WO2010024709A1 - Method for flash-butt welding thin-walled casings - Google Patents
Method for flash-butt welding thin-walled casings Download PDFInfo
- Publication number
- WO2010024709A1 WO2010024709A1 PCT/RU2008/000575 RU2008000575W WO2010024709A1 WO 2010024709 A1 WO2010024709 A1 WO 2010024709A1 RU 2008000575 W RU2008000575 W RU 2008000575W WO 2010024709 A1 WO2010024709 A1 WO 2010024709A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- welded
- welding
- deformation
- shells
- casings
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L13/00—Non-disconnectible pipe-joints, e.g. soldered, adhesive or caulked joints
- F16L13/02—Welded joints
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
- B23K11/04—Flash butt welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
- B23K11/34—Preliminary treatment
Definitions
- the present invention relates to welding production, and in particular to the field of flash butt welding technology in the environment of shielding gases with the supply of halogen reagents to the welding zone, and can be used for welding especially thin-walled shells, tube blanks, etc. from stainless steels.
- a known method of preparing and assembling for welding ring joints including machining the edges to a predetermined size and assembling on a centering expansion ring, first, each of the parts to be welded is mounted on a centering ring, the rings are expanded, the edges to be welded elastically deform, and their mechanical processing, and then the assembly of the joint is carried out, for which the rings are aligned on the coaxially mating surfaces (SU 1185781 Al, 04/27/2006).
- a known method of preparing pipe edges for welding including turning and cold deformation of the pipe end with the formation of a filler protrusion on its upper edge, the end of one of the pipes to be welded is cut with a cutter at an angle of 90 ° to its axis, and the end of the second pipe is machined from the inside at 90 °, leaving an annular protrusion with a thickness and a length of not more than 4 mm in the upper part of the end face, then this annular protrusion is bent outward at an angle of 45 to 90 ° with the roll roller, and the resulting bent protrusion is pumped, giving it in the butt echnom sectional shape of the protrusion of the filler in the form of an isosceles triangle or isosceles trapezium or rectangle, and then a projection end of a filler eat through a cylindrical cavity with an inner diameter equal to the outer diameter of the first pipe end (RU 2288827 Cl, 10.12.2006).
- the prototype of the proposed solution is the decision on the application RU -N ° 95118844 A, 11/20/1997.
- This solution proposes a method consisting in placing a workpiece in a matrix on a support and applying upsetting forces to the workpiece from the end tool from the rolling tool to ensure redistribution of the phase composition components of the workpiece metal during shaping, up to crystallographic level with a phenomenological combination of physical characteristics.
- An object of the present invention is to provide a method for welding ring joints of thin-walled shells to produce various closed containers.
- the technical result of the invention is the ability to improve the quality of the weld due to the creation of a dense, fine-grained structure and the absence of microdefects, the ability to remove the necessary material from the treated area, which ensures the quality of preparation of the welded thin-walled shell blanks, as well as simplifying assembly technology using a reliable and simple in design devices.
- R is the radius of the welded shell, mm
- the deformation of the microprotrusions at the end and its upset is limited by the radial deformations of the outer side surface adjacent to the end.
- the deformation of microprotrusions along the welded surface of the end face is carried out by rollers with a diameter equal to (4-6) ⁇ and with a material hardness parameter HRc> 65.
- the deformation of the microprotrusions along the welded surface of the end face is carried out with a contact force of 200 to 300 H.
- Spot stitching is carried out in two turns with an offset at the second turn half a step from the first stitching.
- Thin-walled annular belts on the inner surfaces of the welded shells have one inner diameter for each of the welded shell blanks.
- Thin-walled annular belts on the inner surfaces of the welded shells are made at an indirect angle into each of the welded shell blanks.
- Protective gas media of various compositions are supplied to the material heating point from the outer and inner surfaces of the welded shells.
- the advantage of the invention lies in the simplicity of its implementation and consumer appeal.
- FIG. 1 and FIG. 2 shows a diagram of a plastic deformation process.
- FIG. 3 shows a diagram of the surface roughness of a part.
- FIG. 4 shows a simplified diagram of a stress field.
- FIG. 5 shows a diagram of an formed bead.
- FIG. 6 shows a diagram of the formation of stresses during single-pass butt welding of plates.
- FIG. 7. shows the formation of transverse shrinkage during single-pass butt welding.
- FIG. 8 and FIG. 9. shows the deformation in the plane when welding narrow and long plates.
- microgeometry of a real treated surface depends on a large number of different factors (cutting conditions, shape errors, vibration of the technological system, etc.), therefore it is considered as the realization of a random field of microroughnesses and is determined by indicators of the type Rz, Rc and Ra.
- Fig.3 shows the deformation of the surface layer when the tool is moving perpendicular to the plane of smoothing. Pressed to the work surface with a force P y, the tool is embedded into it to a depth of R d and during its movement smooths out the initial irregularities. After the passage of the tool, a partial elastic restoration of the surface by ⁇ ⁇ occurs.
- a feature of the process of plastic deformation is that in front of the smoothener a platically deformed metal roller R B is formed , which is smeared as a result of repeated exposure.
- a feature of the proposed solution according to the invention is that in this case, when smoothing, the deformed material roller is not smeared or removed, but undergoes additional elastoplastic deformation in the direction perpendicular to the movement of the tool. That is, this solution proposes to shift the material roller formed in front of the smoother in a direction perpendicular to the motion of the smoother.
- Figure 4 shows a simplified diagram of the stress field that occurs during plastic deformation of the roller.
- Point A defines the length L of the front wave outside the contact surface of the wave BA 1 .
- a 7 K 7 D 7 C 7 is the boundary of the region of developed plastic deformations, the lower point of which determines the thickness of the hardened layer h. Deformation fields located below this point do not cause a noticeable change in the metal resistance to plastic deformation.
- Lines BK 7 and KA 7 approach BA 7 at an angle ⁇ IA. For geometric reasons:
- the formed wave of material is proposed to be displaced in the direction of the inner surface of the part to be welded, and as a result, to form an annular collar (process - girdle), locally increasing the thickness of the part wall and several times increasing local bending stiffness of the trot. ( Figure 5). So, with the flange values equal to 0.5-1.5 of the wall thickness, the local bending stiffness of the end increases by 3.37 - 15.625 times.
- the total value of the end face settlement ⁇ h can be determined by the simplest dependence
- ⁇ h a ⁇ + b ⁇ 2 / R
- ⁇ is the thickness of the initial metal billet, mm;
- R is the radius of the neutral layer of the workpiece, mm
- FIG.6 A typical picture of the stress distribution in a metal during movement of a hot heat source is shown in Fig.6.
- zone // adjacent to zone / is characterized by the presence of significant transverse compressive stresses ⁇ réelle.
- plastic deformations of the metal occur.
- zone IIIa which experiences heating during the movement of the heat source
- compressive stresses ⁇ x and ⁇ y increase, and near the zone / stress ⁇ y are insignificant.
- the increase in compressive stresses ⁇ x with the occurrence of plastic shortening strains is replaced at the boundary of zones IIIa and IIIb by a decrease in compressive stresses, and then their transition as the metal cools into tensile stresses.
- the stresses are close to zero, and in zone IV ⁇ x and ⁇ y are tensile.
- residual tensile stresses ⁇ x arise.
- the stresses turn out to be close to zero.
- the formula is valid for low carbon, low alloy and austenitic steels, as well as for titanium and aluminum alloys up to a thickness of about 16 mm.
- the transverse shrinkage from the second seam is equal to the shrinkage from the first seam, if the heating conditions have not changed. If the plates are welded with a gap, it may turn out that even before the heat source approaches due to temporary deformations, the edges can approach or move away from each other. In this case, the complete transverse shrinkage will consist of displacements resulting from temporary deformations of the plates as a whole and displacements directly in the weld zone.
- transverse shrinkage does not depend on temporary deformations. The exception is cases when, for example, parts assembled without a gap, but not fastened together, during the welding process depart from each other.
- Departure of the plates from each other and the opening of the gap during welding can occur due to two reasons: the so-called temporary structural deformations and uneven heating of narrow plates in width.
- the deformations of narrow plates from uneven heating in width are essentially longitudinal bending deformations in the plane (Fig. 8).
- the bending of the plates occurs due to the fact that the heated side of the plate expands, while the cold side resists this expansion.
- the plate width decreases with constant power of the heating source, the deformations caused by the rotation of the sections increase.
- very narrow plates can warm up completely to high temperatures and not have significant angular deformations.
- the width of the plates, at which deformations from the rotation of the sections can be neglected, depends on the welding mode and the thermophysical properties of the metal.
- an objective assessment of the width of the plates should use the ratio b a , where B is the width of one plate, 60 is the width of the zone heated to a temperature at which the yield strength of the metal is close to zero.
- the plates can be considered wide, and the angular deformations from uneven heating are insignificant.
- / and F is the length and cross-sectional area of the welded plate.
- the task of choosing the optimal parameters of the welding process is achieved by the fact that the concentrated abutting shells around the perimeter in the joint plane are pre-stitched by spot welding with a given step electrode movement (20 -50) ⁇ , and the main continuous welding is carried out with the formation of a penetration zone, whose width is (4-6) ⁇ .
- the task is also achieved by the fact that during the implementation of the welding process, heat is removed in the parts to be welded at a length of no more than (5 - 8) ⁇ from the junction plane of thin-walled shell parts.
- the inventive method is as follows.
- microprotrusions are deformed along the welded surface of the ends with their draft by ⁇ h and the end roughness parameter Ra ⁇ 0.16 ⁇ m is reached.
- the deformable metal is moved along the ends of the workpieces towards the inner surface and inner ring belts are formed on them with a width in the range of (0.5-1.5) ⁇ and a thickness in the range of (0.2 - 0.5) ⁇ .
- the design of the centering device provides special cooling elements. After installing the shells of the workpieces in the centering device and checking the alignment of their ends along the perimeter in the joint plane, they perform spot stitching-welding with stepwise electrode movement (step) (20 -50) ⁇ . After local stitching of the blanks shells, the main continuous welding is carried out with the formation of a penetration zone, the width of which is (4-6) ⁇ . In this case, heat is removed in the parts to be welded in the direction perpendicular to the seam at a length of no more than (6-8) ⁇ from the joint plane.
- the cycle of spot stitching and main welding can be carried out automatically, that is, by the software of the welding machine.
- samples of welded shells with a thickness of 0.5 mm and a diameter of 147 and 213 mm were made of stainless steel 08X18Hl OT.
- Samples of welded pipe joints were obtained by pulsed-arc welding with a non-consumable electrode in an atmosphere of argon, nitrogen and hydrogen. Welding was performed with a TIG welding head. The results obtained confirmed the technical and economic efficiency of the proposed solution.
- the invention can be used in the aviation, space, chemical fields of technology in the manufacture of containers from corrosion-resistant steels, aluminum alloys and other materials.
- the invention can be used in the manufacture of pressure cylinders and the construction of pipelines, for storage and transportation of liquid and gaseous media.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
Abstract
The invention is directed to removing microdefects from and increasing the quality of a welded joint. The above-mentioned technical result is achieved in that the method for flash-butt welding especially thin-walled, preferably flexible casings comprises the preparation of the abutting end faces, butt-mounting said casings on centring apparatuses and combined melting under conditions in which the gap provided between the mutually adjoining surfaces which is sufficient for producing welding is initially maintained, wherein deformation of microprojections is performed on each of the abutting casings by means of plastic deformation along the surface being welded of the end face with shortening thereof by a value of Δ h = a δ + b δ2/ R by means of rollers with an irregularity parameter of Ra ≤0.16 μm, the deformed metal is moved along the end face of the semi-finished product to the side of the inner surface and an inner annular belt extension is formed thereon which has a width within the range of 0.5 - 1.5 δ and a thickness within the range of 0.2 - 0.5 δ, the abutting casings are mounted in a centring (in relation to the outer diameter) device and the abutting casings are spot-welded in advance along the perimeter in the plane of the seam, with a stepwise movement of the electrode of 20 - 50 δ, wherein the main continuous welding is performed in such a way as to form a weld penetration zone with a width of 4-6 δ, wherein heat elimination in the parts being welded begins to be achieved at a distance which is no more than 6 - 8 δ from the plane of the seam, where δ is the thickness of the wall of the casing being welded, in mm; а and b are the constant coefficients for the range δ/R = 0.003÷0.01 which are equal to 0.1 - 0.3 and 0.075 - 0.375, respectively; R is the radius of the casing being welded, in mm.
Description
СПОСОБ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ ТОНКОСТЕННЫХ METHOD OF BUTT WELDING MELTING THIN-WALLED
ОБОЛОЧЕКSHELL
Область техникиTechnical field
Предлагаемое изобретение относится к сварочному производству, а в частности к области технологии стыковой сварки оплавлением в среде защитных газов с подачей реагентов галогенов в зону сварки, и может быть применено при сварке особо тонкостенных оболочек, трубных заготовок и т.п. из нержавеющих сталей.The present invention relates to welding production, and in particular to the field of flash butt welding technology in the environment of shielding gases with the supply of halogen reagents to the welding zone, and can be used for welding especially thin-walled shells, tube blanks, etc. from stainless steels.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Для выполнения сварки особо тонкостенных изделий с большими поперечными сечениями необходимо обеспечить полное совпадение стыкуемых кромок изделий, как по толщине, так и по периметру с соблюдением соосности и точности центрирования свариваемых деталей.To perform welding of especially thin-walled products with large cross-sections, it is necessary to ensure complete coincidence of the joined edges of the products, both in thickness and in perimeter, in compliance with the alignment and accuracy of centering of the parts to be welded.
Кроме того, применительно к сварке особо тонкостенных изделий без специальной подготовки деталей не представляется возможным осуществлять качественное оплавление стыкуемых торцов в силу соизмеримости параметров шероховатости и разнотолщинности стыкуемых торцов с их толщиной. Это обусловлено тем, что при стыковой сварке оплавлением вследствие случайного характера образования контактных перемычек по стыкуемых торцам под действием протекающего по контактным перемычкам сварочного тока происходит быстрый перегрев металла перемычек и выброс его из зоны сварки. Кроме того, ввиду специфических особенностей нагрева металла при непрерывном оплавлении не удается получить достаточно широкую зону разогрева, необходимую для качественной сварки изделий с большими сечениями. В настоящее время общепризнанным является факт влияния качества подготовки поверхностного слоя (шероховатость, волнистость, износостойкость, микротвердость, остаточные напряжения) деталей на их свариваемость.In addition, with regard to welding of especially thin-walled products without special preparation of parts, it does not seem possible to carry out high-quality melting of the butt ends due to the commensurability of the roughness parameters and the thickness difference of the butt ends with their thickness. This is due to the fact that in flash butt welding due to the random nature of the formation of contact jumpers at the butt ends under the action of the welding current flowing through the contact jumpers, the metal of the jumpers quickly overheats and is ejected from the welding zone. In addition, due to the specific features of metal heating during continuous reflow, it is not possible to obtain a sufficiently wide heating zone necessary for high-quality welding of products with large cross sections. At present, it is generally recognized that the quality of surface layer preparation (roughness, waviness, wear resistance, microhardness, residual stresses) of parts affects their weldability.
Известно также и то, что при выполнении сварки особо тонкостенных изделий с большими поперечными сечениями происходит неодинаковое изменение периметров свариваемых заготовок вследствие температурно-силовых деформаций, возникающих в материале свариваемых заготовок при реализации процесса сварки. Данные изменения длин периметров приводят в лучшем случае к короблению свариваемых заготовок или к прожиганию свариваемых заготовок. Для качественной реализации способа сварки
тонкостенных оболочек необходимо обеспечить полное совпадение стыкуемых кромок изделий, как по толщине, так и по периметру с соблюдением соосности и точности центрирования свариваемых деталей и поддерживать такое состояния в процессе самого процесса сварки.It is also known that when welding particularly thin-walled products with large cross-sections, an unequal change in the perimeters of the welded workpieces occurs due to temperature-force deformations that occur in the material of the welded workpieces during the implementation of the welding process. These changes in the lengths of the perimeters lead, at best, to warping of the welded workpieces or to burning of the welded workpieces. For high-quality implementation of the welding method thin-walled shells, it is necessary to ensure full coincidence of the joined edges of the products, both in thickness and in perimeter, in compliance with the alignment and accuracy of centering of the parts to be welded, and to maintain such a state during the welding process itself.
Известен способ подготовки и сборки под сварку кольцевых стыков, преимущественно нежестких конструкций, включающий механическую обработку кромок до заданного размера и сборку на центрирующем разжимном кольце, вначале каждую из свариваемых деталей устанавливают на центрирующем кольце, разжимают кольца, упруго деформируют свариваемые кромки, и выполняют их механическую обработку, а затем осуществляют сборку стыка, для чего совмещают кольца по соосно сопрягаемым поверхностям (SU 1185781 Al, 27.04.2006).A known method of preparing and assembling for welding ring joints, mainly non-rigid structures, including machining the edges to a predetermined size and assembling on a centering expansion ring, first, each of the parts to be welded is mounted on a centering ring, the rings are expanded, the edges to be welded elastically deform, and their mechanical processing, and then the assembly of the joint is carried out, for which the rings are aligned on the coaxially mating surfaces (SU 1185781 Al, 04/27/2006).
Недостатком данного решения является то, что при выполнении механической обработки для случая тонкостенных деталей образуются торцы с шероховатостью , соизмеримой с толщиной стенки деталей, что не позволяет проводить качественную их сварку.The disadvantage of this solution is that when machining for the case of thin-walled parts, ends are formed with a roughness commensurate with the wall thickness of the parts, which does not allow for their high-quality welding.
Известен способ подготовки кромок труб под сварку, включающий токарную обработку и холодную деформацию торца трубы с образованием на его верхней кромке присадочного выступа, торец одной из свариваемых труб торцуют резцом под углом 90° к ее оси, а торец второй трубы обрабатывают изнутри под 90°, оставляя в верхней части торца кольцевой выступ толщиной и длиной не более 4 мм, затем раскатным роликом этот кольцевой выступ отгибают наружу под углом от 45 до 90° по отношению к оси трубы, а полученный отогнутый выступ протачивают, придавая ему в поперечном сечении форму присадочного выступа в виде равнобедренного треугольника или равнобедренной трапеции, или прямоугольника, после чего в торце под присадочным выступом протачивают цилиндрическую полость с внутренним диаметром, равным наружному диаметру торца первой трубы (RU 2 288 827 Cl, 10.12.2006).A known method of preparing pipe edges for welding, including turning and cold deformation of the pipe end with the formation of a filler protrusion on its upper edge, the end of one of the pipes to be welded is cut with a cutter at an angle of 90 ° to its axis, and the end of the second pipe is machined from the inside at 90 °, leaving an annular protrusion with a thickness and a length of not more than 4 mm in the upper part of the end face, then this annular protrusion is bent outward at an angle of 45 to 90 ° with the roll roller, and the resulting bent protrusion is pumped, giving it in the butt echnom sectional shape of the protrusion of the filler in the form of an isosceles triangle or isosceles trapezium or rectangle, and then a projection end of a filler eat through a cylindrical cavity with an inner diameter equal to the outer diameter of the first pipe end (RU 2288827 Cl, 10.12.2006).
Недостатком данного решения является то, что он не позволяет проводить качественную их сварку.The disadvantage of this solution is that it does not allow for their high-quality welding.
Прототипом предлагаемого решения является решение по заявке RU -N°95118844 А, 20.11.1997. В данном решении предлагается способ, заключающийся в размещении заготовки в матрице на опоре и приложении к заготовке со стороны торца от обкатного инструмента усилий осадки с обеспечением в процессе формообразования перераспределение компонент фазового состава металла заготовки, до
кристаллографического уровня с феноменологическим сочетанием физических характеристик.The prototype of the proposed solution is the decision on the application RU -N ° 95118844 A, 11/20/1997. This solution proposes a method consisting in placing a workpiece in a matrix on a support and applying upsetting forces to the workpiece from the end tool from the rolling tool to ensure redistribution of the phase composition components of the workpiece metal during shaping, up to crystallographic level with a phenomenological combination of physical characteristics.
Недостатками данного решения является то, что при действии высоких контактных давлений, происходит в заданном направлении, сжатие и перераспределение материала , который не удалятся с обрабатываемой зоны , что не обеспечивает качества подготовки свариваемых тонкостенных оболочечных заготовок.The disadvantages of this solution is that under the action of high contact pressures, compression and redistribution of material that does not move away from the treated area occurs in a given direction, which does not ensure the quality of preparation of welded thin-walled shell blanks.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является создание способа сварки кольцевых стыков тонкостенных оболочек для получения различных замкнутых емкостей.An object of the present invention is to provide a method for welding ring joints of thin-walled shells to produce various closed containers.
Техническим результатом изобретения является возможность повышения качества сварного шва за счет создания плотной, мелкозернистой его структуры и отсутствия микродефектов , возможность удаления с обрабатываемой зоны необходимого материала, что обеспечивает качество подготовки свариваемых тонкостенных оболочечных заготовок, а также упрощения технологии сборки с применением надежного и простого по конструкции устройства.The technical result of the invention is the ability to improve the quality of the weld due to the creation of a dense, fine-grained structure and the absence of microdefects, the ability to remove the necessary material from the treated area, which ensures the quality of preparation of the welded thin-walled shell blanks, as well as simplifying assembly technology using a reliable and simple in design devices.
Технический результат достигается тем, что способ стыковой сварки оплавлением тонкостенных преимущественно не жестких оболочек, содержит подготовку стыкуемых торцов, установку в стык на центрирующих приспособлениях и совместное плавление при условии предварительного выдерживания установленного зазора между примыкающими друг к другу поверхностями достаточного для образования сварки, при этом на каждой из стыкуемых оболочек путем пластического деформирования осуществляют деформацию микровыступов по свариваемой поверхности торца с его осадкой на величину Δ h = a δ + b δ / R роликами с параметром шероховатости Ra < 0,16 мкм , перемещают деформируемый металл по торцу заготовки в сторону внутренней поверхности и формируют на ней внутренний кольцевой отросток - поясок шириной в пределах (0,5 -1,5) δ и толщиной в пределах (0,2 - 0.5) δ, устанавливают стыкуемые оболочки в центрирующее по наружному диаметру устройство и предварительно по периметру в плоскости стыка осуществляют их точечную сшивку-сварку с шаговым перемещением электрода (20 -50) δ, причем основную сплошную сварку ведут с образованием зоны проплавления, ширина которой составляет (4-6) δ, при этом отвод тепла в свариваемых деталях
начинают осуществлять на длине, составляющей не более (6 - 8) δ от плоскости стыка, где δ - толщина стенки свариваемой оболочки, мм.,The technical result is achieved by the fact that the method of butt welding by fusion of thin-walled mostly non-rigid shells comprises preparation of butt ends, installation in a joint on centering devices and joint melting provided that the established gap between adjacent surfaces sufficient to form a weld is preliminarily maintained, while each of the joined shells by plastic deformation carry out the deformation of microprotrusions along the welded end surface with its upset by Δ h = a δ + b δ / R with rollers with a roughness parameter Ra <0.16 μm, the deformable metal is moved along the end face of the workpiece toward the inner surface and an inner annular process is formed on it - a girdle with a width within (0 , 5 -1.5) δ and a thickness in the range of (0.2 - 0.5) δ, install abutting shells in a centering device on the outer diameter, and preliminarily along the perimeter in the interface plane perform their spot stitching-welding with stepwise movement of the electrode (20 - 50) δ, and the main continuous welding is carried out with the image a zone of penetration, the width of which is (4-6) δ, while the heat is removed in the welded parts begin to implement at a length of no more than (6 - 8) δ from the joint plane, where δ is the wall thickness of the welded shell, mm.,
а, b - постоянные коэффициенты для диапазона δ/R = 0,003 ' 0,01 соответственно равные 0,1 - 0,3 и 0,075 - 0,375;a, b are constant coefficients for the range δ / R = 0.003 ' 0.01, respectively, equal to 0.1 - 0.3 and 0.075 - 0.375;
R - радиус свариваемой оболочки, мм.R is the radius of the welded shell, mm
Деформацию микровыступов на торце и его осадку ведут с ограничением радиальных деформаций примыкающей к торцу наружной боковой поверхности.The deformation of the microprotrusions at the end and its upset is limited by the radial deformations of the outer side surface adjacent to the end.
Деформацию микровыступов на торце и его осадку ведут с одновременной обкаткой роликами примыкающей к торцу наружной боковой поверхности.The deformation of the microprotrusions at the end and its upset is carried out with simultaneous run-in by the rollers adjacent to the end of the outer side surface.
Деформацию микровыступов по свариваемой поверхности торца осуществляют роликами с диаметром равным (4-6) δ и с параметром твердости материала HRc > 65.The deformation of microprotrusions along the welded surface of the end face is carried out by rollers with a diameter equal to (4-6) δ and with a material hardness parameter HRc> 65.
Деформацию микровыступов по свариваемой поверхности торца осуществляют с контактным усилием на ролик 200 - 300 H.The deformation of the microprotrusions along the welded surface of the end face is carried out with a contact force of 200 to 300 H.
Точечную сшивку ведут в два оборота со смещением на втором обороте на полшага от первой сшивки.Spot stitching is carried out in two turns with an offset at the second turn half a step from the first stitching.
Тонкостенные кольцевые пояски на внутренних поверхностях свариваемых оболочек выполняют одного внутреннего диаметра для каждой из свариваемых оболочек- заготовок.Thin-walled annular belts on the inner surfaces of the welded shells have one inner diameter for each of the welded shell blanks.
Тонкостенные кольцевые пояски на внутренних поверхностях свариваемых оболочек выполняют под непрямым углом во внутрь каждой из свариваемых оболочек- заготовок.Thin-walled annular belts on the inner surfaces of the welded shells are made at an indirect angle into each of the welded shell blanks.
В точку прогрева материала с наружной и с внутренней поверхности свариваемых оболочек подают различные по составу защитные газовые среды.Protective gas media of various compositions are supplied to the material heating point from the outer and inner surfaces of the welded shells.
После пластического деформирования перед сваркой торцевые поверхности заготовок промывают сольвентом.After plastic deformation before welding, the end surfaces of the workpieces are washed with solvent.
Преимущество изобретения заключается в простоте его реализации и потребительской привлекательности.The advantage of the invention lies in the simplicity of its implementation and consumer appeal.
Краткое описание чертежей изобретенияBrief Description of the Drawings of the Invention
На фиг. 1 и Фиг. 2 показана схема процесса пластического деформирования. На фиг. 3 показана схема шероховатости поверхности детали. На фиг. 4 показана упрощенная схема поля напряжений.
На фиг. 5 показана схема образованного буртика.In FIG. 1 and FIG. 2 shows a diagram of a plastic deformation process. In FIG. 3 shows a diagram of the surface roughness of a part. In FIG. 4 shows a simplified diagram of a stress field. In FIG. 5 shows a diagram of an formed bead.
На фиг. 6 показана схема образования напряжений при однопроходной сварке пластин встык.In FIG. 6 shows a diagram of the formation of stresses during single-pass butt welding of plates.
На фиг. 7. показано образование поперечной усадки при однопроходной сварке встык.In FIG. 7. shows the formation of transverse shrinkage during single-pass butt welding.
На фиг.8 и Фиг. 9. показаны деформации в плоскости при сварке узких и длинных пластин.8 and FIG. 9. shows the deformation in the plane when welding narrow and long plates.
Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention
Как правило, изготовленные особо тонкостенные оболочки и трубные заготовки из листовых полуфабрикатов за счет деформации в процессе их производства имеют отклонения в линейных размерах диаметров, толщин, чистоте обработки торцов и т.д.As a rule, manufactured especially thin-walled shells and tube blanks from semi-finished sheet products due to deformation during their production have deviations in the linear dimensions of diameters, thicknesses, end face finish, etc.
Известно, что микрогеометрия реальной обработанной поверхности зависит от большого количества различных факторов (режимов резания, погрешностей формы, вибрации технологической системы и т.д.), поэтому ее рассматривают как реализацию случайного поля микронеровностей и определяют показателями типа Rz ,Rc и Ra.It is known that the microgeometry of a real treated surface depends on a large number of different factors (cutting conditions, shape errors, vibration of the technological system, etc.), therefore it is considered as the realization of a random field of microroughnesses and is determined by indicators of the type Rz, Rc and Ra.
На деталях с неровностями поверхности происходит адсорбирование различных газов , которое кроме отмеченных выше эффектов приводят к значительным трудностям при сваривании тонких деталей. Количество адсорбированных газов у металлов и сплавов сильно зависит от степени шероховатости их поверхности. Так, у большинства сверхвысоковакуумных камер аналитических и технологических установок, выпускаемых многими известными фирмами, их внутренняя поверхность обычно обработана до степени шероховатости Ra 1-3 мкм. Такая поверхность в сечении выглядит примерно так, как показано на Фиг 1.Adsorption of various gases occurs on parts with surface irregularities, which, in addition to the effects noted above, leads to significant difficulties in welding thin parts. The amount of adsorbed gases in metals and alloys strongly depends on the degree of roughness of their surface. So, in most ultrahigh-vacuum chambers of analytical and technological installations produced by many well-known companies, their inner surface is usually machined to a roughness level of Ra 1-3 microns. Such a surface in cross section looks approximately as shown in FIG. 1.
Если удается отполировать эту поверхность до степени шероховатости Ra 0,1-0,3 мкм, то ее реальная площадь уменьшается больше, чем на порядок. Общее количество дефектов в структуре становится значительно меньше, и эта поверхность выглядит примерно так, как показано на Фиг.2.If it is possible to polish this surface to a roughness Ra of 0.1-0.3 μm, then its real area decreases by more than an order of magnitude. The total number of defects in the structure becomes much smaller, and this surface looks approximately as shown in Figure 2.
Добиться высокой чистоты обработки возможно путем обработки подготавливаемой поверхности методами пластического деформирования, например обкатными роликами с параметром чистоты рабочей поверхности Ra < 0,16 мкм и параметром твердости материала HRc > 65.
На Фиг.З показана деформация поверхностного слоя при движении инструмента перпендикулярно плоскости выглаживания. Прижатый к обрабатываемой поверхности с силой Py инструмент внедряется в нее на глубину Rд и при своем движении сглаживает исходные неровности. После прохода инструмента происходит частичное упругое восстановление поверхности на величину Δ^ .It is possible to achieve high purity of the treatment by treating the prepared surface with plastic deformation methods, for example, by rolling rollers with the working surface cleanliness parameter Ra <0.16 μm and the material hardness parameter HRc> 65. On Fig.3 shows the deformation of the surface layer when the tool is moving perpendicular to the plane of smoothing. Pressed to the work surface with a force P y, the tool is embedded into it to a depth of R d and during its movement smooths out the initial irregularities. After the passage of the tool, a partial elastic restoration of the surface by Δ ^ occurs.
В результате пластического деформирования обрабатываемой поверхности происходит сглаживание исходных неровностей и образование нового микрорельефа поверхности со значительно меньшей высотой неровностей Rz. Размер детали уменьшается на величину остаточной деформации Δ пв-As a result of plastic deformation of the treated surface, the initial roughnesses are smoothed out and a new surface microrelief is formed with a significantly lower roughness height Rz. The size of the part is reduced by the value of permanent deformation Δ pv-
Особенностью процесса пластического деформирования является то, что впереди выглаживателя образуется валик пластически деформированного металла Rв, который в результате многократного воздействия размазывается.A feature of the process of plastic deformation is that in front of the smoothener a platically deformed metal roller R B is formed , which is smeared as a result of repeated exposure.
Особенностью предлагаемого решения по изобретению является то, что в данном случае при выглаживании деформированный валик материала не размазывается или удаляется, а претерпевает дополнительную упругопластическую деформацию в направлении перпендикулярном движению инструмента. То есть в данном решении предлагается образующийся перед выглаживателем валик материала сдвигать в направлении перпендикулярном движению выглаживателя.A feature of the proposed solution according to the invention is that in this case, when smoothing, the deformed material roller is not smeared or removed, but undergoes additional elastoplastic deformation in the direction perpendicular to the movement of the tool. That is, this solution proposes to shift the material roller formed in front of the smoother in a direction perpendicular to the motion of the smoother.
Оптимальное усилие деформационного выглаживания Py = 200 - 300 H. При Py = ЗООН возрастает глубина упрочненного слоя, увеличивается микротвердость в нижних слоях, однако уменьшается микротвердость в верхнем тонком поверхностном слое, за счет уменьшения пластичности.The optimum deformation smoothing force is Py = 200 - 300 H. At Py = HOO, the depth of the hardened layer increases, the microhardness in the lower layers increases, but the microhardness in the upper thin surface layer decreases, due to a decrease in ductility.
На Фиг.4 показана упрощенная схема поля напряжений , возникающего при пластическом деформировании роликом.Figure 4 shows a simplified diagram of the stress field that occurs during plastic deformation of the roller.
Точка А' определяет длину L передней вне контактной поверхности волны BA1. A7K7Д7C7- граница области развитых пластических деформаций, нижняя точка которой определяет толщину упрочняемого слоя h. Поля деформаций, расположенные ниже этой точки, не вызывают заметного изменения сопротивления металла пластическим деформациям. Линии BK7 и KA7 подходят к BA7 под углом π IA . Из геометрических соображений:
Point A 'defines the length L of the front wave outside the contact surface of the wave BA 1 . A 7 K 7 D 7 C 7 is the boundary of the region of developed plastic deformations, the lower point of which determines the thickness of the hardened layer h. Deformation fields located below this point do not cause a noticeable change in the metal resistance to plastic deformation. Lines BK 7 and KA 7 approach BA 7 at an angle π IA. For geometric reasons:
При наиболее часто применяемых режимах обработки 1 » h в. h - 0.7Z (2)
Исследованиями установлено, чтоAt the most frequently used processing modes 1 "h in . h - 0.7Z (2) Studies have found that
L - 2,WW (3)L - 2, W W (3)
Подставляя (3) в (2) получим величину осадки за один проход деформирующего инструмента. к = \,5<Jd (4).Substituting (3) in (2) we obtain the amount of draft in one pass of the deforming tool. k = \, 5 <Jd (4).
Как уже отмечалось, в соответствии с предлагаемым решением в процессе выглаживания торца детали образовавшуюся волну материала предлагается смещать в направлении внутренней поверхности свариваемой детали, и в результате чего, образовывать кольцевой буртик (отросток - поясок), местно увеличивающий толщину стенки детали и в несколько раз повышающий локальную изгибную жесткость тopцa.(Фиг.5). Так при величинах буртика равных 0,5 -1,5 толщины стенки локальная изгибная жесткость торца увеличивается в 3.37 - 15.625 раз.As already noted, in accordance with the proposed solution, in the process of smoothing the end of the part, the formed wave of material is proposed to be displaced in the direction of the inner surface of the part to be welded, and as a result, to form an annular collar (process - girdle), locally increasing the thickness of the part wall and several times increasing local bending stiffness of the trot. (Figure 5). So, with the flange values equal to 0.5-1.5 of the wall thickness, the local bending stiffness of the end increases by 3.37 - 15.625 times.
Образование буртика с такими параметрами резко упрощает технологические манипуляции при проведении подготовительных работ к сварке.The formation of a shoulder with such parameters greatly simplifies technological manipulations during the preparatory work for welding.
Учитывая величину осадки торца h получаемую за один проход деформирующего инструмента и исходя из равенства вытесненного обьема материала и обьема материала в формируемом буртике, полную величину осадки торца Δ h можно определить по простейшей зависимостиTaking into account the value of the end face settlement h obtained in one pass of the deforming tool and based on the equality of the displaced volume of material and the volume of material in the formed collar, the total value of the end face settlement Δ h can be determined by the simplest dependence
Δ h = a δ + b δ2/ RΔ h = a δ + b δ 2 / R
где а, b - постоянные коэффициенты для диапазона δ/R=0,003 ' 0,01 соответственно равные 0,1 - 0,3 и 0,075 - 0,375 ; δ - толщина исходной металлической заготовки, мм; R - радиус нейтрального слоя заготовки, мм.where a, b are constant coefficients for the range δ / R = 0.003 ' 0.01, respectively, equal to 0.1 - 0.3 and 0.075 - 0.375; δ is the thickness of the initial metal billet, mm; R is the radius of the neutral layer of the workpiece, mm
Общеизвестно также и то, что при сварке оболочек или пластин встык возникает двухосное напряженное состояние металла в зоне сварки.It is also well known that when welding shells or plates end-to-end, a biaxial stress state of the metal arises in the welding zone.
Типичная картина распределения напряжений в металле при движении горячего источника тепла представлена на Фиг.6.A typical picture of the stress distribution in a metal during movement of a hot heat source is shown in Fig.6.
Часть зоны //, прилегающая к зоне /, характеризуется наличием значительных поперечных сжимающих напряжений σу. Здесь происходят пластические деформации металла. В зоне III а, испытывающей нагрев при движении источника тепла, нарастают сжимающие напряжения σх и σу, причем вблизи зоны / напряжения σу незначительны.
Нарастание сжимающих напряжений σх с протеканием пластических деформаций укорочения сменяется на границе зон III а и Шб спадом сжимающих напряжений, а затем и переходом их по мере остывания металла в растягивающие напряжения. По границе зон / и IV напряжения близки к нулю, а в зоне IV σх и σу оказываются растягивающими. По мере удаления источника в зоне шириной 26, где происходили пластические деформации, возникают остаточные растягивающие напряжения σх. В металле за пределами зоны пластических деформаций 26, при большой ширине пластины напряжения оказываются близкими к нулю.The part of zone // adjacent to zone / is characterized by the presence of significant transverse compressive stresses σу. Here, plastic deformations of the metal occur. In zone IIIa, which experiences heating during the movement of the heat source, compressive stresses σx and σy increase, and near the zone / stress σy are insignificant. The increase in compressive stresses σx with the occurrence of plastic shortening strains is replaced at the boundary of zones IIIa and IIIb by a decrease in compressive stresses, and then their transition as the metal cools into tensile stresses. At the boundary of zones / and IV, the stresses are close to zero, and in zone IV σx and σy are tensile. As the source moves away in a zone of width 26 where plastic deformations occurred, residual tensile stresses σx arise. In a metal outside the zone of plastic deformation 26, with a large plate width, the stresses turn out to be close to zero.
Результаты определения перемещений края пластины при нагреве ее движущимся источником тепла можно использовать для объяснения механизма образования поперечной усадки в зоне сварного шва.The results of determining the displacements of the plate edge when heated by a moving heat source can be used to explain the mechanism of the formation of transverse shrinkage in the weld zone.
Если сваривают две пластины с зазором (Фиг. 7, б), то кромки каждой из пластин будут испытывать поперечные перемещения v. Впереди источника нагрева ничто не препятствует перемещению кромок навстречу друг другу. В момент сваривания кромок перемещения достигают максимальной величины vmах , а взаимное приближение кромок составляет 2 vmах. Если бы металл после сварки, находясь при высокой температуре, обладал высокой прочностью, то уменьшение v позади источника нагрева приводило бы сразу к подтягиванию пластин друг к другу и образованию поперечной усадки 2vmax. В действительности на участке OA металл обладает небольшим сопротивлением пластической деформации, в результате чего на этом участке металл течет и происходит его удлинение на величину 2 (vmах — vА).If two plates are welded with a gap (Fig. 7, b), then the edges of each of the plates will experience transverse displacements v. In front of the heating source, nothing prevents the edges from moving towards each other. At the moment of welding of the edges, the displacements reach the maximum value vmax, and the mutual approximation of the edges is 2 vmax. If the metal after welding, being at high temperature, had high strength, then a decrease in v behind the heating source would immediately lead to the pulling of the plates to each other and the formation of transverse shrinkage 2vmax. In fact, in the OA region, the metal has a small resistance to plastic deformation, as a result of which the metal flows in this region and elongates by 2 (vmax - vA).
В точке А пластическое удлинение металла в направлении поперек шва прекращается; взаимное сближение кромок составляет 2vA. В дальнейшем после полного остывания металла возникает поперечная усадка Апоп = 2vA. Величина пластической деформации, т. е. разность 2(vmax — vА), зависит главным образом от механических свойств металла и от теплоотдачи в воздух. Чем выше теплоотдача, тем быстрее снижается кривая v позади источника. При этом спад v не соответствует спаду температур металла. Поэтому при плавном снижении v (пунктирная кривая на Фиг. 7, а) увеличивается величина 2 vА и уменьшается пластическая деформация.At point A, the plastic elongation of the metal in the direction across the seam ceases; mutual convergence of edges is 2vA. Subsequently, after complete cooling of the metal, transverse shrinkage Apop = 2vA occurs. The magnitude of plastic deformation, i.e., the difference 2 (vmax - vA), depends mainly on the mechanical properties of the metal and on heat transfer to the air. The higher the heat transfer, the faster the v curve behind the source decreases. In this case, the decrease in v does not correspond to the decrease in the temperature of the metal. Therefore, with a smooth decrease in v (dashed curve in Fig. 7, a), the value of 2 vA increases and plastic deformation decreases.
В пластинах, свариваемых встык без зазора, кромки впереди источника тепла не могут перемещаться беспрепятственно. До некоторой точки В (Фиг.7, а) происходит упругое вдавливание металла из-за того, что кромки упираются друг в друга. От точки В до точки D происходит пластическая деформация осаживания металла. При этом участок
CB, который испытывает упругую деформацию, влияет на величину Vmах в точке D вследствие упругого взаимодействия участков металла ВС и BD. В результате при сварке пластин без зазора, а также при проваре целой неразрезанной пластины величина 2 vmах оказывается меньше, а следовательно, меньше и поперечная усадка, равная 2vA. Поперечная усадка в этом случае на 15 — 20% меньше, чем при сварке с зазором. При идеально упругом протекании процесса сварки двух пластин встык максимально возможная величина 2 vmах выражается формулойIn fusion-welded plates, the edges in front of the heat source cannot move unhindered. Up to a certain point B (Fig. 7, a), an elastic indentation of the metal occurs due to the fact that the edges abut against each other. From point B to point D, plastic deformation of the metal deposition occurs. In this area CB, which experiences elastic deformation, affects the value of Vmax at point D due to the elastic interaction of the metal sections of the BC and BD. As a result, when welding plates without a gap, and also when a whole uncut plate is penetrated, the value of 2 vmax is less, and therefore the transverse shrinkage of 2vA is less. Transverse shrinkage in this case is 15 - 20% less than when welding with a gap. With perfectly elastic course of the welding process of two plates end-to-end, the maximum possible value of 2 vmax is expressed by the formula
2υ - 2 — . -2-2υ - 2 -. -2-
Фактическая величина поперечной усадки, возникающей в момент сваривания и остающейся после полного остывания пластин, меньше теоретически возможной.The actual value of the transverse shrinkage that occurs at the time of welding and remains after the plates have completely cooled is less than theoretically possible.
При электродуговой однопроходной сварке пластин встык, когда они собраны без зазора, α qFor single-pass electric arc welding of plates, when they are assembled without a gap, α q
Δrtαfl < (0,5÷0f7) 2vmж = (1.0-И.4) -— -^Δ rtαfl <(0.5 ÷ 0 f 7) 2v mzh = (1.0-I.4) -— - ^
Формула справедлива для низкоуглеродистых, низколегированных и аустенитных сталей, а также для титановых и алюминиевых сплавов толщиной примерно до 16 мм.The formula is valid for low carbon, low alloy and austenitic steels, as well as for titanium and aluminum alloys up to a thickness of about 16 mm.
Поперечная усадка свариваемых встык пластин обнаруживается не сразу после сварки, а лишь после полного остывания пластин, хотя сближение кромок происходит непосредственно в процессе их сваривания.The transverse shrinkage of the butt-welded plates is not detected immediately after welding, but only after the plates have completely cooled, although the edges converge directly during their welding.
Во время прохода источника нагрева в перемещениях участвует сравнительно узкая зона металла, а именно нагретая до высокой температуры. Поэтому закрепление пластин не оказывает практически никакого влияния на поперечное перемещение кромок во время сваривания. Лишь на стадии остывания, когда закрепления достаточно сильны, возможна пластическая деформация металла, приводящая к уменьшению поперечной усадки. На начальных участках шва квазистационарное перемещение кромок не достигается, поперечная усадка здесь несколько меньше по величине, чем на остальной части шва.During the passage of the heating source, a relatively narrow metal zone, namely, heated to a high temperature, takes part in the movements. Therefore, the fixing of the plates has practically no effect on the lateral movement of the edges during welding. Only at the cooling stage, when the fastenings are strong enough, plastic deformation of the metal is possible, leading to a decrease in transverse shrinkage. In the initial sections of the seam, quasi-stationary movement of the edges is not achieved, the transverse shrinkage is somewhat smaller in magnitude than in the rest of the seam.
При повторном нагреве по одному и тому же месту поперечная усадка от второго шва равна усадке от первого шва, если при этом не изменились условия нагрева. Если пластины сваривают с зазором, то может оказаться, что еще до подхода источника тепла
вследствие временных деформаций кромки могут сблизиться или отойти друг от друга. В этом случае полная поперечная усадка будет состоять из перемещений, возникших от временных деформаций пластин в целом, и перемещений непосредственно в зоне сварки. При сварке пластин, собранных без зазора или собранных на прихватках, поперечная усадка, как правило, не зависит от временных деформаций. Исключение составляют случаи, когда, например, собранные без зазора, но не скрепленные между собой детали в процессе сварки отходят друг от друга. Отход пластин друг от друга и открывание зазора при сварке может происходить вследствие двух причин: так называемых временных структурных деформаций и неравномерного нагрева узких пластин по ширине. Деформации узких пластин от неравномерного нагрева по ширине по существу являются продольными деформациями изгиба в плоскости (Фиг.8). Изгиб пластин происходит вследствие того, что нагретая сторона пластины расширяется, в то время как холодная сопротивляется этому расширению. По мере уменьшения ширины пластины при постоянной мощности источника нагрева деформации, вызванные поворотом сечений, возрастают. Однако очень узкие пластины могут прогреваться полностью до высоких температур и не иметь значительных угловых деформаций.When re-heating in the same place, the transverse shrinkage from the second seam is equal to the shrinkage from the first seam, if the heating conditions have not changed. If the plates are welded with a gap, it may turn out that even before the heat source approaches due to temporary deformations, the edges can approach or move away from each other. In this case, the complete transverse shrinkage will consist of displacements resulting from temporary deformations of the plates as a whole and displacements directly in the weld zone. When welding plates assembled without a gap or assembled on tacks, transverse shrinkage, as a rule, does not depend on temporary deformations. The exception is cases when, for example, parts assembled without a gap, but not fastened together, during the welding process depart from each other. Departure of the plates from each other and the opening of the gap during welding can occur due to two reasons: the so-called temporary structural deformations and uneven heating of narrow plates in width. The deformations of narrow plates from uneven heating in width are essentially longitudinal bending deformations in the plane (Fig. 8). The bending of the plates occurs due to the fact that the heated side of the plate expands, while the cold side resists this expansion. As the plate width decreases with constant power of the heating source, the deformations caused by the rotation of the sections increase. However, very narrow plates can warm up completely to high temperatures and not have significant angular deformations.
Ширина пластин, при которой деформациями от поворота сечений можно пренебречь, зависит от режима сварки и теплофизических свойств металла. ДляThe width of the plates, at which deformations from the rotation of the sections can be neglected, depends on the welding mode and the thermophysical properties of the metal. For
объективной оценки ширины пластин следует пользоваться отношением ba , где В — ширина одной пластины , 60 — ширина зоны, нагревающейся до температуры, при которой предел текучести металла близок к нулю.an objective assessment of the width of the plates should use the ratio b a , where B is the width of one plate, 60 is the width of the zone heated to a temperature at which the yield strength of the metal is close to zero.
Если пользоваться теорией мощных быстродвижущихся источников тепла, то величину bО можно найти по формуле h - °>242 Я 0 ~ cγГβ ' M # If we use the theory of powerful fast-moving heat sources, then the bO value can be found by the formula h - °> 242 I 0 ~ cγГ β ' M #
При отношениях 0O пластины можно считать широкими, а угловые деформации от неравномерного нагрева — незначительными.At 0 O ratios, the plates can be considered wide, and the angular deformations from uneven heating are insignificant.
Продольные остаточные деформации укорочения при сварке пластин встык, если не имели места деформации изгиба в процессе сварки, определяют по формулеLongitudinal residual shortening strains during butt welding, if there were no bending strains during welding, is determined by the formula
Δ - Ь£
p _ ι j Я где *" °c ' — усадочная сила,Δ - b £ p _ ι j I where * "° c ' - shrink power,
/ и F — длина и площадь сечения сваренной пластины./ and F is the length and cross-sectional area of the welded plate.
При сварке двух пластин различной ширины (Фиг.7, б) усадочная сила Рус, расположенная на расстоянии уО от центральной оси, создает изгибающий момент M. Сваренные пластины после остывания, помимо продольного укороченияWhen welding two plates of different widths (Fig. 7, b), the shrinkage force Rus, located at a distance yO from the central axis, creates a bending moment M. The welded plates after cooling, in addition to longitudinal shortening
Δ 1 „ ?u<1 будут также изгибаться.Δ 1 „ ? U < 1 will also bend.
Приведенные выше соображения и зависимости позволяют выбрать оптимальные размеры проплавляемой зоны, минимальную длину с которой необходимо осуществлять отвод тепла с проплавляемой зоны, а также установить оптимальные размеры длины прихвата деталей с целью исключения коробления при сварке и уменьшения остаточных напряжений в свариваемой конструкции.The above considerations and dependencies make it possible to choose the optimal dimensions of the fused zone, the minimum length with which it is necessary to remove heat from the fused zone, as well as to establish the optimal dimensions of the length of the stuck parts in order to eliminate warpage during welding and reduce residual stresses in the welded structure.
В соответствии с предлагаемым решением поставленная задача выбора оптимальных параметров процесса сварки достигается тем, что сцентрированные стыкуемые оболочки по периметру в плоскости стыка предварительно сшивают точечно сваркой с заданным шаговым перемещением электрода (20 -50) δ, а основную сплошную сварку ведут с образованием зоны проплавления, ширина которой составляет (4-6) δ.In accordance with the proposed solution, the task of choosing the optimal parameters of the welding process is achieved by the fact that the concentrated abutting shells around the perimeter in the joint plane are pre-stitched by spot welding with a given step electrode movement (20 -50) δ, and the main continuous welding is carried out with the formation of a penetration zone, whose width is (4-6) δ.
Поставленная задача достигается и тем, что при реализации процесса сварки, отвод тепла в свариваемых деталях начинают осуществлять на длине, составляющей не более (5 - 8) δ от плоскости стыка тонкостенных деталей-оболочек.The task is also achieved by the fact that during the implementation of the welding process, heat is removed in the parts to be welded at a length of no more than (5 - 8) δ from the junction plane of thin-walled shell parts.
Технический результат изобретения достигается в диапазонах указанных соотношений, полученных экспериментальным путем.The technical result of the invention is achieved in the ranges of these ratios obtained experimentally.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.The inventive method is as follows.
Предварительно на специальных устройствах на оболочках заготовках выполняют деформацию микровыступов по свариваемой поверхности торцов с их осадкой на величину Δ h и достигают параметра шероховатости торцов Ra < 0,16 мкм. На данных специальных устройствах перемещают деформируемый металл по торцам заготовок в сторону внутренней поверхности и формируют на них внутренние кольцевые пояски шириной в пределах (0,5 -1,5) δ и толщиной в пределах (0,2 - 0.5) δ.Preliminarily, on special devices on the shells of the workpieces, microprotrusions are deformed along the welded surface of the ends with their draft by Δ h and the end roughness parameter Ra <0.16 μm is reached. On these special devices, the deformable metal is moved along the ends of the workpieces towards the inner surface and inner ring belts are formed on them with a width in the range of (0.5-1.5) δ and a thickness in the range of (0.2 - 0.5) δ.
Устанавливают стыкуемые оболочки в центрирующее по наружному диаметру устройство. При этом в конструкции центрирующего устройства предусмотрены
специальные охлаждающие элементы. После установки оболочек заготовок в центрирующее устройство и проверки соосности совпадения их торцов по периметру в плоскости стыка осуществляют точечную сшивку-сварку с шаговым перемещением электрода (шагом) (20 -50) δ. После локальной сшивки оболочек заготовок осуществляют основную сплошную сварку с образованием зоны проплавления, ширина которой составляет (4-6) δ . При этом отвод тепла в свариваемых деталях в направлении перпендикулярном шву начинают осуществлять на длине, составляющей не более (6 - 8) δ от плоскости стыка. Цикл точечной сшивки и основной сварки может быть осуществлен автоматически, то есть программным обеспечением сварочного автомата.Install mating shells in a centering device on the outer diameter. Moreover, the design of the centering device provides special cooling elements. After installing the shells of the workpieces in the centering device and checking the alignment of their ends along the perimeter in the joint plane, they perform spot stitching-welding with stepwise electrode movement (step) (20 -50) δ. After local stitching of the blanks shells, the main continuous welding is carried out with the formation of a penetration zone, the width of which is (4-6) δ. In this case, heat is removed in the parts to be welded in the direction perpendicular to the seam at a length of no more than (6-8) δ from the joint plane. The cycle of spot stitching and main welding can be carried out automatically, that is, by the software of the welding machine.
Для проверки заявляемого технического решения были изготавливали образцы сварных оболочек толщиной 0.5 мм и диаметром 147 и 213 мм из нержавеющей стали марки 08X18Hl ОТ. Образцы сварных стыков труб получали импульсно-дуговой сваркой неплавящимся электродом в среде аргона, азота и водорода. Сварку проводили сварочной головкой TIG. Полученные результаты подтвердили техническую и экономическую эффективность предлагаемого решения.To verify the claimed technical solution, samples of welded shells with a thickness of 0.5 mm and a diameter of 147 and 213 mm were made of stainless steel 08X18Hl OT. Samples of welded pipe joints were obtained by pulsed-arc welding with a non-consumable electrode in an atmosphere of argon, nitrogen and hydrogen. Welding was performed with a TIG welding head. The results obtained confirmed the technical and economic efficiency of the proposed solution.
С использованием предложенного способа появилась реальная возможность получать сварные конструкции типа замкнутых сосудов в виде тонкостенных оболочек -лейнеров. Изготовление и испытание тонкостенных оболочек - лейнеров изготовленных с использованием предлагаемого способа подтвердили их высокую надежность и эффективность.Using the proposed method, it became possible to obtain welded structures such as closed vessels in the form of thin-walled liner shells. The manufacture and testing of thin-walled shells - liners made using the proposed method have confirmed their high reliability and efficiency.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Изобретение может быть использовано в авиационной, космической, химической областях техники при изготовлении емкостей из коррозионно стойких сталей, алюминиевых сплавов и других материалов. Кроме того изобретение может быть использовано при изготовлении баллонов давления и строительстве трубопроводов, для хранения и транспортировки жидких и газообразных сред.
The invention can be used in the aviation, space, chemical fields of technology in the manufacture of containers from corrosion-resistant steels, aluminum alloys and other materials. In addition, the invention can be used in the manufacture of pressure cylinders and the construction of pipelines, for storage and transportation of liquid and gaseous media.
Claims
1. Способ стыковой сварки оплавлением тонкостенных оболочек, характеризующийся тем, что содержит подготовку стыкуемых торцов, установку в стык на центрирующих приспособлениях и совместное плавление при условии предварительного выдерживания установленного зазора между примыкающими друг к другу поверхностями достаточного для образования сварки, при этом на каждой из стыкуемых оболочек путем пластического деформирования осуществляют деформацию микровыступов по свариваемой поверхности торца с его осадкой на величину Δ h = a δ + b δ2/ R роликами с параметром шероховатости Ra < 0,16 мкм , перемещают деформируемый металл по торцу заготовки в сторону внутренней поверхности и формируют на ней внутренний кольцевой отросток - поясок шириной в пределах (0,5 -1,5) δ и толщиной в пределах (0,2 - 0.5) δ, устанавливают стыкуемые оболочки в центрирующее по наружному диаметру устройство и предварительно по периметру в плоскости стыка осуществляют их точечную сшивку-сварку с шаговым перемещением электрода (20 -50) δ , причем основную сплошную сварку ведут с образованием зоны проплавления , ширина которой составляет (4-6) δ , при этом отвод тепла в свариваемых деталях начинают осуществлять на длине, составляющей не более (6 - 8) δ от плоскости стыка, где δ - толщина стенки свариваемой оболочки, мм.;1. The method of butt welding by fusion of thin-walled shells, characterized in that it contains the preparation of abutting ends, installation in a joint on centering devices and joint melting, provided that the established gap between adjacent surfaces is sufficient to form a weld, while on each of the joined shells by plastic deformation carry out the deformation of the microprotrusion along the welded surface of the end with its draft by the value Δ h = a δ + b δ 2 / R roll with a roughness parameter Ra <0.16 μm, the wrought metal is moved along the end face of the workpiece toward the inner surface and an inner annular process is formed on it - a girdle with a width in the range of (0.5-1.5) δ and a thickness in the range of (0, 2 - 0.5) δ, install the mating shells in a centering device on the outer diameter and pre-perimeter in the plane of the joint perform spot stitching-welding with stepwise electrode movement (20 -50) δ, the main continuous welding being carried out with the formation of a penetration zone, width which d is (4-6) δ, wherein the heat dissipation in the welded parts begin to carry a length of not more than (6 - 8) δ from the joint plane where δ - the wall thickness of the welded shell mm .;
а, b - постоянные коэффициенты для диапазона δ/R = 0,003 " 0,01 соответственно равные 0,1 - 0,3 и 0,075 - 0,375; R - радиус свариваемой оболочки , мм.a, b are constant coefficients for the range δ / R = 0.003 " 0.01, respectively, equal to 0.1 - 0.3 and 0.075 - 0.375; R is the radius of the welded shell, mm.
2. Способ по п.l, в котором деформацию микровыступов на торце и его осадку ведут с ограничением радиальных деформаций примыкающей к торцу наружной боковой поверхности.2. The method according to claim 1, wherein the deformation of the microprotrusions at the end and its upset is limited by the radial deformations of the outer side surface adjacent to the end.
3. Способ по п.l, в котором деформацию микровыступов на торце и его осадку ведут с одновременной обкаткой роликами примыкающей к торцу наружной боковой поверхности. 3. The method according to claim 1, wherein the deformation of the microprotrusions at the end and its upset is carried out while rolling the rollers adjacent to the end of the outer side surface.
4. Способ по п.l, в котором деформацию микровыступов по свариваемой поверхности торца осуществляют роликами с диаметром равным (4-6) δ и с параметром твердости материала HRc > 65.4. The method according to claim 1, wherein the deformation of the microprotrusions along the surface to be welded is carried out by rollers with a diameter equal to (4-6) δ and with a material hardness parameter HRc> 65.
5. Способ по п.4, в котором деформацию микровыступов по свариваемой поверхности торца осуществляют с контактным усилием на ролик 200 - 300 H.5. The method according to claim 4, in which the deformation of the microprotrusions along the welded surface of the end face is carried out with a contact force of 200 to 300 H.
6. Способ по п.1 , в котором точечную сшивку ведут в два оборота со смещением на втором обороте на полшага от первой сшивки.6. The method according to claim 1, in which the dot stitching is carried out in two turns with an offset at the second revolution by half a step from the first stitching.
7. Способ по п.l, в котором тонкостенные кольцевые пояски на внутренних поверхностях свариваемых оболочек выполняют одного внутреннего диаметра для каждой из свариваемых оболочек- заготовок.7. The method according to p. 1, in which thin-walled annular belts on the inner surfaces of the welded shells perform one inner diameter for each of the welded shell blanks.
8. Способ по п.l, в котором тонкостенные кольцевые пояски на внутренних поверхностях свариваемых оболочек выполняют под непрямым углом во внутрь каждой из свариваемых оболочек- заготовок.8. The method according to p. 1, in which thin-walled annular bands on the inner surfaces of the welded shells are performed at an indirect angle into each of the welded shell blanks.
9. Способ по п.l, в котором в точку прогрева материала с наружной и с внутренней поверхности свариваемых оболочек подают различные по составу защитные газовые среды.9. The method according to claim 1, wherein various compositional protective gas media are supplied to the heating point of the material from the outer and inner surfaces of the welded shells.
10. Способ по п.l, в котором после пластического деформирования перед сваркой торцевые поверхности заготовок промывают сольвентом. 10. The method according to claim 1, wherein after plastic deformation before welding, the end surfaces of the workpieces are washed with solvent.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2008/000575 WO2010024709A1 (en) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | Method for flash-butt welding thin-walled casings |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2008/000575 WO2010024709A1 (en) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | Method for flash-butt welding thin-walled casings |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2010024709A1 true WO2010024709A1 (en) | 2010-03-04 |
Family
ID=41721691
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2008/000575 WO2010024709A1 (en) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | Method for flash-butt welding thin-walled casings |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2010024709A1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU831463A1 (en) * | 1977-06-20 | 1981-05-23 | Предприятие П/Я А-7291 | Method of preparing edges of articles mainly of tubes for welding |
FR2564536A1 (en) * | 1984-05-18 | 1985-11-22 | Studer Norbert | Method for assembling two coaxial parts of revolution. |
SU1540989A1 (en) * | 1988-04-12 | 1990-02-07 | Предприятие П/Я Р-6115 | Method of arc welding of butt welds of thin-sheet elements |
RU95118844A (en) * | 1995-11-03 | 1997-11-20 | Государственное предприятие "НПО Техномаш" | METHOD FOR FORMING MATERIALS |
RU2288827C1 (en) * | 2005-09-19 | 2006-12-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" | Method for preparing tube edges for welding |
-
2008
- 2008-08-27 WO PCT/RU2008/000575 patent/WO2010024709A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU831463A1 (en) * | 1977-06-20 | 1981-05-23 | Предприятие П/Я А-7291 | Method of preparing edges of articles mainly of tubes for welding |
FR2564536A1 (en) * | 1984-05-18 | 1985-11-22 | Studer Norbert | Method for assembling two coaxial parts of revolution. |
SU1540989A1 (en) * | 1988-04-12 | 1990-02-07 | Предприятие П/Я Р-6115 | Method of arc welding of butt welds of thin-sheet elements |
RU95118844A (en) * | 1995-11-03 | 1997-11-20 | Государственное предприятие "НПО Техномаш" | METHOD FOR FORMING MATERIALS |
RU2288827C1 (en) * | 2005-09-19 | 2006-12-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" | Method for preparing tube edges for welding |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5619023B2 (en) | Manufacturing method using butt weld and fusion welding and friction stir welding | |
CN109848650B (en) | Processing method of B-shaped sleeve | |
WO2015147684A1 (en) | Method for welding pipelines from high-strength pipes with controllable heat input | |
EP2954969B1 (en) | Multi-electrode electrogas arc welding method for thick steel plates and multi-electrode electrogas arc circumferential welding method for steel pipes | |
RU2567421C1 (en) | Method of manufacturing of thin wall axisymmetric welded shells with end thickened rings | |
WO2018227115A1 (en) | Laser-based keyhole welding | |
RU178157U1 (en) | MULTI-LAYER BILL FOR HOT ROLLING | |
US20180229327A1 (en) | Method for creating clad structures using resistance seam welding | |
RU2613256C1 (en) | Manufacturing method for welded titanium tubes | |
RU2393946C2 (en) | Method of are welding of circular joints of thin-wall shells | |
CN104500899A (en) | Small-bore bend and method for shielded metal arc welding and surfacing welding of stainless steel on inner wall thereof | |
RU2562200C1 (en) | Method of manufacturing of axisymmetric welded pressure shells | |
WO2010024709A1 (en) | Method for flash-butt welding thin-walled casings | |
US8245903B2 (en) | Fusion welding method for connecting thin-walled casings | |
RU2393949C2 (en) | Device to prepare end faces of thin-wall shells for welding | |
RU2563793C1 (en) | Control over welding of pipelines from high-strength pipes with controlled heat input | |
RU2605877C1 (en) | Method of high pressure vessels welded casings producing from high-strength alloyed steels | |
CA2880389A1 (en) | Creating clad materials using resistance seam | |
Δαούτης | Methods to control distortions of welded structures | |
Peng | Study on distortion control in nozzle welding of stainless steel pressure vessels | |
RU2784438C1 (en) | Welding method for aluminum alloy parts | |
RU2643118C2 (en) | Method of arc welding of triple connections (weldolets) of the main pipelines | |
Chandel et al. | Formation of X-120 M Line Pipe through JCOE | |
Kumar et al. | Effect of Heat Input on the Wire-Arc Additive Manufactured Steel Structures | |
RU2255845C1 (en) | Method for making part with surfaced coating and part made with use of such method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 08876848 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 08876848 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |