a cast core (insert) and base metal and ensure tightness and structural strength.

Предлагаемое устройство для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки, как и указанное наиболее близкое к нему известное устройство из патента №2532577, выполнено в виде стержня из сплава, близкого по химическому составу с материалом ремонтируемой металлоконструкции и по форме и размерам поперечного сечения соответствующего разделке дефектного места, и технологических накладок.The proposed device for repairing metal structures by the method of spot welding, as well as the specified closest known device from patent No. 2532577, is made in the form of a rod made of an alloy that is close in chemical composition to the material of the metal structure being repaired and in the shape and size of the cross section corresponding to cutting the defective place , and technological overlays.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом устройстве каждая из технологических накладок представляет собой шайбу, центральное отверстие которой соответствует форме и размерам поперечного сечения стержня, а внешний диаметр превышает диаметр электродов на 15-20%, при этом длина указанного стержня превышает сумму толщин ремонтируемой металлоконструкции и двух шайб. Также в предлагаемом устройстве одна из шайб может быть выполнена заодно со стержнем, конец которого выступает над плоскостью шайбы, кроме того шайбы могут быть выполнены из материала, отличного от материала стержня.To achieve the specified technical result in the proposed device, each of the technological overlays is a washer, the central hole of which corresponds to the shape and size of the cross section of the rod, and the external diameter exceeds the diameter of the electrodes by 15-20%, while the length of the specified rod exceeds the sum of the thicknesses of the metal structure being repaired and two washers. Also, in the proposed device, one of the washers can be made integral with the rod, the end of which protrudes above the plane of the washer, in addition, the washers can be made of material other than the material of the rod.

Предлагаемое устройство за счет выполнения двух шайб, монтирующихся на стержень и имеющее длину стержня, превышающую сумму толщин ремонтируемой металлоконструкции и двух шайб позволяет повысить вероятность совмещения осей электродов и стержня устройства, что в свою очередь, позволит в процессе точечной сварки перекрыть литым ядром границы между поверхностями стержня и основного металла и обеспечить герметичность и прочность конструкции. Возможно выполнение одной из шайб заодно со стержнем, конец которого выступает над плоскостью шайбы. Такой вариант удобен при использовании устройства при ремонте конструкции с трудным доступом к месту разделки (например, внутренняя поверхность баков). В тех случаях, когда в конструкции изделия шайбы использовать нельзя, их делают из материала с более высокой тепло и электропроводностью, например из меди, которые после проведения точечной сварки удаляют.The proposed device due to the execution of two washers mounted on a rod and having a rod length exceeding the sum of the thicknesses of the metal structure being repaired and two washers allows increasing the probability of combining the axes of the electrodes and the device rod, which, in turn, will make it possible to overlap the boundaries between the surfaces with a cast core rod and base metal and ensure tightness and structural strength. It is possible to perform one of the washers at the same time with the rod, the end of which protrudes above the plane of the washer. This option is convenient when using the device when repairing a structure with difficult access to the cutting site (for example, the inner surface of the tanks). In cases where washers cannot be used in the product design, they are made of a material with higher heat and electrical conductivity, for example, copper, which is removed after spot welding.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:The essence of the utility model is illustrated by drawings, where:

На фиг. 1 - изображено устройство, в виде стержня с двумя шайбами, установленное в разделку дефектного места, с подведенными к нему электродами.In FIG. 1 - shows a device in the form of a rod with two washers installed in the cutting of a defective place, with electrodes connected to it.

На фиг. 2 - изображено устройство, в виде стержня с выполненной заодно с ним одной из шайб, установленное в разделку дефектного места, с подведенными к нему электродами.In FIG. 2 - shows a device in the form of a rod with one of the washers made at the same time, installed in the cutting of the defective place, with electrodes brought to it.

На фиг. 3 - изображена металлоконструкция после проведения ремонта точечной сваркой с помощью устройства в виде стержня с двумя шайбами.In FIG. 3 - depicts the metal after repair by spot welding using a device in the form of a rod with two washers.

На фиг. 4 - изображена металлоконструкция после проведения ремонта точечной сваркой с помощью устройства в виде стержня с выполненной заодно с ним одной из шайб.In FIG. 4 - shows the metal structure after repair by spot welding using a device in the form of a rod with one of the washers made at the same time with it.

На фиг. 5 - изображен один из вариантов дефекта в сварном соединении.In FIG. 5 - shows one of the options for a defect in a welded joint.

Предлагаемое устройство для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки представляет собой стержень 1 и две шайбы 2. Стержень 1 выполнен из сплава, близкого по химическому составу с материалом ремонтируемой металлоконструкции 3. Стержень 1 по форме и размерам поперечного сечения соответствует разделке 4 дефектного места ремонтируемой металлоконструкции 3, длина стержня 1 превышает сумму толщин металлоконструкции 3 и шайб 2, монтируемых на стержень 1 после установки его в разделку 4 дефектного места металлоконструкции 3. Стержень 1 может иметь в сечении разную форму: круга, треугольника, прямоугольника и т.д. в зависимости от вида и величины дефекта 5, а также размеров ремонтируемой конструкции 3 в месте дефекта 5 (например, если это узкая пластина, то разделка под цилиндрический стержень может разрушить пластину, выйдя за ее пределы), но в пределах диаметра ядра 6 сварочной точки, при этом осевой размер стержня 1 несколько превышает общую толщину пакета, состоящего из основного материала 3 и двух шайб 2 (примерно 10…15%). Величина выступания стержня 1 над поверхностью шайбы 2 зависит от параметров технологического процесса (марки материала, его толщины, сварочного тока, усилия прижима электродов и т.д.). Диаметр каждой шайбы 2 превышает диаметр электродов 7. Выполнение шайб 2 с наружным диаметром, превышающим диаметр сварочных электродов 7, необходимо для того, чтобы исключить возможную щелевую коррозию при формировании сварочного ядра 6. Это превышение составляет порядка 15…20%. Большее увеличение наружного диаметра шайбы 2 нецелесообразно, т.к. это приводит к необоснованному увеличению габаритов шайбы 2. Кроме того, в устройстве одна из шайб 2 может быть выполнена заодно со стержнем 1, с отступом от его конца (фиг. 2). Также, в тех случаях, когда в конструкции изделия 3 шайбы 2 использовать нельзя, их делают из материала с более высокой тепло и электропроводностью, например из меди, которые после проведения точечной сварки удаляют.The proposed device for the repair of metal by spot welding is a rod 1 and two washers 2. Rod 1 is made of an alloy that is close in chemical composition to the material of the metal structure being repaired 3. Rod 1 in shape and dimensions of the cross section corresponds to cutting 4 of the defective place of the metal structure being repaired 3 , the length of the rod 1 exceeds the sum of the thicknesses of the metal 3 and washers 2 mounted on the rod 1 after installing it in the cutting 4 of the defective place ruktsii 3. The rod 1 may have a different shape in cross-section: circle, triangle, rectangle, etc. depending on the type and size of the defect 5, as well as the size of the structure 3 to be repaired in the place of the defect 5 (for example, if it is a narrow plate, then cutting under a cylindrical rod can destroy the plate beyond its limits), but within the diameter of the core 6 of the welding spot while the axial size of the rod 1 slightly exceeds the total thickness of the package, consisting of a base material 3 and two washers 2 (approximately 10 ... 15%). The size of the protrusion of the rod 1 above the surface of the washer 2 depends on the parameters of the process (grade of material, its thickness, welding current, pressure force of the electrodes, etc.). The diameter of each washer 2 exceeds the diameter of the electrodes 7. The execution of the washers 2 with an outer diameter exceeding the diameter of the welding electrodes 7 is necessary in order to exclude possible crevice corrosion during the formation of the welding core 6. This excess is about 15 ... 20%. A larger increase in the outer diameter of the washer 2 is impractical, because this leads to an unreasonable increase in the dimensions of the washer 2. In addition, in the device, one of the washers 2 can be made integral with the rod 1, indented from its end (Fig. 2). Also, in cases where washers 2 cannot be used in the design of the product 3, they are made of a material with higher heat and electrical conductivity, for example, copper, which is removed after spot welding.

Устройство для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки работает следующим образом.A device for repairing metal structures by the method of spot welding works as follows.

При обнаружении скрытого дефекта 5 (см. фиг. 5), например, в сварном шве, производят определение координат дефекта 5 и зачистку контактных площадок 8 со стороны усиления и проплава сварного шва (показаны пунктирными линиями). Затем производят рентгеновское просвечивание, чтобы убедиться, что дефект 5 остался в металле шва. После этого производят механическую разделку 4 дефектного места, высверливая дефект 5 (поверхность разделки 4 показана пунктиром на фиг. 5). В полученное отверстие 4 (разделку) плотно устанавливают стержень 1, выполненный из аналогичного по химическому составу металла и соответствующего по форме и размерам отверстию 4. На стержень 1 монтируют шайбы 2 (см. фиг. 1). Шайбы 2 с выступающими над ними концами стержня 1, являются ориентиром для установки электродов 7 соосно со стержнем 1 и шунтирующим элементом (роль которого выполняют шайбы 2), повышающим равномерность плотности электрического тока по сечению сварочного соединения (см. фиг. 1 и 2). При подаче импульса тока стержень 1 размякает, более плотно прилегает к внутренней поверхности разделки 4 металлоконструкции 3, таким образом, формируется ядро 6 сварочной точки. Иногда для ускорения исправления дефекта, особенно в труднодоступных местах (например, внутренняя поверхность бака), и точной ориентации электродов 7 по отношению к стержню 1, последний, выполняется заодно с шайбой 2 на его конце и с выходом конца стержня 1 за поверхность указанной шайбы 2 (см. фиг. 2). Выступающий конец стержня 1 в данном случае выполняет роль ориентира для электродов 7. Выступающая часть стержня 1, кроме всего прочего, увеличивает прочность сварного шва в области проведения точечной электросварки (ТЭС). При проведении сварочной операции в области дефекта 5 за счет усилия прижима электродов 7 происходит продавливание свариваемого материала (возможен даже выплеск некоторого объема металла), что приводит к образованию вмятины и снижению прочности сварного шва в этом месте. За счет расплавления выступающей части стержня 1 происходит заполнение вмятины расплавленным металлом в объеме, равном выступающей части стержня 1, увеличивая прочность сварного соединения.If a latent defect 5 is detected (see Fig. 5), for example, in a weld, the coordinates of the defect 5 are determined and the contact pads 8 are cleaned from the reinforcement and weld seam side (shown by dashed lines). X-ray diffraction is then performed to ensure that defect 5 remains in the weld metal. After this, a mechanical cutting 4 of the defective place is performed by drilling the defect 5 (the surface of the cutting 4 is shown by the dotted line in Fig. 5). In the obtained hole 4 (butchering), a rod 1 is tightly installed, made of a metal similar in chemical composition and corresponding in shape and size to the hole 4. Washers 2 are mounted on the rod 1 (see Fig. 1). The washers 2 with the ends of the rod 1 protruding above them are a guide for installing the electrodes 7 coaxially with the rod 1 and the shunt element (the role of which is the washers 2), which increases the uniformity of the electric current density over the cross section of the welding joint (see Figs. 1 and 2). When a current pulse is applied, the rod 1 softens, fits more closely to the inner surface of the groove 4 of the metal structure 3, thus forming the core 6 of the welding point. Sometimes, in order to accelerate the correction of a defect, especially in hard-to-reach places (for example, the inner surface of the tank), and the exact orientation of the electrodes 7 with respect to the rod 1, the latter is performed at the same time with the washer 2 at its end and with the exit of the end of the rod 1 beyond the surface of the specified washer 2 (see Fig. 2). The protruding end of the rod 1 in this case serves as a guide for the electrodes 7. The protruding part of the rod 1, among other things, increases the strength of the weld in the area of spot welding (TES). When conducting a welding operation in the area of defect 5 due to the pressing force of the electrodes 7, the welded material is forced through (even a splash of a certain volume of metal is possible), which leads to a dent and a decrease in the strength of the weld in this place. Due to the melting of the protruding part of the rod 1, the dent is filled with molten metal in a volume equal to the protruding part of the rod 1, increasing the strength of the welded joint.

После точной ориентации электродов 7 по отношению к стержню 1 осуществляют контактную точечную сварку, пропуская импульс сварочного тока через электроды 7, в результате чего образуется ядро 6 литого металла, которое перекрывает границу между поверхностями стержня 1 и ремонтируемой металлоконструкции 3 (фиг. 3 и 4). При этом обеспечивается герметичность и прочность конструкции 3. При необходимости шайбы 2 после точечной сварки механически удаляют.After the exact orientation of the electrodes 7 with respect to the rod 1, a spot welding is carried out, passing a pulse of the welding current through the electrodes 7, as a result of which a cast metal core 6 is formed, which overlaps the boundary between the surfaces of the rod 1 and the metal structure 3 being repaired (Figs. 3 and 4) . This ensures the tightness and strength of the structure 3. If necessary, the washers 2 after spot welding are mechanically removed.

В тех случаях, когда в конструкции изделия шайбы 2 использовать нельзя их делают из материала с более высокой тепло и электропроводностью, например из меди, которые после проведения точечной сварки удаляют, так как они не вступают в реакцию с основным металлом.In cases where washers 2 cannot be used in the product design, they are made of a material with higher heat and electrical conductivity, for example, copper, which are removed after spot welding, since they do not react with the base metal.

Высокая точность установки электродов по оси устройства, наличие шайб, не мешающих обеспечить высокую соосность и обеспечивающих формирование размеров и геометрии литого ядра, позволяют, в конечном итоге, повысить качество осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки и обеспечить герметичность и прочность конструкции.The high accuracy of electrode installation along the axis of the device, the presence of washers that do not interfere with high coaxiality and ensure the formation of the dimensions and geometry of the cast core, allow, ultimately, to improve the quality of repair of metal structures by spot welding and to ensure tightness and structural strength.

Предложенное устройство для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки позволит существенно снизить затраты на ремонт металлоконструкций, особенно сварных соединений легких сплавов, отличающихся высокими значениями коэффициента линейного термического расширения, т.к. объем литого металла и энергоемкость процесса при осуществлении контактной точечной сварки значительно меньше, чем при аргонодуговой сварке, после которой зачастую возникают новые дефекты взамен исправленных. При этом повышается качество ремонта за счет локализации зоны термического влияния при точечной электросварке, стабильность результатов точечной электросварки по сравнению с аргонодуговой сваркой, понижение сварочных напряжений.The proposed device for repairing metal structures by the method of spot welding will significantly reduce the cost of repairing metal structures, especially welded joints of light alloys, characterized by high values of the coefficient of linear thermal expansion, because the volume of cast metal and the energy intensity of the process when performing contact spot welding is much less than during argon-arc welding, after which new defects often arise instead of fixed ones. At the same time, the quality of repairs is improved due to the localization of the heat-affected zone during spot welding, the stability of the results of spot welding compared to argon-arc welding, and lowering of welding stresses.

Предложенное устройство для осуществления ремонта металлоконструкций методом точечной электросварки может найти применение в ракетно-космической и авиационной промышленности, а также в других отраслях, где требуется сварочный ремонт тонкостенных конструкций.The proposed device for repairing metal structures by the method of spot welding can find application in the rocket and space and aviation industries, as well as in other industries where welding repair of thin-walled structures is required.

Claims

1. An insert for repairing metal structures by the method of spot welding, containing a rod made of an alloy similar in chemical composition to the material of the metal structure being repaired, and in the shape and size of the cross section corresponding to the cutting of the defective place, and two technological plates, characterized in that each of the technological plates represents a washer, the central hole of which corresponds to the shape and size of the cross section of the rod, and the outer diameter exceeds the diameter of the electrodes by 15-20%, while the length of said rod exceeding the sum of thicknesses repaired and two metal washers.

2. The insert according to claim 1, characterized in that one of the washers is made integral with the rod, and its end protrudes above the plane of the washer.

3. The insert according to claim 1, characterized in that the washers are made of a material different from the material of the rod.