RU2784438C1 - Welding method for aluminum alloy parts - Google Patents
Welding method for aluminum alloy parts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2784438C1 RU2784438C1 RU2022109506A RU2022109506A RU2784438C1 RU 2784438 C1 RU2784438 C1 RU 2784438C1 RU 2022109506 A RU2022109506 A RU 2022109506A RU 2022109506 A RU2022109506 A RU 2022109506A RU 2784438 C1 RU2784438 C1 RU 2784438C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- edges
- welding
- parts
- weld
- root
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 106
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 16
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical group [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 claims abstract description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 10
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium(0) Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000001681 protective Effects 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 13
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 11
- 102200056926 OST4 V23K Human genes 0.000 description 10
- 101700022255 V23K Proteins 0.000 description 10
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 5
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 5
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 aluminum-magnesium Chemical compound 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000010002 mechanical finishing Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000002972 spermatoprotective Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области сварочного производства, в частности, к способу дуговой сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов продольных и кольцевых швов протяженных конструкций переменного сечения, для которых требуется выполнение качественных сварных соединений со сквозным проваром. Изобретение может быть использовано в машиностроении, авиастроении, в атомной энергетике, в нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of welding production, in particular, to a method of arc welding with a non-consumable electrode in an inert gas environment of longitudinal and circumferential welds of extended structures of variable cross section, which require high-quality welded joints with through penetration. The invention can be used in machine building, aircraft building, nuclear energy, petrochemical, gas and other industries.
Предшествующий уровень техникиPrior Art
Известен способ, описанный в патенте РФ №2563793 «Способ сварки трубопроводов из высокопрочных труб с контролируемым тепловложением», МПК: В23К 31/02, В23К 33/00, В23К 9/235, В23К 101/10; заявка №2014110685/02, приоритет 20.03.2014 г.; опубликовано 20.09.2015 г., авторы: Ревель-Муроз П.А. (RU), Ченцов А.Н. (RU), Колесников О.И. (RU), Гончаров Н.Г. (RU), Зотов М.Ю. (RU), Шотер П.И. (RU).The known method is described in RF patent No. 2563793 "Method of welding pipelines from high-strength pipes with controlled heat input", IPC: V23K 31/02, V23K 33/00, V23K 9/235, V23K 101/10; application No. 2014110685/02, priority 03/20/2014; published on September 20, 2015, authors: Revel-Muroz P.A. (RU), Chentsov A.N. (RU), Kolesnikov O.I. (RU), Goncharov N.G. (RU), Zotov M.Yu. (RU), Shoter P.I. (RU).
В способе сварки трубопроводов из высокопрочных труб с контролируемым тепловложением, включающем разделку соединяющих торцов труб под сварку, сборку элементов сварки, подготовку кромки свариваемых элементов сварных соединений, сварку элементов кольцевым стыком с применением дуговой сварки по всему периметру трубы с контролем параметров термического цикла сварки, при этом контроль тепловложения в металл выполняют в диапазоне от 0,8 до 1,2 кДж/мм, разделку кромок под сварку осуществляют с соотношением суммарной ширины разделки кромок к толщине свариваемых элементов в диапазоне от 1,3 до 2,0, предварительный подогрев ведут при температуре от 170 до 200°С, наложение сварных валиков, формирующих стыковое сварное соединение, реализуют с соотношением толщин предыдущего и последующего валика от 1,0 до 2,0 каждый проход, формирующий сварной шов, выполняют параллельным наложением двух валиков, при этом каждый второй валик является отжигающим и полностью перекрывает первый валик; процесс ведут с выдержкой межслойной температуры между накладываемыми валиками сварного шва от 170 до 220°С, а охлаждение сварного соединения со скоростью 150-200°С в час обеспечивает за счет укрытия теплоизолирующими поясами, снятие которых производят после достижения температуры стыка 50°С.In a method for welding pipelines from high-strength pipes with controlled heat input, including cutting the connecting ends of pipes for welding, assembling welding elements, preparing the edges of welded elements of welded joints, welding elements with an annular butt using arc welding along the entire perimeter of the pipe with control of the parameters of the thermal cycle of welding, when In this case, the control of heat input into the metal is carried out in the range from 0.8 to 1.2 kJ / mm, the preparation of edges for welding is carried out with the ratio of the total width of the grooves to the thickness of the welded elements in the range from 1.3 to 2.0, preheating is carried out at temperature from 170 to 200°C, the imposition of welded beads forming a butt welded joint is implemented with a ratio of the thicknesses of the previous and subsequent bead from 1.0 to 2.0, each pass forming the weld is performed by parallel imposition of two beads, with every second the roller is annealing and completely covers the first roller; the process is carried out with maintaining the interlayer temperature between the superimposed weld beads from 170 to 220°C, and cooling of the welded joint at a rate of 150-200°C per hour is ensured by covering with heat-insulating belts, which are removed after reaching the joint temperature of 50°C.
Существенные признаки, общие с признаками технического решения: разделка соединяющих торцов под сварку, сборка элементов сварки, подготовка кромки свариваемых элементов сварных соединений, сварка элементов с применением дуговой сварки.Essential features that are common with the features of the technical solution: cutting the connecting ends for welding, assembling the welding elements, preparing the edges of the welded elements of welded joints, welding the elements using arc welding.
К недостаткам данного способа относится то, что не обеспечивается качество формирования корня первого валика, а также неприемлемостью технологии наложения валиков из электродов для сварки сталей к сварке алюминиевого сплава. Также не обеспечивается минимально возможное тепловложение из-за применения подогрева при сварке и параллельного наложения сразу двух валиков, что чрезмерно увеличивает усиление обратного валика.The disadvantages of this method include the fact that the quality of the formation of the root of the first bead is not ensured, as well as the unacceptability of the technology for applying beads from electrodes for welding steels to welding aluminum alloy. Also, the lowest possible heat input is not ensured due to the use of heating during welding and the parallel imposition of two rollers at once, which excessively increases the reinforcement of the reverse roller.
Известен способ, описанный в патенте РФ №2229968 «Способ сварки стыков при изготовлении трубопроводов», МПК: В23К 31/02, В23К 101/06; заявка №2003105518/02, приоритет 27.02.2003 г.; опубликовано 10.06.2004 г., авторы: Хоменко В.И. (RU), Кучук-Яценко С.И. (RU), Казымов Б.И. (RU), Загадарчук В.Ф. (RU), Быковец К.П. (RU).The known method is described in RF patent No. 2229968 "Method of welding joints in the manufacture of pipelines", IPC: V23K 31/02, V23K 101/06; application No. 2003105518/02, priority 27.02.2003; published on 10.06.2004, authors: Khomenko V.I. (RU), Kuchuk-Yatsenko S.I. (RU), Kazymov B.I. (RU), Zagadarchuk V.F. (RU), Bykovets K.P. (RU).
Способ сварки стыков труб при изготовлении трубопроводов осуществляют следующим образом: выполняют разделку кромок концов свариваемых труб с притуплением, сборку стыка, центрирование, сварку сначала корневого шва и затем заполнение оставшейся части разделки электродуговой сваркой. При этом корневой шов выполняют электроконтактной сваркой оплавлением без подкладки и сразу, без охлаждения, заполняют оставшуюся часть разделки полуавтоматической сваркой порошковой проволокой или автоматической сваркой в среде защитных газов. Разделку кромок (угол разделки не превышает 30° ) выполняют с притуплением толщиной d при d/S<0,5, где S - толщина стенки трубы. Внутреннюю поверхность труб протачивают на определенной длине. Грат с внутренней поверхности после выполнения корневого шва удаляют механической доработкой.The method for welding pipe joints in the manufacture of pipelines is carried out as follows: cutting the edges of the ends of the pipes to be welded with blunting, assembling the joint, centering, welding first the root weld and then filling the remaining part of the groove with electric arc welding. In this case, the root weld is performed by electric flash welding without lining and immediately, without cooling, the remaining part of the groove is filled with semi-automatic welding with flux-cored wire or automatic welding in shielding gases. Cutting edges (cutting angle does not exceed 30°) is performed with a blunting thickness d at d/S<0.5, where S is the pipe wall thickness. The inner surface of the pipes is machined to a certain length. Burr from the inner surface after the root weld is removed by mechanical finishing.
Существенные признаки, общие с признаками технического решения: разделка кромок с притуплением, сборка стыка, сварка сначала корневого шва и затем заполнение оставшейся части разделки электродуговой сваркой.Significant features common with the features of the technical solution: cutting edges with blunting, assembling the joint, welding first the root weld and then filling the remaining part of the groove with electric arc welding.
Недостатком данного способа является то, что не обеспечивается качество формирования корня первого шва и необходим доступ внутрь трубы для его доработки. При этом выполненная внутренняя проточка уменьшает прочность сварного соединения относительно рабочей стенки трубопровода. Для электроконтактной сварки оплавлением алюминиевых сплавов необходимы значительные скорости осадки (150 мм/с и выше) большие, чем при сварке малоуглеродистой стали. Давления при осадке для алюминиевых сплавов могут достигать 196,1-215,7 МПа. Поэтому для их сварки требуются машины относительно большей мощности с автоматическим управлением. Кроме этого, непрерывность сварки после выполнения корневого шва увеличивает тепловложение, что также противоречит требованиям минимального тепловложения и увеличивает провисание корня шва.The disadvantage of this method is that the quality of the formation of the root of the first seam is not ensured and access to the inside of the pipe is required for its completion. At the same time, the internal groove made reduces the strength of the welded joint relative to the working wall of the pipeline. For electric flash welding of aluminum alloys, significant upsetting rates (150 mm / s and higher) are required, which are higher than when welding mild steel. The upsetting pressure for aluminum alloys can reach 196.1-215.7 MPa. Therefore, their welding requires machines of relatively higher power with automatic control. In addition, the continuity of welding after the root pass increases the heat input, which also contradicts the minimum heat input requirements and increases the sag of the root weld.
В качестве прототипа было выбрано техническое решение, описанное в патенте РФ №2355540 «Способ сварки кольцевых стыков труб», МПК: В23К 28/02, В23К 33/00, В23К 31/02, В23К 101/06; заявка: 2006142988/02, приоритет: 04.12.2006 г.; опубликовано 20.05.2009 г., авторы: Баранов В.Н. (RU), Бедняков В.В. (RU), Грезев А.Н. (RU), Казакевич И.И. (RU), Хоменко В.И. (RU).As a prototype, the technical solution described in the patent of the Russian Federation No. 2355540 "Method of welding circular joints of pipes", IPC: V23K 28/02, V23K 33/00, V23K 31/02, V23K 101/06; application: 2006142988/02, priority: 04.12.2006; published on May 20, 2009, authors: Baranov V.N. (RU), Bednyakov V.V. (RU), Grezev A.N. (RU), Kazakevich I.I. (RU), Khomenko V.I. (RU).
В способе сварки кольцевых стыков труб, включающем выполнение разделки с притуплением кромок концов свариваемых труб участка постоянного сечения, выполнение разделки с притуплением кромок концов свариваемых труб участка переменного сечения, сборку стыка, центрирование, сварку корневого шва электроконтактной сваркой оплавлением и заполнение оставшейся части разделки при температуре заваренного электроконтактной сваркой корневого шва, согласно изобретению разделку с притуплением кромок концов свариваемых труб участка постоянного сечения выполняют толщиной d в зависимости от материала и толщины s стенки трубы в соответствии с соотношением d/s=0,15-0,6 и длиной L=(t+Δ+lоп/2+lос/2), где d - толщина разделки, s - толщина стенки свариваемых труб, t - величина, зависящая от способа заполнения оставшейся части разделки, Δ - максимальная нормативная величина косины реза концов труб, lоп - общая длина оплавляемых участков труб в процессе электроконтактной сварки корневого шва, lос - общая длина осаживаемых участков труб в процессе электроконтактной сварки корневого шва, которая равна толщине расплавленного металла на двух торцах непосредственно перед осадкой, разделку кромок участка переменного сечения осуществляют с углом α=0-30° , а заполнение оставшейся части разделки осуществляют лазерной сваркой с температуры заваренного электроконтактной сваркой корневого шва.In the method of welding circumferential joints of pipes, which includes cutting with blunting the edges of the ends of the welded pipes of a section of constant section, performing cutting with blunting the edges of the ends of the welded pipes of a section of variable section, assembling the joint, centering, welding the root weld by electrocontact flash welding and filling the remaining part of the groove at a temperature welded by electric contact welding of the root weld, according to the invention, the cutting with blunting of the edges of the ends of the pipes to be welded of a section of constant section is performed with a thickness d depending on the material and thickness s of the pipe wall in accordance with the ratio d/s=0.15-0.6 and length L=( t+Δ+l op /2+l os /2), where d is the thickness of the groove, s is the wall thickness of the pipes to be welded, t is a value depending on the method of filling the remaining part of the groove, Δ is the maximum standard value of the oblique cut of the ends of the pipes, l op - the total length of the melted pipe sections in the process of electric contact welding of the root weld, l os - total d the length of the upset pipe sections in the process of electric contact welding of the root weld, which is equal to the thickness of the molten metal at two ends immediately before upsetting, the cutting of the edges of the section of variable section is carried out with an angle α=0-30°, and the filling of the remaining part of the groove is carried out by laser welding from the temperature of the welded electrocontact root welding.
Существенные признаки, общие с признаками технического решения: выполнение разделки постоянного сечения, сборка стыка, сварка корневого шва электроконтактной сваркой, оплавление и заполнение оставшейся части разделки.Significant features common with the features of the technical solution: performing a groove of a constant section, assembling the joint, welding the root weld with electric contact welding, flashing and filling the remaining part of the groove.
Недостатком данного способа по отношению к заявляемому является то, что при данном способе сварки стальных труб внутренний грат практически отсутствует и не требуется доработка. Однако при сварке корневого шва алюминиевого сплава требуется «усиление», формирование обратного валика с плавным переходом к основному металлу для гарантии равнопрочности и исключения влияния концентратора напряжений в виде резких переходов в зоне корня шва. Учитывая значительную усадку при затвердевании сварного шва деталей из алюминиевых сплавов, а также высокий коэффициент линейного расширения, применение электроконтактной сварки оплавлением для выполнения корневого шва может привести к существенным остаточным деформациям. Другим недостатком является применение лазерной сварки с переплавом корневого шва электроконтактной сварки, проблематичной при формировании корня сквозного шва алюминиевых сплавов, требующего защиты от внешней газовой среды и имеющего склонность к разбрызгиванию в процессе формировании ванны расплава и утяжки корневой части. Также предусмотренная способом непрерывность сварки после выполнения корневого шва увеличивает тепловложение, что противоречит требованиям минимального тепловложения при сварке алюминия для качественного формирования корня шва. В формуле длины L, величина оставшейся части разделки (участок постоянного сечения) не должна быть меньше наружной ширины корневого шва, которая при сварке теплопроводным швом до 3 раз превышает толщину стыка.The disadvantage of this method in relation to the claimed is that with this method of welding steel pipes, the internal flash is practically absent and no modification is required. However, when welding the root weld of an aluminum alloy, “reinforcement” is required, the formation of a back bead with a smooth transition to the base metal to ensure uniform strength and eliminate the effect of stress concentrators in the form of sharp transitions in the weld root zone. Given the significant shrinkage during solidification of the weld of aluminum alloy parts, as well as the high coefficient of linear expansion, the use of electric flash welding to make the root weld can lead to significant permanent deformations. Another disadvantage is the use of laser welding with remelting of the root weld of electrocontact welding, which is problematic in the formation of the root of the through weld of aluminum alloys, which requires protection from the external gaseous environment and has a tendency to spatter during the formation of the melt pool and tightening of the root part. Also provided by the method, the continuity of welding after the root weld increases the heat input, which contradicts the requirements for the minimum heat input when welding aluminum for high-quality formation of the root weld. In the length formula L, the value of the remaining part of the groove (a section of constant section) should not be less than the outer width of the root weld, which, when welding with a heat-conducting seam, is up to 3 times the thickness of the joint.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение равнопрочности шва и основного металла при исключении концентраторов напряжений в корне шва, и уменьшении усадки сварного соединения.The task to be solved by the claimed invention is to ensure the equal strength of the weld and the base metal while eliminating stress concentrators at the root of the weld, and reducing the shrinkage of the welded joint.
Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, заключается в уменьшении зоны нагрева; в исключении дефектов сварки; в температурно-временном разделении швов, заполняющих пространство между скосами кромок двух деталей, и в исключении влияния заполняющих валиков на формирование корня шва.The technical result achieved in solving this problem is to reduce the heating zone; in the exclusion of welding defects; in the temperature-time separation of the seams that fill the space between the bevels of the edges of the two parts, and in the exclusion of the influence of the filling beads on the formation of the root of the seam.
Технический результат достигается тем, что в способе сварки деталей из алюминиевого сплава, включающем выполнение выступа кромок деталей, разделку кромок деталей с приданием им скоса, сборку стыка выступов кромок, сварку стыка, заполнение пространства между скосами кромок двух деталей, согласно изобретению, выступы кромок деталей выполняют толщиной d от 3,0 до 6,0 мм при толщине стенки деталей t≥8,0 мм в соответствии с соотношением d/t≤0,75. Длина выступа кромок удовлетворяет условию L<(3d+Δ), где Δ - припуск на усадку стыкового шва. Разделывают кромки деталей с углом разделки кромок в интервале 65°<α<75° градусов. Выполняют однопроходную сварку стыка соединения в среде инертного газа автоматической дуговой сваркой с формированием корня шва на весу с шириной шва B<L. После охлаждения корня шва заполняют пространство между скосами двух кромок валиками многопроходной дуговой сваркой в смеси защитных газов с использованием присадочной проволоки.The technical result is achieved by the fact that in the method of welding parts made of aluminum alloy, including the implementation of the protrusion of the edges of the parts, cutting the edges of the parts with giving them a bevel, assembling the joint of the protrusions of the edges, welding the joint, filling the space between the bevels of the edges of two parts, according to the invention, the protrusions of the edges of the parts perform with a thickness d from 3.0 to 6.0 mm with a wall thickness of the parts t≥8.0 mm in accordance with the ratio d/t≤0.75. The length of the protrusion of the edges satisfies the condition L<(3d+Δ), where Δ is the allowance for shrinkage of the butt weld. The edges of the parts are cut with the angle of cutting the edges in the range of 65°<α<75° degrees. Perform single-pass welding of the butt joint in an inert gas environment by automatic arc welding with the formation of the weld root on weight with a weld width B<L. After the root of the weld is cooled, the space between the bevels of the two edges is filled with beads by multi-pass arc welding in a mixture of shielding gases using a filler wire.
Совокупность перечисленных существенных признаков обеспечивает получение технического результата - уменьшение зоны нагрева, исключение дефектов сварки, температурно-временное разделение швов, заполняющих пространство между скосами кромок двух деталей, и исключении влияния заполняющих валиков на формирование корня шва.The combination of the listed essential features provides a technical result - a reduction in the heating zone, the elimination of welding defects, the temperature-time separation of the seams that fill the space between the bevels of the edges of the two parts, and the exclusion of the influence of filling beads on the formation of the root of the seam.
Это позволяет решить задачу обеспечения равнопрочности шва и основного металла при исключении концентраторов напряжений в корне шва и уменьшении усадки сварного соединения.This makes it possible to solve the problem of ensuring equal strength of the weld and the base metal while eliminating stress concentrators in the root of the weld and reducing the shrinkage of the welded joint.
Достигаемый результат обеспечивается не только наличием отличительных признаков, но и зависит от взаимодействия их с другими существенными признаками заявляемого способа. Это позволяет расширить функциональные возможности способа, обеспечить решение задачи.The achieved result is provided not only by the presence of distinctive features, but also depends on their interaction with other essential features of the proposed method. This allows you to expand the functionality of the method, provide a solution to the problem.
Расширенная функция, обеспечиваемая известными и отличительными признаками, и получение неочевидного результата от использования этих признаков в виде формирования корня шва с выпуклостью с обратной стороны и с плавным переходом к основному металлу за счет сварки в гелии свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".An extended function provided by known and distinctive features, and obtaining an unobvious result from the use of these features in the form of the formation of a weld root with a bulge on the reverse side and with a smooth transition to the base metal due to welding in helium indicates the compliance of the proposed technical solution with the criterion of "inventive step" .
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фиг. 1 показано соединение деталей перед сваркой.In FIG. 1 shows the connection of parts before welding.
На фиг. 2 показано схематичное изображение сварного соединения после выполнения корня шва.In FIG. 2 shows a schematic representation of the welded joint after the root weld has been made.
На фиг. 3 показано последовательное заполнение разделки кромок многопроходными валиками.In FIG. 3 shows the successive filling of the grooves with multi-pass rollers.
На фиг. 4 показан снимок шлифа поперечного сечения сварного соединения образца из сплава АМг6 толщиной 12 мм.In FIG. Figure 4 shows a snapshot of a section of a welded joint of a specimen made of
На фиг. 5 показан снимок шлифа поперечного сечения сварного соединения образца из сплава АМг6 толщиной 12 мм с дефектом в виде провисания корня шва.In FIG. Figure 5 shows a snapshot of a section of a welded joint of a sample made of
Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention
Описанным в патенте способом можно сваривать и плоские и цилиндрические детали из сплавов алюминия с магнием. Далее будет описан один из вариантов осуществления изобретения - автоматическая дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертных газов модельных образцов в виде пластин толщиной от 8,0 мм и более из алюминиевого сплава АМг6, так как технический результат для других алюминиево-магниевых сплавов аналогичен рассмотренному здесь.The method described in the patent can weld both flat and cylindrical parts made of aluminum alloys with magnesium. Next, one of the embodiments of the invention will be described - automatic arc welding with a non-consumable electrode in an inert gas environment of model samples in the form of plates with a thickness of 8.0 mm or more from aluminum alloy AMg6, since the technical result for other aluminum-magnesium alloys is similar to that considered here.
В описании используются термины, принятые в национальном стандарте РФ ГОСТ Ρ 58904-2020/ISO/TR 25901-1:2016 и в ГОСТ Ρ 50.05.08-2018.The description uses the terms adopted in the national standard of the Russian Federation GOST Ρ 58904-2020/ISO/TR 25901-1:2016 and in GOST Ρ 50.05.08-2018.
Выступ кромки - часть расплавляемой поверхности, которая поддерживает сварочную ванну.Welding edge - part of the melted surface that supports the weld pool.
Разделка кромок - придание кромкам, подлежащим сварке, необходимой формы.Cutting edges - giving the edges to be welded the required shape.
Угол разделки кромок - угол α между скошенными кромками свариваемых деталей.Edge preparation angle - angle α between the beveled edges of the parts to be welded.
Скос кромки - прямолинейный наклонный срез кромки, подлежащей сварке.Edge bevel - straight inclined cut of the edge to be welded.
Стыковое соединение - тип соединения, при котором детали лежат приблизительно в одной плоскости друг напротив друга под углом от 135° до 180°.Butt joint - a type of joint in which the parts lie approximately in the same plane opposite each other at an angle of 135 ° to 180 °.
Проход, валик - металл, переплавленный или наплавленный за однократное перемещение электрода, сварочной горелки или газовой горелки.Passage, roller - metal, remelted or deposited for a single movement of the electrode, welding torch or gas burner.
Однопроходная сварка - сварка, при которой сварной шов выполняется за один проход.Single pass welding - welding in which the weld is made in one pass.
Граница наружной поверхности прохода - продольная граница между валиками, или между валиком и основным материалом.The boundary of the outer surface of the passage is the longitudinal boundary between the rollers, or between the roller and the base material.
Корень (шва) - зона на стороне, противоположной той, на которой выполнялась сварка.Root (seam) - a zone on the side opposite to that on which welding was performed.
Выпуклость корня шва - часть одностороннего сварного шва со стороны его корня, выступающая над уровнем расположения поверхностей сваренных деталей (оценивается по максимальной высоте расположения поверхности корня шва над указанным уровнем).Weld root convexity - part of a one-sided weld from the side of its root, protruding above the level of the surfaces of the welded parts (estimated by the maximum height of the surface of the weld root above the specified level).
Непровар - дефект в виде несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок основного металла или поверхностей ранее выполненных валиков сварного шва.Lack of fusion - a defect in the form of non-fusion in a welded joint due to incomplete melting of the edges of the base metal or surfaces of previously made weld beads.
Вогнутость корня шва - дефект в виде углубления на поверхности обратной стороны сварного одностороннего шва (оценивается по максимальной глубине расположения поверхности корня шва от уровня расположения поверхностей сваренных деталей).Weld root concavity - a defect in the form of a depression on the surface of the reverse side of a one-sided weld (estimated by the maximum depth of the weld root surface from the level of the surfaces of the welded parts).
Как показано на фиг. 1, в сварке участвуют деталь 1 и деталь 2. На деталях 1 и 2 выполняют выступы 3 кромок деталей. Выступы 3 кромок деталей 1 и 2 выполняют толщиной d (мм) от 3,0 до 6,0 мм при толщине t≥8,0 стенки деталей 1 и 2 мм в соответствии с соотношением d/t≤0,75. Опытным путем было установлено, что:As shown in FIG. 1,
1. - Если 3,0<d<6,0 мм, то при t≥8,0 мм соотношение d/t≤0,75.1. - If 3.0<d<6.0 mm, then at t≥8.0 mm the ratio d/t≤0.75.
2. - Если d>6,0 мм то не обеспечивается качественное формирование шва со сквозным проваром.2. - If d> 6.0 mm, then high-quality formation of a seam with through penetration is not ensured.
Это позволяет получить технический результат в виде уменьшения зоны нагрева за счет однопроходной сварки стыка соединения в гелии. Увеличение толщины выступов 3 кромок деталей 1 и 2, как правило, приводит к увеличению зоны нагрева. Применение инертного газа в виде гелия не приводит к значительному увеличению зоны нагрева, что не влияет на выпуклость корня шва с обратной стороны.This makes it possible to obtain a technical result in the form of a reduction in the heating zone due to single-pass welding of the butt joint in helium. Increasing the thickness of the
Длина выступа 3 кромок деталей 1 и 2 должна удовлетворять условию L<(3d+Δ), где Δ - припуск на усадку стыкового шва.The length of the
Если L>(3d+Δ), то это приводит к увеличению количества заполняющих валиков и, соответственно, степени тепловложения в сварное соединение, что способствует увеличению усадки соединения.If L>(3d+Δ), then this leads to an increase in the number of filling beads and, accordingly, the degree of heat input into the welded joint, which contributes to an increase in the shrinkage of the joint.
Выполнение условия L<(3d+Δ) позволяет получить технический результат в виде уменьшения зоны нагрева и уровня усадки сварного соединения.The fulfillment of the condition L<(3d+Δ) allows to obtain a technical result in the form of a reduction in the heating zone and the level of shrinkage of the welded joint.
Далее выполняют разделку кромок деталей 1 и 2 с приданием им скоса 4. Разделывают кромки деталей 1 и 2 с углом α разделки кромок в интервале от 65 до 75 градусов.Further, the edges of
В результате проведения эксперимента было установлено, что если выбрать угол разделки кромок α<65° , то при выполнении заполняющих валиков 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 происходит скопление дефектов на границе этих валиков и скосов 4 кромок деталей 1 и 2, которые в дальнейшем могут служить концентраторами напряжений сварного шва и негативно повлиять на равнопрочность сварного соединения.As a result of the experiment, it was found that if you choose the angle of cutting edges α<65°, then when filling
Если выбрать угол α>75° , то это приводит к увеличению ширины пространства 5 между скосами 4 кромок деталей 1 и 2, что в свою очередь, приводит к увеличению объема присадочного материала для полного заполнения пространства 5 между скосами 4 кромок двух деталей 1 и 2 из-за увеличения количества заполняющих валиков. Это приводит к более длительному высокотемпературному термическому циклу сварки, который способствует увеличению зоны нагрева и усадки сварного соединения.If you choose the angle α>75°, then this leads to an increase in the width of the
Выполнение угла разделки кромок 65°<α<75° позволяет получить технический результат, который заключается в формировании соединения без несплавлений и без неполного заполнения пространства 5 между валиками и скосами 4 кромок деталей 1 и 2. Это исключает дефекты сварки.The implementation of the angle of cutting edges 65°<α<75° allows you to get a technical result, which consists in the formation of a joint without non-fusion and without incomplete filling of the
Соединяют детали 1 и 2 таким образом, чтобы выступы 3 кромок деталей 1 и 2 состыковались друг с другом, и образовали стыковое соединение, как показано на фиг. 1 и 2.
Как показано на фиг. 1, выполняют однопроходную сварку стыка 6 деталей 1 и 2 в среде инертного газа автоматической дуговой сваркой с формированием корня шва 7 (фиг. 2) на весу. При этом шов стыка 6 выполняют шириной В, удовлетворяющей условию В<L, где L - длина выступа 3 кромок деталей 1 и 2.As shown in FIG. 1, one-pass welding of the
Если В>L, то происходит увеличение зоны нагрева с возможным расплавлением скосов 4 кромок деталей 1 и 2. Это может привести к уменьшению эффективности проплавления и появлению дефекта сварки в виде непровара. В этом случае для формирования корня шва 7 с выпуклостью с обратной стороны необходимо увеличение тепловложения в сварное соединение. Это, в свою очередь, может привести к увеличению усадки соединения.If B>L, then there is an increase in the heating zone with possible melting of the
Выполнение условия В<L обеспечивает технический результат в виде уменьшения зоны нагрева и исключения дефекта сварки в виде непровара стыка 6 свариваемых деталей 1 и 2.The fulfillment of the condition B<L provides the technical result in the form of a reduction in the heating zone and the elimination of a welding defect in the form of a lack of fusion of the
При однопроходной сварке стыка 6 деталей 1 и 2 в качестве инертного газа используют гелий.In single-pass butt welding of 6
По результатам проведенных экспериментов было установлено, что при сварке без гелия (в аргоне) корень шва 7 при соединении стыка 6 формируется с дефектом в виде вогнутости с обратной стороны свариваемых деталей 1 и 2.According to the results of the experiments, it was found that when welding without helium (in argon), the root of the
За счет более высокого потенциала ионизации гелия обеспечивается формирование высококонцентрированной дуги с повышенной проплавляющей способностью и относительно узкого по форме шва при однопроходной сварке со сквозным проваром и формированием корня шва 7 с выпуклостью с обратной стороны и с плавным переходом к основному металлу деталей 1 и 2.Due to the higher helium ionization potential, the formation of a highly concentrated arc with increased penetration ability and a relatively narrow weld in single-pass welding with through penetration and the formation of the
Это позволяет получить технический результат в виде уменьшения зоны нагрева за счет однопроходной сварки стыка 6 соединения и в исключении дефектов сварки в виде вогнутости корня шва 7 с обратной стороны.This allows to obtain a technical result in the form of a reduction in the heating zone due to single-pass welding of the
Как показано на фиг. 2 и на фиг. 3 после охлаждения корня шва 7 заполняют пространство 5 между скосами 4 кромок деталей 1 и 2 валиками 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 многопроходной дуговой сваркой в смеси защитных газов (аргон + гелий в соотношении 30% Ar и 70% Не) с использованием присадочной проволоки. Для алюминиевых сплавов весьма эффективно с точки зрения производительности применение смеси, состоящей из 70% Не и 30% Ar. В этом случае значительно увеличивается толщина металла, свариваемого за один проход, и улучшается формирование шва [Акулов А.И. Технология и оборудование сварки плавлением / А.И. Акулов, Г.А. Бельчук, В.П. Демянцевич. - М.: Машиностроение, 1977 г.].As shown in FIG. 2 and in FIG. 3 after cooling the
Это позволяет получить технический результат в виде исключения влияния заполняющих валиков 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 на формирование корня шва 7 при полном заполнении пространства 5 между скосами 4 кромок деталей 1 и 2.This makes it possible to obtain a technical result in the form of excluding the influence of filling
При заполнении пространства 5 между скосами 4 кромок деталей 1 и 2 первый валик 8 выполняют без смещения относительно стыка 6.When filling the
Как показано на фиг. 3, после выполнения валика 8 следующие валики наносят со смещением. Валик 9 смещают относительно валика 8 на 40-60% его ширины. Таким же образом валик 10 смещают относительно валика 8, валик 11 смещают относительно валика 10, валик 12 смещают относительно валика 11, валик 13 смещают относительно валика 12, валик 14 смещают относительно валика 13, валик 15 смещают относительно валика 14.As shown in FIG. 3, after
Опытным путем было установлено следующее. Если смещение валиков 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 относительно предыдущих выполняли меньше 40% или больше 60%, то нарушалась последовательность заполнения пространства 5 валиками 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, что требовало формирования дополнительных валиков. Это приводило к увеличению тепловложения в сварное соединение и, соответственно, к усадке соединения в целом.The following was established experimentally. If the displacement of
При заполнении пространства 5 валиками 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 со смещением в интервале 40-60% относительно предыдущих, обеспечивается формирование шва без дополнительного тепловложения. Это позволяет получить технический результат в виде исключения дефектов сварки и уменьшения усадки соединения.When filling
Кроме этого, с целью уменьшения провисания корня шва 7 в заявляемом способе используют технологию прерывистого формирования шва заполняющих валиков 8, 9, 10, 11, 12 и 13. Технология заключается в охлаждении каждого из валиков 8, 9, 10, 11, 12 и 13 до комнатной температуры после первоначальных шести проходов. При этом границы между заполняющими валиками 13, 14 и 15 верхнего слоя и границы между валиками 14 и 15 и скосами 4 выполняют выше наружной поверхности свариваемых деталей 1 и 2.In addition, in order to reduce the sagging of the root of the
Это позволяет получить сварное соединение с усилением шва с наружной стороны и обеспечить равнопрочность шва и основного металла.This makes it possible to obtain a welded joint with reinforcement of the seam from the outside and to ensure equal strength of the seam and the base metal.
Это позволяет получить технический результат в виде температурно-временного разделения швов, заполняющих пространство 5 между скосами 4 кромок деталей 1 и 2, и исключения влияния заполняющих валиков 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 на формирование корня шва 7.This allows to obtain a technical result in the form of a temperature-time separation of the seams filling the
Как показано на фиг. 4, сварка с реализацией этих решений позволила обеспечить качественное формирование корня 7 сварного шва между деталями 1 и 2 с плавным переходом к основному металлу деталей 1 и 2 без наружных и внутренних дефектов.As shown in FIG. 4, welding with the implementation of these solutions made it possible to ensure the high-quality formation of the
Как показали результаты проведенных экспериментов, при выполнении заполняющих валиков 8, 9, 10, 11, 12 и 13 без охлаждения швов до комнатной температуры наблюдается значительное провисание корня шва 7 (фиг. 5) за счет усадочных явлений и его выдавливание. При чрезмерном провисании корня шва 7 с нежелательной конфигурацией в виде резких переходов (концентраторов напряжений) от обратного валика к основному металлу равнопрочность сварного соединения уменьшается. Это приводит к тому, что работоспособность сварного соединения ухудшается.As the results of the experiments showed, when filling
В предлагаемом техническом решении процесс сварки сплава АМг6 в среде гелия обеспечивает качественное формирование корня шва 7 с выпуклостью с обратной стороны и с плавным переходом к основному металлу деталей 1 и 2, а заполнение пространства 5 между скосами 4 кромок деталей 1 и 2 первоначально шестью разделенными по температуре и времени валиками 8, 9, 10, 11, 12 и 13 позволяет за счет их охлаждения до комнатной температуры сохранить плавность перехода от корня шва 7 к основному металлу и, тем самым, обеспечить отсутствие нежелательной конфигурации в виде резких переходов (концентраторов напряжений) и дефектов в виде провисания корня шва 7. При этом за счет равнопрочности сварного соединения обеспечивается его работоспособность. В этом заключается расширенная функция, обеспечиваемая известными и отличительными признаками неочевидность технического решения.In the proposed technical solution, the welding process of the AMg6 alloy in a helium environment ensures the high-quality formation of the
Промышленная применимостьIndustrial Applicability
Наиболее эффективно выглядит использование способа сварки деталей из алюминиевого сплава в протяженных конструкциях переменного сечения в виде контейнеров и корпусов различного производственного назначения, работающих в условиях циклического нагружения и давления агрессивной среды. Там, где в конструкциях присутствуют элементы жесткости, например, шпангоуты и предъявляются повышенные требования к геометрии изделия в целом и к качеству сварных швов, в частности.The most effective way is to use the method of welding parts made of aluminum alloy in extended structures of variable cross section in the form of containers and housings for various industrial purposes, operating under conditions of cyclic loading and pressure of an aggressive environment. Where there are stiffening elements in the structures, for example, frames, and there are increased requirements for the geometry of the product in general and for the quality of welds, in particular.
Реализованный на практике предлагаемый способ сварки деталей из алюминиевого сплава, подтвердил технический результат, заключающийся в уменьшении зоны нагрева за счет однопроходной сварки стыка соединения; в исключении дефектов сварки; в температурно-временном разделении швов, заполняющих пространство между скосами кромок деталей и в исключении влияния заполняющих валиков на формирование корня шва.Implemented in practice, the proposed method of welding aluminum alloy parts, confirmed the technical result, which consists in reducing the heating zone due to single-pass welding of the butt joint; in the exclusion of welding defects; in the temperature-time separation of the seams that fill the space between the bevels of the edges of the parts and in the exclusion of the influence of the filling beads on the formation of the weld root.
В целом, рассмотренный вариант выполнения изобретения был реализован на существующем в настоящее время оборудовании с использованием имеющихся материалов. Это подтверждает его работоспособность и промышленную применимость.In general, the considered embodiment of the invention was implemented on currently existing equipment using available materials. This confirms its performance and industrial applicability.
Claims (8)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2784438C1 true RU2784438C1 (en) | 2022-11-24 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2089364C1 (en) * | 1996-10-22 | 1997-09-10 | Шуляковский Олег Борисович | Method of welding of base structures manufactured of aluminium alloys |
CN101337301A (en) * | 2008-08-06 | 2009-01-07 | 武汉钢铁(集团)公司 | Submerged arc welding method of bridge steel of different intensity scale |
RU2355540C2 (en) * | 2006-12-04 | 2009-05-20 | Открытое акционерное общество "Электростальский завод тяжелого машиностроения" | Method of welding circular pipe joints |
RU2357841C2 (en) * | 2006-08-03 | 2009-06-10 | Вячеслав Владимирович Алексеев | Method of inert gas arc welding butt joints of different aluminium alloys |
CN101905365B (en) * | 2010-08-10 | 2011-12-28 | 首钢总公司 | Welding method of ultra-thick and high-strength water-power steel |
RU2699493C1 (en) * | 2018-10-15 | 2019-09-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of aluminum alloy nonconsumable electrode welding |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2089364C1 (en) * | 1996-10-22 | 1997-09-10 | Шуляковский Олег Борисович | Method of welding of base structures manufactured of aluminium alloys |
RU2357841C2 (en) * | 2006-08-03 | 2009-06-10 | Вячеслав Владимирович Алексеев | Method of inert gas arc welding butt joints of different aluminium alloys |
RU2355540C2 (en) * | 2006-12-04 | 2009-05-20 | Открытое акционерное общество "Электростальский завод тяжелого машиностроения" | Method of welding circular pipe joints |
CN101337301A (en) * | 2008-08-06 | 2009-01-07 | 武汉钢铁(集团)公司 | Submerged arc welding method of bridge steel of different intensity scale |
CN101905365B (en) * | 2010-08-10 | 2011-12-28 | 首钢总公司 | Welding method of ultra-thick and high-strength water-power steel |
RU2699493C1 (en) * | 2018-10-15 | 2019-09-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of aluminum alloy nonconsumable electrode welding |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EA017455B1 (en) | Method for connecting thick-walled metal workpieces by welding | |
EP2954969B1 (en) | Multi-electrode electrogas arc welding method for thick steel plates and multi-electrode electrogas arc circumferential welding method for steel pipes | |
CN113714622A (en) | Friction-stirring double-sided Z-shaped butt/lap composite welding method for medium-thickness plate heterogeneous material and application | |
RU2511191C1 (en) | Multi-layer pipe welding method | |
CN112475583A (en) | Method for improving sealing welding efficiency of vacuum electron beam of multilayer plate blank | |
RU2784438C1 (en) | Welding method for aluminum alloy parts | |
JP2013000751A (en) | Butt welding method of steel member | |
CN111347163A (en) | Y-shaped joint laser-TIG composite welding method | |
RU2706988C1 (en) | Method of multilayer hybrid laser-arc welding of steel clad pipes | |
RU2642218C1 (en) | Method of laser welding of longitudinal pipe seam (versions) | |
RU2638267C1 (en) | Method of laser overlap welding of structural steel sheets and aluminium alloys | |
RU2563793C1 (en) | Control over welding of pipelines from high-strength pipes with controlled heat input | |
KR101091425B1 (en) | Hybrid welding method for fillet joint | |
RU2231431C1 (en) | Method for electric arc welding of parts with large difference of their thickness | |
Rizvi et al. | Welding defects, Causes and their Remedies: A Review | |
RU2763952C1 (en) | Method of hidden arc welding of parts of different thickness | |
JP2014155949A (en) | Welded steel pipe for line pipe with excellent low-temperature toughness, and method of manufacturing the same | |
JP6579249B2 (en) | Welded steel pipe for line pipe excellent in low temperature toughness and its manufacturing method | |
CN109014580B (en) | Lapping laser gap powder filling welding method with rolling assistance | |
RU2787195C1 (en) | Method for hybrid laser-arc welding of thick-wall pipes | |
SU1143554A1 (en) | Method of multipass arc welding of pipes | |
JPS61226187A (en) | Production of high-alloy steel clad steel pipe | |
RU2678357C1 (en) | Method for repair of hull structures | |
EP3750666B1 (en) | Methods of welding of gas tanks of railway tank wagons | |
JPS6380993A (en) | Production of clad steel pipe |