Способ сварки плавлением надстройки с корпусом судна

 

Использование: судостроение, корпусные конструкции. Сущность изобретения; соединение надстройки с корпусом судна с применением биметаллического сталеалюминиевого переходника с выступающей стальной частью осуществляют встык, Перед сваркой с торцовой поверхностью переходника удаляют стальной слой на ширине 1,0-2,5 толщины алюминиевого слоя биметалла . 3 ил., 1 табл.

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)ю В 23 К 33/00

ГосудАРственное патентное

ВЕДОМСТВО СССР (ГоспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4920446/08 (22) 19,03.91 (46) 23.03.93. Бюл, М 11 (71) Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов

"Прометей" (72) И.В.Суздалев, В.И,Павлова, Б.Г.Кривков, В.В.Иванов, В.И.Кальнин, В.Г.Щеблыкин, В.В.Кучкин и Е.В.Матвеев (73) Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов

"Прометей" (56) Рябов В.Р. Применение биметаллических армированных сталеалюминиевых соединений. M. Металлургия, 1975, с. 288.

Пинаев В.Г, и др, Возможность использования биметаллов, полученных сваркой взрывом, — Судостроение, 1990, Q 12, с, 26-28.

Изобретение относится к судостроению, в частности к соединениям надстроек из легких сплавов со стальным корпусом судна, Цель изобретения — повышение качества и снижение трудоемкости выполнения сварных узлов надстройки с корпусом судна с применением биметаллического сталеалюминиевого переходника с выступающей стальной частью за счет исключения выполнения нахлесточных соединений алюминиевых деталей.

На фиг 1 показан внешний вид поперечного сварного соединения сталеалюминиевого переходника со стенкой из алюминиевого сплава (а) и.микроструктура границы раздела (б), свидетельствующая о расслоении в области алюминиевого шва, выполненного с торцовой кромки биметалла; на фиг.2 — соединение алюминиевой

„„5U„„ 1804381 АЗ (54) СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ НАДСТРОЙКИ С КОРПУСОМ СУДНА (57) Использование: судостроение, корпусные конструкции, Сущность изобретения; соединение надстройки с корпусом судна с применением биметаллического сталеалюминиевого переходника с выступающей стальной частью осуществляют встык, Перед сваркой с торцовой поверхностью переходника удаляют стальной слой на ширине

1,0 — 2,5 толщины алюминиевого слоя биметалла. 3 ил., 1 табл. стенки надстройки и алюминиевого слоя биметаллического переходника с выступаю- gg щей стальной частью, выполняющей роль комингса, где д — толщина алюминиевого слоя биметалла.

Сущность предлагаемого способа заключается в удалении части стального слоя CO переходнйка для осуществления сварки алюминиевых деталей встык, а не внакрой, как в прототипе. Повышение качества и надежности сварных соединений надстройки с корпусом судна через биметаллический переходник с выступающей стальной частью достигается посредством исключения взаимодействия дуги с несвариваемыми стальными кромками биметалла и отсутствия возможности контактного плавления на границе раздела слоев за счет удаления стального слоя на ширине, равной

1804381

1,0-2,5 толщины алюминиевого слоя биметалла, из зоны сварочного воздействия.

Нижняя граница (1,0 ф установлена из условия выполнения одностороннего алюминиевого шва. верхняя (2,5 ä) — двустороннего, когда требуется усиление шва с обеих сторон. Промежуточные значения выбираются с учетом влияния на формирование шва теплофизических свойств свариваемых алюминиевых сплавов и составляющих биметалла, В общем случае сплавы, отличающиеся высокими значениями тепло- и температуропроводности (например, систе мы алюминий — магний} требуют разделки ближе к установленному нижнему пределу, когда опасность перегрева околошовной зоны биметалла из-за неблагоприятных условий теплоотвода исключена.

При вышеприведенных ограничениях сварка алюминиевого слоя не приводит к нагреву границы раздела биметалла свыше

500 С, что исключает возможность не только расслоений, но и образования хрупких интерметаллидных фаз.

Остающаяся часть стальной кромки может быть выполнена со скосом (оптимальными следует считать углы в диапазоне

0-45 ), что будет снижать отрицательное влияние близлежащей кромки стали на дугу и способствовать стабильности процесса сварки, особенно при выполнении двустороннего алюминиевого шва.

Повышение качества сварных узлов, а следовательно, эксплуатационной прочности соединений надстройки с корпусом судна, выполненных с применением асимметричного биметаллического переходника по предлагаемому способу, обеспечивается увеличением его механических характеристик при растяжении и изгибе, благодаря компактности сечения переходника, т.е. уменьщения его суммарной толщины на толщину привариваемого алюминиевого элемента (а значит, и сниже. ния влияния эксцентриситета при нагружении, величина которого будет определяться только геометрическими параметрами исходной слоистой структуры биметалла). Это вполне компенсирует уменьшение сечения переходника за счет удаляемого слоя стали.

Существенное отличие предлагаемого

-решения заключается в удалении части стального слоя переходника на величину

1,0-2,5 толщины алюминиевого слоя биметалла для обеспечения его сварки с алюминиевой стенкой надстройки встык. Это подтверждается получением качественно нового соединения надстройки с корпусом судна через биметаллический переходник с выступающей стальной частью, отличающегося комплексом более высоких механических свойств по сравнению с существующими, 5 Предлагаемое техническое решение реализуется выполнением одного стыкового шва на алюминиевых деталях, а не двух угловых; как в нахлесточном соединении про- . тотипа, что снижает трудоемкость

10 сварочных работ и упрощает их выполнение, Пример.

Сварное соединение алюминиевой стенки надстройки из сплава марки 1560

"5 толщиной 6 мм с биметаллическим переходником с выступающей стальной частью, состоящим из слоев алюминиевого сплава марки 1561 (6 мм) и ниэколегированной стали марки 10 ХСНД (4 мм).

20 Подготовку свариваемых кромок осуществляли механическим путем (строжкой и фрезерованием) с последующим химическим травлением в растворе едкого натра и осветлением в разбавленной азотной кислоте. Ширина удаленного слоя стали со свариваемой торцевой кромки биметалла составила 6 и 15 мм (граничные значения предлагаемого варианта, соответствующие

1 д и 2,5 д; где д — толщина алюминиевого

30 слоя биметалла), а также 3 и 18 мм (0,5д и

3,0д соответственно). Оставшаяся стальная кромка на биметалле в ряде случаев подвергалась скосу под углом 45 .

Стыкуемые алюминиеные кромки вы35 полняли со скосом под углом 35, В качестве присадочного металла использовали проволоку марки СвАМг61 (ГОСТ7871-75), защитного газа — аргон марки А. Сварку выполняли в нижнем положении ручным и

40 полуавтоматическим способами неплавящимся вольфрамовым электродом на переменном токе с использованием установок

УДà — 501 и Kempi;

Сварку осуществляли односторонним (с

45 формированием обратной стороны на медной подкладке с канавкой) и двусторонними швами, Соединения, выполненные по предлагаемому способу (ширина удаленного слоя

50 стали составляла 6 и 15 мм (1 д и 2,5 д), характеризуются высоким качеством, расслоения на границе раздела биметалла от. Сутствуют.

На фиг,3 приведены макрошлифы поперечного сечения стыковых соединений (с одно- и двусторонним формированием шва} алюминиевой стенки надстройки с биметаллическим переходником, имеющим высту1804381

Вариант соединения (ширина разделки на биметалле, в

Отношение в/д

Прочность при статическом растяжении, МПа

Примечание

0,5

Встык (в = Змм) 200-250

Расслоения на границе раздела слоев биметалла

Расслоения отсутствуют

Встык (в = 6мм) (в -15мм)

Предлагаемый вариант

Встык (в = 18мм)

Внахлест (прототип) 280-300

280-300

1,0

2,5

250-280

230-250

То же

Расслоения на границе раздела слоев биметалла пающую стальную часть для приварки к палубе судна.

Сварное соединение алюминиевой стенки и биметалла, выполненное встык односторонним швом после удаления стального слоя на величину 3 мм (0,5 д), имело дефект в виде расслоений на границах раздела, прилегающих ко шву.

Сварные образцы, выполненные после удаления стали на ширине 18 мм (3 д), хотя и не приводили к образованию специфических дефектов биметалла (расслоений), однако имели пониженные механические свойства по сравнению с предлагаемым вариантом. Снижение статической и усталостной прочности при растяжении и изгибе объясняется уменьшением жесткости алюминиевой детали конструкции, вследствие появления остаточных деформаций в области сварного шва и снижением сопротивления потере устойчивости, т.е. эффект поддерживающего влияния биметалла на гомогенный алюминиевый шов распространяется только в достаточно ограниченной области, соответствующей граничным условиям заявляемого решения.

Механические испытания на растяжение соединений алюминиевых элементов с биметаллическим переходником, имеющим выступающую стальную часть, показали, что статическая прочность узлов, выполненных по предлагаемому решению, существенно (на 20 — 25 ) выше по сравнению с прототипом. Разрушение образцов происходило по зоне термического влияния алюминиевой стенки надстройки.

Результаты механических испытаний сварных узлов алюминиевой стенки надстройки со стальным комингсом, выполненным через биметаллический переходник даны в таблице.

Таким образом, предлагаемое техниче5 ское решение обеспечивает по сравнению с прототипом получение качественных, более компактных узлов, что способствует повышению их надежности и работоспособности в судостроительных конструкциях.

10 Использование предлагаем го способа сварки плавлением надстройки с корпусом судна, предусматривающего выполнение стыкового Соединения алюминиевой стенки с одноименным слоем биметалла, увеличи15 вает их эксплуатационный ресурс и работоспособность, уменьшает трудоемкость сварочных, ремонтных и восстановитель. ных работ. Предлагаемый способ сварки плавлени20 ем надстройки с корпусом судна с применением биметаллических вставок может быть реализован при строительстве судов различного водоизмещения.

Формула изобретения

25 Способ сварки плавлением надстройки с корпусом судна, включающий сварку стыковых соединений одноименных материалов с применением биметаллического сталеалюминиевого переходника с выступа30. ющей стальной частью, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества и снижение трудоемкости выполнения сварных узлов, с торцевой поверхности переходника удаляют стальной слой на ширину

35 1,0 — 2,5 толщины алюминиевого слоя биметаллического переходника, после чего переходник приваривают встык к стенке надстройки.

1804381

1804381

Составитель И. Суздалев

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Е.Папп

Редактор А.Купрякова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101 I

Заказ 1066 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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