Способ электронно-лучевой сварки высокопрочных сталей

 

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке и может быть использовано в различных областях машиностроения при сварке крупногабаритных конструкций из высокопрочных сталей. Цель изобретения - увеличение циклической прочности сварных соединений . Для этого производят сквозное проплавление стыка основным проходом. Усиливают шов присадочным металлом повторным проходом. Оплавляют границы усиления шва последующим проходом. Основной шов 1 формируется с резким - усилением валика наплавленного ме- . талла относительно основного металла 2. Оплавление границ усиления шва последующим проходом формирует плавный переход 3 от шва 1 к основному металлу. В результате оплавления устраняются концентраторы напряжений вдоль линии перехода усиления к основному металлу и улучшается структура зоны термического влияния. Оплавление выполняют колеблющимся поперек оси шва электронным лучом, развернутым по синусоидальному закону с амплитудой, равной ширине шва, и частотой , пропорциональной скорости оплавления границ шва. 2 ил., 1 табл. С со ел сд фиг./

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

11 А1 ()9) SU (()) (Su 4 В 23 К 15 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

RO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3972330/31-27 (22) 04.11.85 (46) 30.11.87. Бюл. Р 44 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) С.Н.Ковбасенко, В.В.Якубовский, Г.А.Иващенко, В.И.Загородников и С.А.Мельник (53) 621.791.72 (088.8) (56) Патент ГДР У 206192, кл. В 23 К 15/00, 1979.

Касаткин Б.С. и др. Исследование электронно-лучевой сварки роторных сталей. — В сб.: IV Всесоюзная конференция по ЭЛС, M., 1974, с. 147-156. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к электронно-лучевой сварке и может быть использовано в различных областях машиностроения при сварке крупногабаритных конструкций из высокопрочных сталей. Цель изобретения — увеличение циклической прочности сварных соединений. Для этого производят сквозное проплавление стыка основным проходом.

Усиливают шов присадочным металлом повторным проходом. Оплавляют границы усиления шва последующим проходом. Основной шов 1 формируется с резким . усилением валика наплавленного ме- . талла относительно основного металла 2. Оплавление границ усиления шва последующим проходом формирует плавный переход 3 от шва 1 к основному металлу. В результате оплавления устраняются концентраторы напряжений вдоль линии перехода усиления к основному металлу и улучшается структура зоны термического влияния. Оплавление выполняют колеблющимся поперек оси шва электронным лучом, развернутым по синусоидальному закону с амплитудой, равной ширине шва, и частотой, пропорциональной скорости оплавления границ шва. 2 ил., 1 табл.

1 1355411

Изобретение относится к. электронно-лучевой сварке и может быть испОльэовано в различных областях машиностроения при сварке крупногабаритных конструкций из высокопрочных сталей.

Целью изобретения является увеличение циклической прочности сварных соединений. l0

На фиг.1 показан эскиз поперечного сечения соединения, выполненного по предложенному способу; на фиг.2 — схема сканирования электронного луча поперек сварного шва. 15

Способ электронно-лучевой сварки высокопрочных сталей состоит в сквозном проплавлении стыка основным проходом, выполнении усиления шва присадочным металлом повторным проходом и оплавлении границ усиления шва колеблющимся электронным лучом последующим проходом. Основной шов 1 формируется с резким усилением валика наплавленного металла относительно основного металла 2. Оплавление границ усиления шва формирует плавный переход 3 от шва 1 к основному металлу 2 (фиг.1). Процесс выполняют в едином технологическом цикле и на том же оборудовании, что и основной шов. Режим оплавления предусматривает сниже-. ние мощности луча на 20-40Х от мощности сварки, расположение фокуса луча на 40-50 мм выше оплав.ляемой поверхности, колебание луча по синусоидальному закону с амплитудой, равной ширине шва и частотой, пропорциональной скорости оплавления границ шва.

Синхронизация линейной скорости перемещения луча поперек шва 7„,„ со скоростью перемещения вдоль шва 7, обеспечивает возврат пятна 4 нагрева в соседнюю сварную точку с перекрытием ее на 507 (фиг.2). В этом случае часть площади предыдущей точки находится снова под лучом и прогревается до температуры, достаточной для оп- 0 лавления двух соседних точек и формирования непрерывного валика шва.

Следовательно, частота поперечных колебаний (развертки) растет пропорционально продольной скорости оплавления и увеличению ширины шва. Опыты показали, что скорость поперечного .перемещения в 25 раз превышает продопьную. При скорости оплавления 924 м/ч частота сканирования должна составлять 250-600 Гц.

Соотношение V /V„ c = 25 представляет собой oT÷осительную величину, характеризующую область с наибольшим эффектом повышения работоспособности сварного соединения.

В таблице приведены величины долговечности сварных соединений, полученные на натурньгс образцах стыков, обработанных по предложенному способу.

О характере изменения несущей способности можно судить только по средним величинам долговечности, полученным по результатам испытаний 4-5 oG разцов при фиксированном напряжении, Сам процесс малоцикловых испытаний при жестком цикле накладывает особые требования к воспроизводимости поверх- ности обработки швов и дает большой разброс данных. Четко отмечена тенденция резкого (в 2,5-3 раза) роста долговечности стыков вследствие оплавления по предложенному способу.

Обработка поверхностным оплавлени- ем обеспечивает плавные упрочненные участки, в которых зарождение трещины тормозится отсутствием наружных концентраторов.

Небольшое изменение соотношения

V«„ /V,.p д в сторону увеличения или уменьшения приводит к постепенному нарушению плавности перехода от усиления к основному металлу. При этом эффект упрочнения "охраняется, но средний уровень допговечности снижается, что видно из данных таблицы по уменьшению числа циклов до разрушения образца.

Таким образом, кривая долговечности оплавленных стыков имеет rayc овский характер с максимумом в районе гпоп /Vrpap 25 °

Пример выполнения способа.

Способ электронно-лучевой сварки вьгсокопрочных сталей осуществлен на крупногабаритных узлах сосудов высокого давления из стали типа 12 2Е 4МД толщиной 60 мм. Стыковые швьг сварены в режиме: U = 60 кВ, T., = 400 мА, Е,р = 870 мА, V = 9 и/ч. После основного прохода на обе поверхности стыков наносилось усиление с подачей присадочной проволоки Р i 6 мм в режиме: U,„= 60 кВ, Е, = 80 мА, Е р = 910 мАэ Vcs = 12 м/ч, Гпод и, 40 м/ч. Окончательная операция

1355411

- — = 25, on прод

Число циклов до разрушения при соотношении Ч„,„ (Ч д

Уровень

0 24 25 26 нагружения, MIIa

900 4682-8214 12860-21400 14740-22115 13320-20160

6201 17650 18400 17810

18734-26640 56540-63820 58822-69754 54600-65380

23284 61800 64290 62300

700

500 72822-90113 210960-340800 234620-371016 200950-320560

80410 312400 338693 298200

Ф

В числителе мин и макс долговечности, а в знаменателе средняя величина. оплавление границ шва — выполнялась в реж е: црв = 60 кв, ?,. = 80 А.

Т = 910 мА, Ч „„= 14 м/ч, поперечная развертка амплитудой A = 15 мм, частотой f = 350 Гц. 5

В результате оплавления устраняются концентраторы напряжений вдоль линии перехода усиления .к основному металлу и улучшается структура металла зоны термического влияния, о чем 10 свидетельствует повышение циклической прочности (см. табл.).

По сравнению с известным .способом предложенный повышает надежность сварных соединений, выполненные электронно-лучевой сваркой.

Формула изобретения

Способ электронно-лучевой сварки 20 высокопрочных сталей, при котором осуществляют сквозное проплавление стыка основным проходом и выполняют усиление шва присадочным металлом последующим проходом, отличающийся тем, что, с целью увеличения циклической прочности сварных соединений выполняют onФ

У лавление границ усиления шва электронным лучом, развернутым по синусоидальному закону поперек оси шва, с амплитудой колебаний, равной ширине валика шва, и отношением скоростей перемещения луча где Vn« — скорость поперечного перемещения луча относительно оси шва;

V,, — скорость продольного перемещения луча относительно оси шва.

1355411

Составчтель Г. Квартальнова

Техред Л.Олийнык й

Корректор И.Эрдейи

Редактор М.Келемеш

Тираж 970

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5745/14

Подписное

Прбизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,, 4