RU2547066C1 - Arc welding of metals - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to welding. Proposed process comprises application of cyclic vibratory load to welding pool crystallisable metal, load frequency being varied in an application cycle by linear law from 50 to 250 Hz. Pattern of oscillation input by vibratory device is defined proceeding from part sizes and geometrical features.

EFFECT: more efficient removal of residual strains developed in welds, higher strength and reliability of welded structure on the whole.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области технологии сварки, а именно к способам снятия остаточных напряжений, возникающих в сварных соединениях в процессе сварки и, как следствие, приводящих к снижению показателей прочности и надежности всей конструкции в целом.The invention relates to the field of welding technology, and in particular to methods of relieving residual stresses arising in welded joints during the welding process and, as a result, leading to a decrease in the strength and reliability of the whole structure as a whole.

Возникновение остаточных напряжений в зоне сварных соединений в первую очередь связано с неравномерностью нагрева свариваемой детали, а также с неодновременностью протекания процессов кристаллизации металла сварного шва.The occurrence of residual stresses in the zone of welded joints is primarily associated with uneven heating of the welded part, as well as the non-simultaneity of crystallization of the weld metal.

На сегодняшний день традиционным способом снятия остаточных напряжений и повышения качества сварных соединений является проведение различных типов термических операций: отпуска, отжига, нормализации. Недостатками данного типа операций является их неэкологичность и высокая энергоемкость. Также они труднореализуемы для обработки крупногабаритных конструкций.Today, the traditional way to relieve residual stresses and improve the quality of welded joints is to carry out various types of thermal operations: tempering, annealing, and normalization. The disadvantages of this type of operation is their non-environmental friendliness and high energy intensity. They are also difficult to handle for large structures.

Одним из альтернативных способов снятия остаточных напряжений является вибрационная обработка конструкций, суть которой заключается в наложении на обрабатываемую конструкцию вибрационных колебаний, параметры которых (амплитуда и частота), а также время наложения колебаний (в процессе сварки или после) определяются эффектом, которого требуется достичь, и способом сварки.One of the alternative methods for relieving residual stresses is vibration processing of structures, the essence of which is the application of vibrational vibrations to the structure being processed, the parameters of which (amplitude and frequency), as well as the time of application of the vibrations (during or after welding) are determined by the effect to be achieved, and welding method.

В качестве прототипа принят способ снятия напряжений сбегающей кромкой, включающий наложение циклической вибрационной нагрузки на сварной шов в процессе сварки (Pat. 6223974 USA Trailing edge stress relief process (TESR) for welds / Madhavji A. - Publ. 01.05.2001). Наложение вибрационной нагрузки с частотой 400 Гц осуществляется с помощью пневматического вибрационного устройства.As a prototype, a running edge stress relieving method has been adopted, including applying a cyclic vibration load to the weld during the welding process (Pat. 6223974 USA Trailing edge stress relief process (TESR) for welds / Madhavji A. - Publ. 05/01/2001). The application of a vibrational load with a frequency of 400 Hz is carried out using a pneumatic vibrating device.

Данный способ имеет следующий существенный недостаток:This method has the following significant drawback:

вследствие наложения колебаний на одной определенной частоте существенно ограничивается диапазон достигаемых эффектов, а иногда и эффективность обработки в целом.due to the imposition of oscillations at one particular frequency, the range of effects achieved, and sometimes the processing efficiency as a whole, is significantly limited.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности снятия остаточных напряжений, а также расширение диапазона достигаемых эффектов обработки.The technical result of the invention is to increase the efficiency of removing residual stresses, as well as expanding the range of achievable processing effects.

Технический результат достигается тем, что в способе дуговой сварки металлов, включающем наложение циклической вибрационной нагрузки на кристаллизующийся металл сварочной ванны посредством вибрационного устройства согласно изобретению частоту вибрационной нагрузки в течение одного цикла ее наложения изменяют по линейному закону в диапазоне от 50 до 250 Гц. Цикл наложения вибрационной нагрузки при ручной дуговой сварке штучными электродами составляет 1 секунду. Цикл наложения вибрационной нагрузки при полуавтоматической сварке в среде защитных газов составляет 0,7 секунды.The technical result is achieved by the fact that in the method of arc welding of metals, comprising applying a cyclic vibrational load to the crystallizing metal of the weld pool by means of a vibrating device according to the invention, the frequency of the vibrational load during one cycle of its application varies linearly in the range from 50 to 250 Hz. The cycle of applying the vibration load for manual arc welding with piece electrodes is 1 second. The cycle of applying the vibration load during semi-automatic welding in a shielding gas medium is 0.7 seconds.

Так, при проведении исследований по влиянию вибрационных колебаний в диапазоне 50-200 Гц (всего было проведено 5 опытов с шагом частоты 50 Гц) на свойства сварных соединений из стали 09Г2С толщиной 10 мм нами было установлено, что максимальное снижение дисперсности структуры различных участков сварного шва, а также размеров зерна зоны термического влияния наблюдается при частоте 200 Гц, а максимальное увеличение прочностных свойств металла сварного шва и максимальное снижение уровня остаточных напряжений 3-го рода при частоте обработке 150 Гц [Каретников Д.В. Повышение надежности сварного нефтегазового оборудования из низколегированных сталей, работающего в условиях значительного перепада температур / Д.В. Каретников, Р.Г. Ризванов, A.M. Файрушин, К.С. Колохов // Сварочное производство. - 2012. - Т6. - С. 40-48].So, when conducting studies on the influence of vibrational vibrations in the range of 50-200 Hz (a total of 5 experiments were carried out with a frequency step of 50 Hz) on the properties of welded joints made of 09G2S steel with a thickness of 10 mm, we found that the maximum reduction in the dispersion of the structure of various sections of the weld and also grain sizes of the heat-affected zone is observed at a frequency of 200 Hz, and the maximum increase in the strength properties of the weld metal and the maximum decrease in the level of residual stresses of the 3rd kind at a processing frequency of 150 Hz [Kar etnikov D.V. Improving the reliability of welded oil and gas equipment from low alloy steels operating in conditions of significant temperature difference / D.V. Karetnikov, R.G. Rizvanov, A.M. Fireushin, K.S. Kolokhov // Welding production. - 2012. - T6. - S. 40-48].

Способ поясняется чертежом, на котором представлен график изменения частоты вибрационного устройства. Частота колебаний вибрационного устройства f за один период его работы t изменяется в диапазоне от 50 до 250 Гц. Период работы вибрационного устройства t определяется исходя из физико-химических особенностей сварочного процесса (длины сварочной ванны, частоты ее гидродинамических колебаний и т.д.) и для ручной дуговой сварки штучными электродами составляет 1 секунду, для полуавтоматической сварки в среде защитных газов - 0,7 секунды.The method is illustrated in the drawing, which shows a graph of the frequency variation of the vibrating device. The vibration frequency of the vibrating device f for one period of its operation t varies in the range from 50 to 250 Hz. The period of operation of the vibration device t is determined based on the physicochemical characteristics of the welding process (length of the weld pool, the frequency of its hydrodynamic vibrations, etc.) and for manual arc welding with piece electrodes is 1 second, for semi-automatic welding in shielding gases - 0, 7 seconds

Таким образом, проведение вибрационной обработки с изменением частоты колебаний вибрационного устройства по линейному закону в диапазоне от 50 до 250 Гц позволяет расширить диапазон достигаемых эффектов обработки и повысить ее результативность.Thus, carrying out vibration processing with a change in the vibration frequency of the vibrating device according to a linear law in the range from 50 to 250 Hz allows you to expand the range of achievable processing effects and increase its effectiveness.

Claims (3)

1. Способ дуговой сварки металлов, включающий наложение циклической вибрационной нагрузки на кристаллизующийся металл сварочной ванны посредством вибрационного устройства, отличающийся тем, что частоту вибрационной нагрузки в течение одного цикла ее наложения изменяют по линейному закону в диапазоне от 50 до 250 Гц.1. A method of arc welding of metals, including the application of a cyclic vibrational load on the crystallizing metal of the weld pool by means of a vibrating device, characterized in that the frequency of the vibrational load during one cycle of its application varies linearly in the range from 50 to 250 Hz. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что цикл наложения вибрационной нагрузки при ручной дуговой сварке штучными электродами составляет 1 секунду.2. The method according to p. 1, characterized in that the cycle of applying the vibration load during manual arc welding with piece electrodes is 1 second. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что цикл наложения вибрационной нагрузки при полуавтоматической сварке в среде защитных газов составляет 0,7 секунды. 3. The method according to p. 1, characterized in that the cycle of applying the vibration load during semi-automatic welding in a protective gas environment is 0.7 seconds.