SU1454610A1 - Способ электронно-лучевой сварки тавровых соединений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к элек- ; тронно-лучевой сварке и может быть использовано в различных отрасл х машиностроени  при сварке тавровых соединений , работающих в услови х действи  переменных нагрузок. Цель изобретени  - повышение качества соединени  путем .устранени  непроваров и концентраторов напр жени . Способ J- Г Ь сварки состоит в сквозном проплавле- нии полотна 1 и формировании сварного шва по всей толщине ребра 2 с галтел ми радиусом г между ребром и полотном . Дл  этого свариваемые детали плотно прижимают друг к другу по соедин емым поверхност м 3. При необходимости полотно 1 стыкуют над ребром 2 по середине его толщины. По обе стороны оси ребра 2 по всей его длине устанавливают формирующие подкладки 4, на рабочих кромках 5 которых выполн ют скруглени  радиусом, равньм заданному радиусу галтели в зоне соединени  полотна 1 с ребром 2. Электронным лучом заданной мощности проплавл ют через полотно соедин емые поверхности 3, направл   луч нормально к свариваемой поверхности. Технологические режимы сварки выбирают из услови , формировани  устойчивой сварочной ванны, котора , растека сь, заполн ет полости, образованные скругленными рабочими кромками подкладки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл. ф сл 4 о: - I

Description

I

- CptJ2. i

Изобретение относитс  к электрон- ио-лучевой сварке и может быть исползовано в различных отрасл х машиностроени  при сварке тавровых соединений , работающих в услови х действи  переменных нагрузок.

Цель изобретени  - повышение качества соединени  путем устранени  непроварюв и концентраторов напр жени 

На фиг.1 показана схема электрон- 1но-лучевой сварки таврового соедине- |ни  с формирующими подкладками; на 1ФИГ.2 - то же, при расположении сты- |ка полотна над ребром; на фиг.З - |схема поперечного сечени  сварного |соединени  при электронно-лучевой |сварке с формирующими подкладками, i Способ электронно-лучевой сварки |тавровык соединений состоит в сквоз- |ном проплавлении полотна 1 и форми- ;ровании сварного, шва по всей толщине ребра 2 с галтел ми между ребром и полотном. Дл  этого свариваемые детали плотно прижимают одну к другой |по соединенным поверхност м 3. При необходимости полотно 1 стыкуют над I ребром 2 симметрично его толщине (фиг.2). По обе стороны от ребра 2 п всей его длине устанавливают формирующие подкладки 4, на рабочих кром- ;ках 5 которых выполн ют скруглени  радиусом, равным заданному чертежом или техническими услови ми на изде- лие радиусу галтелк в зоне соединени полотна 1 с ребром 2. Электронным лучом 6 заданной мощности проплавл ют через полотно соедин емые поверх- . ности 3, направл   луч нормально к свариваемой поверхности. Внедр  сь в материал полотна 1 и ребра 2, элетронный луч расплавл ет соединенные

Технологические параметры режима сварки обеспечивают получение сваповерхности 3 при относительном перемещении луча и деталей вдоль зоны рочной ванны, котора , растека сь, соединени , образу  прорезной сварной заполн ет полости, образованные скру- шов 7 с галтел ми радиуса г (фиг.З). Радиус г скруглений рабочих кромок подкладок выбирают в соответствии с конструктивными и техническими требовани ми к работоспособности конструкции , обеспечива  радиус галтели

50

гленными рабочими кромками подкладок .

Коэффициент К учитывает услови  воспроизводимости сварного шва. Экспериментально установлено, что при значении К 1,5 получение качественного сварного соединени  затруднено из-за увеличени  деформации конструкции за счет повьш1енного тепловло- жени  и большого объема литого металла шва. При К 1,0 не обеспечиваетс  плавного перехода между сопр гаемыми свариваемыми детал ми. Велиг сварного шва с плавным сопр жением между свариваемьми детал ми (фиг.З). Радиус галтелей не превьш1а- ет 15-20 мм. Получение качественного сварного соединени  возможно при толщине ребра не менее диаметра электронного луча. В противном случае из0

Q Q

за расплавлени  подкладок 4, выполненных из материала, отличного от свариваемого, формирование шва нарушаетс , .в металле шва образуютс  ин- терметаллиды, выдел ютс  пары и газы свариваемого металла, образу1 тс  вьтлески, что приводит к браку издели  .

Размеры и материал подкладок дл  каждого конкретного случа  подбираютс  . экспериментально из условий возможности многократного их использовани  и отвода тепла сварочной ванны за счет теплопроводности и завис т от теплофизических свойств свариваемого металла, толщины полотна и режима сварки. Минимально возможные размеры подкладок как по высоте, так и по ширине выбираютс  такими, чтобы материал подкладки в процессе сварки нагревалс  до температуры не более (0,3-0,5) Тп„. В противном случае может произойти деформаци  и расправление подкладки. В качестве материала дл  изготовлени  подкладок могут быть использованы медь, нержавеюща  сталь, графит, керамика и другие материалы , примен емые дл  подкладок- при сварке плавлением.

Режим сварки выбирают из услови , обеспечивающего заданную ширину сварного шва в зоне соединени  (фиг.З), т.е.

Ьш К (Ь + 2г),

5

где Ъ,

-ширина сварного шва полотна;

-толщина ребра;

- радиус скруглени  рабочих кромок подкладки;

-коэффициент пропорциональности , равный 1 - 1,5.

Технологические параметры режима сварки обеспечивают получение сваb г

К

рочной ванны, котора , растека сь, заполн ет полости, образованные скру

рочной ванны, котора , растека сь, заполн ет полости, образованные скру-

гленными рабочими кромками подкладок .

Коэффициент К учитывает услови  воспроизводимости сварного шва. Экспериментально установлено, что при значении К 1,5 получение качественного сварного соединени  затруднено из-за увеличени  деформации конструкции за счет повьш1енного тепловло- жени  и большого объема литого металла шва. При К 1,0 не обеспечиваетс  плавного перехода между сопр гаемыми свариваемыми детал ми. Вели10

чина коэффициента К в пределах 1 - 1,5 в каждом конкретном случае определ етс  с учетом воспроизводимости формы шва на примен емом оборудовании и качества сборки деталей в сборочно-сварочном приспособлении.

Выполнение соотношени  дл  выбора Ьш  вл етс  необходимым условием получени  плавного перехода поверхности шва между соедин емыми детал ми и принудительного формировани  галтелей за счет скруглени  рабочих кромок подкладок. Глубина про- плавлени  ребра должна составл ть 15 не менее величины радиуса галтели.При сварке толстьк ребер возможно применение развертки луча или многопроходной сварки с поперечным смещением каждого из последующих швов на определенный шаг, равный ширине предыдущего , до образовани  галтелей по обе стороны от ребра.

В тех случа х, когда толщина ребра 2 близка по величине к диаметру электронного луча, а также при наличии повьш1енных требований по сим-, метрии шва, полотно 1 вьтолн ют разрезным из двух состыкованных заготовок . Наличие стыка над соедин емыми поверхност ми гарантирует требуемую точность сборки деталей и совмещение электронного луча при сварке (особенно криволинейньк швов) симметрично рабочим кромкам подкладки.

Пример 1. Вьтолн ли электронно-лучевую сварку ребристых панелей из титанового сплава ВТ-20. Толщина полотна 2,5 мм, толщина приваривае20

денному условию дл  Ь,,,Такое сварное соединение обладает низкими механическими свойствами: угол загиба с/ 50, число циклов до разрушени  пр 6«о( МПа, N, 50000;

б)и,,с 30 кВ, ICB 140 мА, Усв 20 и/ч.

При таком режиме сварки получено некачественное, сильно деформированное сварное соединение, стрелка прогиба на длине 250 мм составила 3 мм. Ширина шва 10,5 мм не соответствует условию дл  bj (К 1,6);

в)и 30 кВ; 120 мА, , м/ч.

Получен сварной шов с качественным формированием галтелей по радиусу г 2,5 мм, ширина шва в зоне соединени  b ш 6,5 мм ( ).

Показатели качества и долговеч- (о(120° и N..

ности сварного шва 300000) высокие.

Режимы сварки, значени  ширины 25 шва и механические свойства сварных соединений, вьшолненных электроннолучевой сваркой без подкладок и с формирующими подкладками, приведены в таблице.

30

35

П-ример2о Выполн ли электронно-лучевую сварку кольцевых шпангоутов из титанового сплава ВТ5-1. Наружный диаметр силового элемента 500 мм, толщина 3 мм. Диаметр привариваемого кольца 460 мм, толщина 0,6 мм При сварке такой толщины . кольца точность совмещени  оси электронного луча с осью симметрии кольмых ребер 1,5 мм. Ребра зажимали меж- о должны быть не хуже to,15 мм. Дл 

ду двум  медными формирующими подкладками сечением 30 « 30 мм, имеющими скруглени  рабочих кромок г 2,5 мм. Сверху на сварочный стенд устанавливали полотно и плотно прижимали его к ребрам и медным подкладкам прижимами. На полотне размечали ось сварного шва. Сварку выполн ли в нижнем положении остро сфокусированным лучом. Начинали и заканчивали процесс сварки на технологических припусках ребер, длиной 10 - 15 мм.

Режимы сварки.

а) кВ, ICB - 100 мА; У м/ч.

Сварной шов не удовлетвор ет требовани м по качеству, так как Ь,6 мм (,9), что не соответствует приве45

50

55

выполнени  этих требований силовой .элемент полотна изготовили разрезным и устанавливали стык симметрично толщине ребра. Ориентацию электронного луча осуществл ли с помощью прибора Прицел-2.

Собранный встык силовой элемент полотна устанавливали на кольцо, собранное вместе с подкладками из стали Х18Н10Т. Подкладки имеют сечение 40 40 мм и установлены с противоположных сторон по периметру привариваемого кольца. Рабочие кромки подкладок, имеют скруглени  радиусом О,5.мм. Сварку выполн ли остро- сфокусированньм лучом в нижнем положении при вращении свариваемого шпангоута . Получено качественное сварное соединение с высокими механическими

1Д54ЫО

0

5

0

денному условию дл  Ь,,,Такое сварное соединение обладает низкими механическими свойствами: угол загиба с/ 50, число циклов до разрушени  при 6«о( МПа, N, 50000;

б)и,,с 30 кВ, ICB 140 мА, Усв 20 и/ч.

При таком режиме сварки получено некачественное, сильно деформированное сварное соединение, стрелка прогиба на длине 250 мм составила 3 мм. Ширина шва 10,5 мм не соответствует условию дл  bj (К 1,6);

в)и 30 кВ; 120 мА, , м/ч.

Получен сварной шов с качественным формированием галтелей по радиусу г 2,5 мм, ширина шва в зоне соединени  b ш 6,5 мм ( ).

Показатели качества и долговеч- (о(120° и N..

ности сварного шва 300000) высокие.

Режимы сварки, значени  ширины 5 шва и механические свойства сварных соединений, вьшолненных электроннолучевой сваркой без подкладок и с формирующими подкладками, приведены в таблице.

П-ример2о Выполн ли электронно-лучевую сварку кольцевых шпангоутов из титанового сплава ВТ5-1. Наружный диаметр силового элемента 500 мм, толщина 3 мм. Диаметр привариваемого кольца 460 мм, толщина 0,6 мм При сварке такой толщины . кольца точность совмещени  оси электронного луча с осью симметрии коль должны быть не хуже to,15 мм. Дл 

о должны быть не хуже to,15 мм. Дл 

45

0

5

выполнени  этих требований силовой .элемент полотна изготовили разрезным и устанавливали стык симметрично толщине ребра. Ориентацию электронного луча осуществл ли с помощью прибора Прицел-2.

Собранный встык силовой элемент полотна устанавливали на кольцо, собранное вместе с подкладками из стали Х18Н10Т. Подкладки имеют сечение 40 40 мм и установлены с противоположных сторон по периметру привариваемого кольца. Рабочие кромки подкладок, имеют скруглени  радиусом О,5.мм. Сварку выполн ли остро- сфокусированньм лучом в нижнем положении при вращении свариваемого шпангоута . Получено качественное сварное соединение с высокими механическими

свойствами (см.таблицу) за счет отсутстви  концентраторов напр жени  в угловых соединени х.

По сравнению с базовым объектом предложенный способ электронно-лучевой сварки позвол ет уменьшить процент брака в т желонагруженньрс конструкци х ответственного назначени  работающих в услови х действи  переменных нагрузок, таких например, как титановые ребристые панели и кольцевые шпангоуты, изготовл емые авиационной промьшшенностью.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Способ электронно-лучевой

   ром сварку ребра к полотну осуществл ют со стороны полотна путем сквозного его проплавлени  и частичного проплавлени  ребра, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества соединений путем устранени  непроваров и концентраторов напр жени , сварку осуществл ют на

   формирующей подкладке со скруглени- ем на рабочих кромках, при этом подкладки устанавливают по обе стороны от ребра по всей его длине, а скруг- ление располагают в зоне стыка ребра с полотном.
2. 2. Способ поп.1,отличаю- щ и и с   тем, что стык полотна, состо щий из нескольких частей, устанавливают над ребром по середине его

   сварки тавровых соединений, при кото- 20 толщины.

   Вли ние спосова и ре ина элеитронио-лучввой сверки на формирование металла паа и нвханические свойства сварных соединений

   С форм  .РЯОЯХМ

   подкладками

   В« oojT клсдок

   С

   ЦЙМЯ ВОД

   кладками3Q 140202,310.53

   :. 12020Z,5 .6,50,4

   125202,5fl0,4

   13020J,59,70,5

   W ПО25 0,45

   30 200250,5-2,0230000 ДефорнапйЯ оармоГО СОСДИИСЮ1Я

   300000 Качественно фйрг мирова  «

   320000 То « 290000

   61000

   Иов ,б11 ГЛЛТвЛвй

   135 320000 Кач«етвев«о« фор- ((ирова м

   Фиг.з