SU1706813A1 - Method of enhancing welded structures endurance - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к сварке, в частности к способу повышени  выносливости сварных соединений при циклическом на- гружении стыковых и угловых сварных соединений . Изобретение может быть использовано в автомобилестроении, горном машиностроении и других отрасл х промышленности. Цель изобретени  - повышение качества сварных соединений при циклическом нагружении. Способ заключаетс  в том, что на поверхность зоны термического вли ни  нанос т слой покрыти  и ириной, равной ширине этой зоны из легкоплавкого сплава толщиной д(0,3-0,5)В, где В - ширина сло  покрыти . Покрыти  нанос т пайкой. В результате нанесени  сло  пайки вблизи поверхности сварного соединени  возникают напр жени  сжати  и благодар  слою пайки, нанесенному на поверхность сварного соединени , резко снижаетс  концентраци  напр жений от внешней нагрузки по линии сплавлени . Критерием оценки повышени  выносливости сварных соединений  вл ютс  значени  пределов выносливости, которые определ ютс  при испытании на усталость сварных образцов до по влени  в них усталостных трещин. 1 з.п ф-лы, 2 ил., 1 табл. (ЛThe invention relates to welding, in particular, to a method for improving the endurance of welded joints under cyclic loading of butt and corner welds. The invention can be used in the automotive, mining and other industries. The purpose of the invention is to improve the quality of welded joints under cyclic loading. The method consists in coating the surface of the heat-affected zone with an iris layer equal to the width of this zone of a low-melting alloy thickness d (0.3-0.5) V, where B is the width of the coating layer. Coat with solder. As a result of applying a layer of soldering near the surface of the welded joint, compressive stresses arise and, due to the soldering layer applied to the surface of the welded joint, the concentration of stresses from an external load along the fusion line sharply decreases. The criterion for evaluating the increase in the endurance of welded joints is the endurance limit values, which are determined during fatigue testing of welded specimens before fatigue cracks appear in them. 1 z.p f-crystals, 2 ill., 1 tab. (L

Description

Изобретение относитс  к повышению выносливости стыковых и угловых сварных соединений при их эксплуатации в услови х воздействи  циклического нагружени  и может быт использовано в автомобилестроении , горном машиностроении и других отрасл х промышленности.The invention relates to improving the endurance of butt and corner welds during their operation under the conditions of cyclic loading and can be used in the automotive industry, mining engineering and other industries.

Известен способ повышени  выносливости сварных соединений с помощью нанесени  на поверхность сварных соединений пластмассовых покрытий. В известном способе поверхность сварных соединений покрывают пластмассой или эпоксидной смолой. Однако этот способ недостаточноThere is a method of increasing the endurance of welded joints by applying plastic coatings to the surface of the welded joints. In the known method, the surface of the welded joints is coated with plastic or epoxy resin. However, this method is not enough

эффективен и незначительно повышает выносливость сварных соединений.effective and slightly increases the endurance of welded joints.

Известен также способ повышени  выносливости сварных соединений с помощью гор чего цинковани .There is also known a method for increasing the endurance of welded joints by hot-dip galvanizing.

Недостатком указанного способа  вл етс  то, что с его помощью не представл етс  возможным повышать выносливость сварных крупногабаритных изделий.The disadvantage of this method is that with its help it is not possible to increase the endurance of welded large-sized products.

Известен также способ повышени  сопротивл емости сварных соединений растрескиванию , вызванного повышенным содержанием в зоне термического вли ни  (ЗТВ) водорода путем наклеивани  на поверхность ЗТВ материала на основе тифло 1 о о соThere is also known a method to increase the resistance of welded joints to cracking caused by the increased content of hydrogen in the heat-affected zone (HAZ) of hydrogen by sticking on the surface of the HAZ of a material based on tyflo 1 o with

СО WITH

на, который содержит Fe-Ti и адсорбирует водород. В данном способе предотвращаетс  водородное растрескивание путем на- клеивани  на поверхность ЗТВ сло  материала, адсорбирующего водород.on, which contains Fe-Ti and adsorbs hydrogen. In this method, hydrogen cracking is prevented by sticking a layer of hydrogen adsorbing material onto the HAZ surface.

Цель изобретени  - повышение выносливости сварных конструкций при циклическом нагружении путем нанесени  на любой участок поверхности зоны термического вли ни  посредством пайки сло  по- крыти  из легкоплавкого сплава.The purpose of the invention is to increase the endurance of welded structures under cyclic loading by applying a thermal effect to any part of the surface of the zone by soldering a layer of a fusible alloy coating.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу поверхностный слой легкоплавкого сплава, например на основе цинка нанос т на сварное соединение с по- мощью пайки. Способ, основанный на процессе пайки, позвол ет наносить слой легкоплавкого сплава на любой участок поверхности сварных крупногабаритных изделий . Применение за вл емого способа позвол ет более экономно расходовать сплав дл  обработки изделий, поскольку опой пайки наноситс  на узкий участок поверхности сварного соединени , производить обработку изделий крупных размеров в отдельных зонах предполагаемого развити  усталостных трещин. Поэтому за вл емый способ  вл етс  весьма технологичным.This goal is achieved in that according to the method, the surface layer of a low-melting alloy, for example, based on zinc, is applied to the welded joint by soldering. The method based on the soldering process allows one to apply a layer of a low-melting alloy on any part of the surface of welded large-sized products. The use of the inventive method makes it possible to more economically use the alloy for processing products, since the brazing is applied to a narrow surface area of the welded joint, to process large-sized products in certain zones of the expected development of fatigue cracks. Therefore, the claimed method is very technologically advanced.

На фиг.1 и 2 представлена схема спосо- ба.Figures 1 and 2 show the scheme of the method.

Способ состоит в следующем.The method consists in the following.

Поверхность 1 образца со сварным швом, прилегающую к зоне сплавлени  металла шва с основным металлом, зачищают от окалины. Затем зачищенные участки поверхности образцов нагревают газовой горелкой до 600°С и нанос т на нее флюс дл  пайки на основе буры. После этого на зачищенную поверхность металла нанос т при- пой, который при этом расплавл етс . Расплавленный припой разравнивают, чтобы он покрыл поверхность металла зоны термического вли ни  сварного шва 2, прилегающие к линии сплавлени . Ширина зо- ны сло  пайки В 1 составл ет 10 мм, что равно ширине зоны термического вли ни . Слой пайки имеет такую ширину В, чтобы он покрывал наиболее охрупченный участок зоны термического вли ни  сварного шва 2. Толщина сло  пайки б на ровных участках поверхности образца составл ет 1-1,5 мм, а над линией сплавлени  толщина сло  д должна быть не более 0,5 от его ширины В, поскольку в более толстом слое могут воз- никать напр жени  раст жени  большой величины, которые вызывают отслаивание сло  от поверхности образца и понижают выносливость сварных соединений (табл.1).The surface 1 of the sample with a welded seam adjacent to the fusion zone of the weld metal with the base metal is cleaned from scale. Then, the cleaned surface areas of the samples are heated with a gas torch to 600 ° C and flux based on a borax is applied to it. Thereafter, a solder is deposited on the cleaned metal surface, which then melts. The molten solder is leveled so that it covers the metal surface of the heat-affected zone of the weld 2 adjacent to the fusion line. The width of the soldered layer B 1 is 10 mm, which is equal to the width of the heat-affected zone. The soldering layer has a width B such that it covers the most embrittled portion of the heat-affected zone of the weld 2. The thickness of the soldering layer on flat surface areas of the sample is 1-1.5 mm, and above the fusion line the thickness of the layers should be no more than 0.5 of its width B, since in a thicker layer, tensile stresses of large magnitude may occur, which cause the layer to peel off from the surface of the specimen and reduce the endurance of welded joints (Table 1).

Слой нельз  делать тоньше, чем 0,3 его ширины , поскольку при слишком тонком слое нельз  обеспечить сплошность покрыти  им поверхности сварного соединени . После охлаждени  сварного соединени  образуетс  достаточно прочное сцепление (адгези ) па нного сло  с поверхностью сварного соединени . В результате нанесени  па нного сло  в поверхностном слое металла сварного соединени  образуютс  напр жени  сжати . Дополнительно к этому благодар  па нному слою резко снижаетс  концентраци  напр жений от внешней нагрузки по линии сплавлени  сварного соединени . Эти факторы обеспечивают повышение выносливости сварных соединений при циклическом нагружении.The layer cannot be made thinner than 0.3 of its width, since, if the layer is too thin, it is not possible to ensure the continuity of the coating of the welded joint surface. After cooling the welded joint, a sufficiently strong adhesion (adhesion) of the fused layer to the surface of the welded joint is formed. As a result of the deposition of the pah layer in the surface layer of the weld metal, compressive stresses are generated. In addition to this, due to the ply layer, the stress concentration from an external load along the fusion line of the welded joint is sharply reduced. These factors provide increased endurance of welded joints under cyclic loading.

Пример. Крестообразные образцы (фиг.1 и 2) из высокопрочной ста л и 13ХГМРБ с Оо. МПа со сварными угловыми швами , выполненными в углекислом газе обрабатывали по предлагаемому способу. На зачищенную поверхность образцов (фиг.1 и 2), нагретую до 600°С в зоне линии сплавлени  нанос т слой флюса дл  пайки на основе буры. Затем поверхность образца в той же зоне покрывают слоем припо  ПАН-23, который представл ет собой сплав цинка с оловом. Припой при этом расплавл етс , а после охлаждени  поверхности образца образует поверхностный слой 1, который имеет прочное сцепление с поверхностью образца 3 шириной 10 мм и толщиной над линией сплавлени  5 мм (0,5 ширины сло ). Затем образцы испытывались на усталость при изгибном нагружении с симметричным циклом. Проведенные испытани  показали, что в результате нанесени  на сварные соединени  стали 13ХГМРБ па ного сло  1 с помощью цинково-олов нного припо  ПАН- 23 предел выносливости этих соединений повышаетс  в 2 раза по сравнению с необработанными образцами.Example. Cross-shaped samples (figures 1 and 2) of high-strength steel l and 13HGMRB with OO. MPa with welded fillet welds made in carbon dioxide was treated by the proposed method. On the cleaned surface of the samples (Figures 1 and 2), heated to 600 ° C in the zone of the fusion line, a layer of borax-based solder flux is applied. Then the surface of the sample in the same zone is coated with a layer of solder PAN-23, which is an alloy of zinc and tin. The solder melts and, after cooling, the surface of the sample forms a surface layer 1, which has a strong adhesion to the surface of sample 3 with a width of 10 mm and a thickness of 5 mm above the fusion line (0.5 of the layer width). Then the samples were tested for fatigue under bending loading with a symmetric cycle. The tests carried out showed that as a result of deposition of a layer 1 of fused layer 1 with welded joints on 13HGMRB steel with the help of PAN-23 zinc-tin solder, the fatigue limit of these joints is 2 times higher than with untreated samples.

Таким образом, по сравнению с прототипом данный способ позвол ет существенно повышать выносливость сварных соединений. Выносливость повышаетс  в результате создани  в поверхностном слое сварных соединений после обработки по за вл емому способу напр жений сжати  и уменьшени  концентрации напр жений в месте перехода от сварного шва к основному металлу. Значени  радиуса закруглени  в месте перехода от шва к основному металлу дл  необработанных по за вл емому способу образцов на пор док ниже, чем дл  обработанных (табл.1).Thus, in comparison with the prototype, this method allows to significantly increase the endurance of welded joints. The endurance increases as a result of the creation in the surface layer of welded joints after treatment with the inventive method of compressive stresses and a decrease in the concentration of stresses at the point of transition from the weld to the base metal. The values of the rounding radius at the point of transition from the weld to the base metal for untreated samples according to the claimed method are an order of magnitude lower than for the treated ones (Table 1).

Экономический эффект от внедрени  способа не может быть определен ввиду отсутстви  методики его расчета,The economic effect of the implementation of the method cannot be determined due to the lack of a methodology for its calculation,

Claims (2)

Формула изобретени  1. Способ повышени  выносливости сварных конструкций, преимущественно при циклическом нагружении, при котором на поверхность зоны термического вли ни  нанос т слой покрыти  шириной, равной ширине этой зоны, отличающийс  тем. что, с целью повышени  качества сварных конструкций при циклическом.нагружении,Claims 1. A method for increasing the endurance of welded structures, preferably under cyclic loading, in which a coating layer with a width equal to the width of this zone, different in that, is applied to the surface of the heat-affected zone. that, in order to improve the quality of welded structures during cyclic loading, нанос т слой покрыти  из легкоплавкого сплава толщиной б, которую выбирают из следующего соотношени :a layer of fusible alloy of thickness b is applied, which is selected from the following relationship: (0,3-0,5), где В - ширина сло  покрыти .(0.3-0.5), where B is the width of the coating layer. 2. Способ по п.1,отличающийс  тем, что покрытие нанос т посредством пайки.2. A method according to claim 1, characterized in that the coating is applied by soldering. 33 .S.S