RU2716923C1

RU2716923C1 - Method of contact butt pressure welding

Info

Publication number: RU2716923C1
Application number: RU2019129184A
Authority: RU
Inventors: Марат Закиевич Нафиков; Ильнур Илдарович Загиров; Риваз Фаизович Масягутов; Рамзит Гависович Ахмаров; Ильшат Расимович Ахметьянов; Лейля Мукаддасовна Тархова; Наиль Муртазович Юнусбаев
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2020-03-17

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to butt-contact pressure welding and can be used in butt welding of metal rods. In the ends of the welded bars there performed are blind cylindrical holes, the rods are pressed along the annular contacts by welding force, the metal of the rods is heated to the plastic state by welding current and is settled. Limiting half-clamps fixed on rods at joint point restrict plastic deformation in direction from bars axis. Butt welding mode is selected based on the condition of complete filling of the holes with heated metal. Recommended cross-section of holes is selected equal to 0.5…0.6 of bars cross-section, depth – 0.15…0.20 of bar diameters.

EFFECT: application of the welding method makes it possible to form high-strength welded connection of rods without formation in the zone of joint of the external surfacing.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области стыковой контактной сварки давлением и может применяться при сварке металлических прутков встык.The invention relates to the field of butt contact pressure welding and can be used for welding butt-welded metal rods.

Известен способ контактной стыковой сварки давлением, при котором свариваемые прутки прижимают друг к другу торцами сварочным усилием, пропускают через стык сварочный ток, металл прутков в зоне стыка разогревают до пластического состояния и осаживают [1].There is a method of flash butt welding by pressure, in which the welded rods are pressed against each other by welding ends, a welding current is passed through the joint, the metal of the rods in the joint zone is heated to a plastic state and deposited [1].

Недостатком известного способа является наличие наружного наплыва в зоне стыка прутков, образующегося при пластической деформации свариваемых металлов. При этом степень пластической деформации в стыке прутков оказывается недостаточной для обеспечения необходимой прочности формируемого в твердой фазе сварного соединения.The disadvantage of this method is the presence of an external influx in the joint zone of the rods formed during plastic deformation of the welded metals. Moreover, the degree of plastic deformation at the junction of the rods is insufficient to provide the necessary strength of the welded joint formed in the solid phase.

Цель предлагаемого технического решения - сформировать прочное сварное соединение без наружного наплыва.The purpose of the proposed technical solution is to form a durable welded joint without external influx.

Указанный технический эффект достигается тем, что предварительно в прутках со стороны их свариваемых торцов выполняют глухие цилиндрические отверстия, поперечные сечения последних выбирают равными 0,5…0,6 сечений прутков, глубину 0,15…0,20 диаметров прутков; перед сваркой на прутках с малым зазором стяжными болтами устанавливают полухомуты, ограничивающие пластическую деформацию в направлении от оси прутков, а технологический режим сварки выбирают из условия полного закрытия полостей в свариваемых изделиях.The specified technical effect is achieved by the fact that previously in the rods from the side of their welded ends, blind cylindrical holes are made, the cross sections of the latter are chosen equal to 0.5 ... 0.6 of the cross sections of the rods, the depth of 0.15 ... 0.20 diameters of the rods; Before welding on rods with a small clearance, tightening bolts set half-clamps limiting plastic deformation in the direction from the axis of the rods, and the technological mode of welding is chosen from the condition that the cavities in the products being welded are completely closed.

На фиг. 1 приведена схема стыковой сварки прутков; на фиг. 2 - сечение А-А, выполненное по стыку прутков.In FIG. 1 shows a diagram of the butt welding of rods; in FIG. 2 - section AA, made at the junction of the rods.

В торцах 1 прутков 2 диаметром D выполнены глухие цилиндрические отверстия 3 диаметром d и глубиной h. Прутки, прижатые друг к другу со сварочным усилием F, образуют кольцевой контакт 4. На прутках установлены полухомуты 5, стянутые болтами 6. С применением электродов 7 между прутками формируют сварной шов 8.At the ends of 1 rods 2 of diameter D, blind cylindrical holes 3 of diameter d and depth h are made. The rods pressed against each other with a welding force F form an annular contact 4. Half-clamps 5 are mounted on the rods, tightened by bolts 6. Using electrodes 7, a weld 8 is formed between the rods.

Суть технического решения заключается в следующем. Перед сваркой в торцах 1 прутков 2 сверлят глухие цилиндрические отверстия 3. На прутках 2 в районе кольцевого контакта 4 с малым зазором посредством болтов 6 устанавливают полухомуты 5. Между электродами 7 пропускают сварочный ток, разогревают металл прутков 2 в районе кольцевого контакта 4 до пластического состояния и осаживают усилием F. Перемещение горячего металла в направлении от осей прутков 2 ограничивают полухомутами 5, вследствие чего наплыв в зоне стыка прутков 2 не образуется. Разогретый до пластического состояния металл прутков 2 перемещается в отверстия 3 и заполняет их объем.The essence of the technical solution is as follows. Before welding, in the ends 1 of the rods 2, blind cylindrical holes 3 are drilled 3. Half rods 5 are installed on the rods 2 in the region of the ring contact 4 with a small gap 6 by means of bolts 5. Welding current is passed between the electrodes 7, the metal of the rods 2 is heated in the region of the ring contact 4 to a plastic state and precipitated by force F. The movement of hot metal in the direction from the axes of the rods 2 is limited by half-clamps 5, as a result of which an influx in the joint zone of the rods 2 is not formed. The metal of the rods 2, heated to a plastic state, moves into the holes 3 and fills their volume.

Экспериментально установлено, что прочное сварное соединение в твердой фазе, близкое к прочности свариваемого металла, образуется в том случае, когда сечения отверстий в торцах прутков сечении равны 0,5…0,6 сечений прутков. При меньших диаметрах отверстий и больших площадях контактов возникают трудности разогрева металла прутков до пластического состояния. При сечениях отверстий больше указанных значений из-за повышенной плотности тока возможен перегрев, плавление и выплески свариваемого металла.It was experimentally established that a strong welded joint in the solid phase, close to the strength of the metal being welded, is formed when the cross-sections of the holes in the ends of the rods cross-sections are 0.5 ... 0.6 cross-sections of the rods. With smaller hole diameters and large contact areas, difficulties arise in heating the metal of the rods to a plastic state. When the cross sections of the openings are greater than the indicated values, due to the increased current density, overheating, melting and splashing of the welded metal are possible.

Установлено также, что полости глухих отверстий полностью заплавляются при их глубине 0,15…0,20 диаметров прутков.It was also established that the cavity of the blind holes completely melt at a depth of 0.15 ... 0.20 bar diameters.

Определенные экспериментально рациональные геометрические параметры отверстий в торцах прутков подтверждаются также расчетом.The experimentally determined rational geometric parameters of the holes in the ends of the rods are also confirmed by calculation.

Общеизвестно, что прочность сварного соединения в твердой фазе зависит от степени пластической деформации металла в сварном стыке. Происходящее относительное движение находящегося в пластическом состоянии металла по сварному стыку в сочетании со сварочным усилием приводит к разрушению и удалению плотных оксидных пленок, являющихся препятствием для образования металлических связей соединяемых поверхностей.It is well known that the strength of a welded joint in a solid phase depends on the degree of plastic deformation of the metal in the welded joint. The relative movement of the metal in the plastic state along the welded joint in combination with the welding force leads to the destruction and removal of dense oxide films, which are an obstacle to the formation of metal bonds of the joined surfaces.

Относительную деформацию в плоскости стыка при полном заплавлении полостей в свариваемом изделии вычисляют следующим образом. По обусловленному отношению поперечных сечений отверстий и прутков определяют отношения их диаметров α:The relative deformation in the junction plane at full melting of the cavities in the welded product is calculated as follows. The conditional ratio of the cross sections of the holes and rods determines the ratio of their diameters α:

Определяют начальные A₀ и конечные А (после осадки) площади контактов:The initial A ₀ and final A (after precipitation) contact areas are determined:

Изменения площадей контактов равны ΔА=А-А₀=π⋅D²⋅α²/4. Таким образом, относительная пластическая деформация в плоскости стыка ε_ст при рекомендуемых значениях α равнаChanges in the contact area are ΔA = A-A ₀ = π⋅D ⋅α ² ^2/4. Thus, the relative plastic deformation in the joint plane ε _st at the recommended values of α is

Объем V₀ пластически деформируемого металла прутка равенThe volume V _{0 of} plastically deformable metal of the rod is

После полной осадки деформированный металл принимает форму цилиндра диаметром D и высотой δ, при этом:After complete upsetting, the deformed metal takes the form of a cylinder with a diameter D and a height δ, while:

Осевая относительная пластическая деформация металла ε_ОС при рекомендуемых значениях α равна:The axial relative plastic deformation of the metal ε _OS at the recommended values of α is equal to:

Выполненные расчеты показали высокие значения относительных пластических деформаций металла в зоне стыка, достаточные для прочности приварки, равной или близкой к прочности на разрыв металла прутков.The performed calculations showed high values of the relative plastic deformations of the metal in the joint zone, sufficient for the welding strength equal to or close to the tensile strength of the metal of the rods.

Пример осуществления способа. Сваривали прутки из стали 45 ГОСТ 1050-88 диаметром D=36 мм, в торцах которых были выполнены цилиндрические глухие отверстия диаметром d=26 мм глубиной h=7 мм. Поверх стыка с зазором 0,5 мм установили полухомуты. Сварочное усилие F составило 7,5 кН, сварочный ток равен 30 кА, продолжительность приварки была равна 2 с. После приварки наружный наплыв в зоне стыка прутков практически отсутствовал. Методом разрушающего контроля определили прочность приварки прутков σ=390 МПа. Полость в стыке прутков оказалась полностью заплавленной.An example implementation of the method. Rods were welded from steel 45 of GOST 1050-88 with a diameter of D = 36 mm, at the ends of which cylindrical blind holes were made with a diameter of d = 26 mm and a depth of h = 7 mm. Over the junction with a gap of 0.5 mm, half clamps were installed. The welding force F was 7.5 kN, the welding current was 30 kA, and the welding duration was 2 s. After welding, the external influx in the area of the joint of the rods was practically absent. Using the method of destructive testing, we determined the strength of the welding of rods σ = 390 MPa. The cavity at the junction of the rods was completely melted.

Таким образом, применяя данный способ, можно сформировать высокопрочное сварное соединение прутков без образования в зоне стыка наружного наплыва.Thus, using this method, it is possible to form a high-strength welded joint of the rods without the formation of an external influx in the joint zone.

Источник информации:Sourse of information:

Гуляев А.И. Технология и оборудование контактной сварки. Машиностроение, 1988. С. 32.Gulyaev A.I. Technology and equipment of contact welding. Engineering, 1988.S. 32.

Claims

Method of flash butt welding with bar pressure, in which the welded rods are pressed against each other by the welding force and the welding current is passed through the joint, while the metal of the rods in the joint zone is heated to a plastic state and deposited, characterized in that in the rods from the side of their welded ends pre-made blind cylindrical holes, the cross sections of the latter are chosen equal to 0.5 ... 0.6 cross-sections of the rods, and the depth of 0.15 ... 0.20 diameters of the rods, while before welding on rods with a small gap with clamping bolts, half-clamps are installed that limit plastic deformation in the direction from the axis of the rods, and the technological mode of welding is chosen from the condition that the cavities in the welded products are completely closed.