Способ изготовления криволинейных труб из штампованных полупатрубков
Владельцы патента RU 2410220:
Ковалев Андрей Игоревич (RU)
Овчинников Виктор Васильевич (RU)
Алексеев Вячеслав Владимирович (RU)
Гуреева Марина Алексеевна (RU)
Изобретение относится к сварке, а именно к способу изготовления криволинейных труб, преимущественно из титановых и алюминиевых полупатрубков, полученных методом холодной штамповки из листовой заготовки. Способ включает сборку полупатрубков, фиксацию кромок на прихватках и последующую сварку плавлением продольных стыков. Прихватку выполняют контактной точечной сваркой одновременно в двух точках с подачей под электроды присадочной проволоки под углом (45-90)° к линии стыка. Присадочную проволоку прижимают к полупатрубкам. После поджатия проволоку нагружают растягивающим осевым усилием, равным (0,1…0,2)σв, где σв - предел прочности материала проволоки, МПа, но не превышающим усилие ее отрыва от полупатрубка. Затем через электроды пропускают импульс тока и частично проплавляют проволоку с одновременным расплавлением полупатрубков в месте контакта с проволокой, причем шаг прихваток задают равным (1,0…2,0)Do, где Do - диаметр патрубка, мм. 6 ил., 2 табл.
Изобретение относится к сварке, а именно к технологии изготовления криволинейных труб, преимущественно из титановых и алюминиевых полупатрубков, полученных методом холодной штамповки из листовой заготовки.
Известен способ изготовления сварных труб из титановых и алюминиевых полупатрубков (Лихачев В.Л. Электродуговая сварка. Пособие для сварщиков и специалистов сварочного производства. - М.: СОЛОН-Пресс, 2006. - 640 с., стр.72, рис.3.28), полученных методом холодной штамповки из листовой заготовки, включающий сборку свариваемых кромок полупатрубков и фиксацию собранной трубы на прихватках, которые выполняются сваркой плавлением. Прихватки выполняют в виде сварных точек диаметром 5…10 мм, устанавливаемых с шагом 40…70 мм. После выполнения прихваток осуществляют сварку неплавящимся электродом в среде защитных газов продольного стыка трубы с подачей присадочной проволоки и защитной обратной стороны шва аргоном.
Существенными недостатками указанного способа сварки являются большая трудоемкость и возможность образования дефектов в виде хрупких окисленных фаз и соединений в зоне прихваток. Наличие таких соединений провоцирует образование негерметичностей и трещин в сварном соединении трубы. В связи с этим необходимо применение сложной дорогостоящей оснастки для обеспечения надежной защиты корня шва или применение прихватки в специальных камерах с контролируемой атмосферой защитного газа.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу изготовления криволинейных труб является способ, включающий стыковку свариваемых полупатрубков (Патент Японии №53-82631, МКИ В23К 31/00, 1978). Под стыкуемые кромки на всю длину стыка устанавливается подкладка. С помощью контактной сварки подкладка прихватывается к полупатрубкам. Затем осуществляют сварку стыка с полным проплавлением подкладки.
Существенным недостатком прототипа является снижение проходного сечения сварной трубы и увеличение ее массовых характеристик, а также нестабильность качества соединений при наличии вибрационных нагрузок на трубопровод при эксплуатации.
Предлагаемый способ изготовления сварных труб из титановых и алюминиевых полупатрубков направлен на обеспечение сохранения проходного сечения трубы, снижения ее массы и стабильности характеристик сварных соединений трубопроводов при эксплуатации в условиях вибрационного нагружения.
Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, достигается тем, что прихватку осуществляют одновременно в двух точках с неполным расплавлением проволоки, которую подают в зону прихватки под углом 45-90° к линии стыка, а в момент пропускания через проволоку сварочного тока ее нагружают осевым усилием до отрыва от заготовки.
Подробнее сущность заявляемого способа поясняется чертежами:
на фиг.1, 2, 3 показаны стадии осуществления процесса;
на фиг.4 - циклограмма осуществления прихватки полупатрубков перед сваркой;
на фиг.5 - внешний вид зоны прихватки по заявляемому способу;
на фиг.6 - внешний вид сварного шва на патрубке при его подходе к зоне установки прихватки.
Полупатрубки 1 и 2 собирают по стыкуемым кромкам (фиг.1). Под углом 45-90° к стыку подают присадочную проволоку 3. Присадочную проволоку подают шаговым устройством. Затем электроды 4 и 5 с усилием Р прижимают проволоку 3 к полупатрубкам 1 и 2. После поджатия проволоки к деталям ее нагружают растягивающим осевым усилием (фиг.2). Величину осевого усилия задают в пределах 0,1-0,2 от предела прочности материала присадочной проволоки.
Затем через электроды 4 и 5 пропускают импульс сварочного тока. Так как сопротивление в контакте проволоки 3 и полупатрубков 1 и 2 превосходит сопротивление в контакте между электродом 4 и 5 и проволокой 3. В результате этого проволока частично расплавляется с одновременным расплавлением полупатрубков 1 и 2 в месте контакта с проволокой 3. При кристаллизации образуется соединение между полу патрубками (фиг.3) 1 и 2 и проволокой 3. В результате полупатрубки оказываются зафиксированными относительно друг друга. Прихватки расставляют с определенным шагом В, равным 1,0-2,0 диаметра трубы Do.
При величине шага установки прихваток В менее 1,0 Do наблюдается рост трудоемкости выполнения прихваток, что не вызвано требуемой точностью фиксации свариваемых кромок полупатрубков относительно друг друга. В случае когда величина шага В превышает 2,0 Do, отмечается разрушение отдельных прихваток в процессе сварки шва между полупатрубками и образование депланаций свариваемых кромок, появление которых сопровождается снижением предела выносливости сварного соединения в условиях вибрационного нагружения.
Величину осевого усилия нагружения задают в пределах (0,1…0,2)σв, где σв - предел прочности материала проволоки. При напряжении осевого усилия меньше 0,1σв не происходит разрыва проволоки в момент прохождения импульса тока. Увеличение усилия больше 0,2σв сопровождается отрывом присадочной проволоки 3 от поверхности полупатрубков 1 и 2 и разрушением прихватки.
На фиг.4 приведена циклограмма процесса установки прихваток при изготовлении труб из штампованных полупатрубков, на которой: Vпп - скорость подачи присадочной проволоки; Р - усиление сжатия электродов; Iсв - сварочный ток при прихватке; F - усиление растяжения проволоки. Использование электроконтактной прихватки с подачей проволоки при изготовлении криволинейных труб позволяет надежно зафиксировать полупатрубки относительно друг друга и исключить образование дефектов в прихватках.
При сварке продольных стыков полупатрубков на прихватках скорость подачи присадочной проволоки снижают в 1,5…2 раза. При снижении скорости подачи проволоки на прихватках менее чем в 1,5 раза на этих участках наблюдается образование чрезмерного усиления шва, а также формирование непроплавов, если не производится корректировка тока сварки. Снижение скорости подачи присадочной проволоки более чем в 2 раза приводит к увеличению ширины шва на прихватках с формированием занижений сварного соединения.
Повышение качества соединений при наличии зазоров в стыке достигается за счет применения сварки сканирующей дугой с подачей присадочной проволоки по нормали к сварочной ванне.
В качестве примера конкретного выполнения способа выполняли изготовление криволинейных титановых труб из сплава ОТ4 из штампованных полупатрубков толщиной стенки 1,2 мм диаметром 52 мм.
Перед сваркой стыкуемые кромки собирали с фиксированием полупатрубков хомутами. Затем осуществляли электроконтактную прихватку кромок полупатрубков с подачей присадочной проволоки под электрод в специальном стенде. При прихватке использовали присадочную проволоку ВТ 100 диаметром 1,0 мм.
Прихватку осуществляли с внешней стороны трубы одновременно в двух точках с подачей присадочной проволоки под электроды специальной установки. Расстояние между прихватками составляет (1,0…2,0) диаметра трубы. В конкретном случае расстояние между прихватками составляет 70 мм. При прихватке присадочную проволоку подавали под углом 45…90° к оси стыка. Угол подачи проволоки выбирали в зависимости от величины зазора в стыке. С увеличением зазора угол подачи проволоки между стыком полупатрубков и проволокой изменяют (уменьшают) от 90 до 45°. Шаг подачи проволоки выбирали в пределах 3.…5 мм.
Прихватку полупатрубков осуществляют на режиме, приведенном в табл.1.
| Таблица 1 | |||
| Усилие сжатия электродов, МПа | Ток сварки, кА | Время протекания тока, с | Усилие нагружения проволоки, МПа |
| 200-220 | 1,5-1,6 | 0,1-0,15 | 80-95 |
Внешний вид зоны расположения прихваток показан на фиг.5.
После прихватки проводили сварку продольных стыков полупатрубков в камере с контролируемой газовой атмосферой.
На прихватках скорость подачи присадочной проволоки снижали с 18…20 до 9…12 м/час. Внешний вид сварного шва полупатрубков при его подходе к прихваткам представлен на фиг.6.
Для повышения качества сварных соединений сварку осуществляют сканирующей дугой с подачей присадочной проволоки по нормали к сварочной ванне. При этом происходит измельчение структуры сварного шва при повышении прочностных свойств сварного соединения по сравнению с ручной сваркой на 45...60 МПа.
Влияние параметров процесса на качество прихваток представлено в табл.2.
| Таблица 2 | |||||
| № пп. | Угол подачи проволоки по отношении к стыку, град. | Усилие растяжения проволоки, МПа | Шаг установки прихваток В | Примечание | |
| nDo | мм | ||||
| 1 | 60 | 0,08 σв | 1,5 | 68 | Отсутствует разрыв присадочной проволоки после установки прихватки |
| 2 | 60 | 0,1 σв | 1,5 | 68 | Проволока разрывается после установки прихваток |
| 3 | 60 | 0,15 σв | 1,5 | 68 | |
| 4 | 60 | 0,2 σв | 1,5 | 68 | |
| 5 | 60 | 0,25 σв | 1,5 | 68 | Отрыв проволоки от поверхности фиксируемых полупатрубков |
| 6 | 60 | 0,15 σв | 0,8 | 42 | Ухудшение внешнего вида шва из-за частой установки прихваток |
| 7 | 60 | 0,15 σв | 1,0 | 52 | Хорошее формирование шва при надежной фиксации свариваемых деталей в процессе сварки |
| 8 | 60 | 0,15 σв | 1,5 | 68 | |
| 9 | 60 | 0,15 σв | 2,0 | 104 | |
| 10 | 60 | 0,15 σв | 2,2 | 115 | Отрыв (разрушение) прихваток при подходе сварного шва к зоне их установки. |
Предлагаемый способ изготовления криволинейных труб из штампованных полупатрубков позволяет полностью исключить дефекты в прихватках. Лабораторные исследования показали, что при использовании базового варианта для изготовления партии из 100 труб длиной 500 мм количество дефектных труб по дефектам в прихватках составило 65%. При использовании заявляемого способа количество дефектных швов составляло 2%.
Способ изготовления труб из штампованных полупатрубков из титановых или алюминиевых сплавов, включающий сборку полупатрубков, фиксацию кромок на прихватках и последующую сварку плавлением продольных стыков, отличающийся тем, что прихватку выполняют контактной точечной сваркой одновременно в двух точках с подачей под электроды присадочной проволоки под углом 45-90° к линии стыка, при этом присадочную проволоку прижимают к полупатрубкам, после поджатия проволоку нагружают растягивающим осевым усилием, равным (0,1…0,2)σв, где σв - предел прочности материала проволоки, МПа, но, не превышающим усилие ее отрыва от полупатрубка, затем через электроды пропускают импульс тока и частично проплавляют проволоку с одновременным расплавлением полупатрубков в месте контакта с проволокой, причем шаг прихваток задают равным (1,0…2,0)Do, где Do - диаметр патрубка, мм.
