×
04.04.2018
218.016.2f00

Результат интеллектуальной деятельности: Способ контактной стыковой сварки оплавлением

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002644484
Дата охранного документа
12.02.2018
Аннотация: Изобретение может быть использовано при стыковой контактной сварке, в частности, магистральных, промысловых и морских трубопроводов. Концы свариваемых труб центрируют в сварочной оснастке с обеспечением припуска на оплавление и осадку. Осадку разогретых сварочным током концов труб производят путем приложения пульсирующей нагрузки до величины относительной истинной деформации торцов свариваемых труб в зависимости от максимальной толщины деформированной части стыка свариваемых труб и исходной толщины их стенок. Определяют удельный единичный импульс максимального усилия осадки в зависимости от удельного усилия осадки и времени действия упомянутого единичного импульса с учетом эмпирического коэффициента. Удельное усилие осадки выбирают в зависимости от предела текучести свариваемых деталей при температуре осадки и частоты пульсации нагрузки при осадке в интервале 1,0-25 Гц, а время задают в интервале 0,01-1 с. Частоту пульсации нагрузки изменяют в процессе осадки пропорционально ее величине. Способ обеспечивает повышение качества сварного соединения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к прессовым методам сварки, в частности к стыковой контактной сварке металлов оплавлением, и может найти применение, преимущественно, при сварке магистральных, промысловых и морских трубопроводов, как большого, так и малого диаметров в нефтяной и газовой промышленности.

При контактной стыковой сварке образование сварного соединения обычно производят при постоянной нагрузке, приложенной к свариваемым изделиям в процессе осадки. При этом осадку выполняют либо до ее автоматической остановки (до упора) из-за нехватки усилия, либо до заданных параметров перемещения подвижной части сварочной машины при осадке [Контактная стыковая сварка оплавлением. С.И. Кучук-Яценко, Киев, Наукова думка, 1992 г.; Прессовые методы сварки магистральных и промысловых трубопроводов. В.С. Лившиц. М.Д. Литвинчук. Издательство «Недра». 1970 г. и др.].

Существенным недостатком известных способов является то, что в первом случае это приводит к снижению качества сварного соединения из-за разной величины деформации торцов при изменении температурного поля, возникающего в процессе оплавления, в во втором случае усилие осадки должно быть больше необходимого, чтобы компенсировать изменения температурного поля возникающего в процессе оплавления и также не обеспечивает получения стабильного качества сварного соединения из-за разной деформации торцов. Это существенно увеличивает потребляемую мощность процесса осадки и приводит к увеличению весовых характеристик силовых элементов конструкции сварочных установок. Особенно это чувствительно при сварке толстостенных изделий (например труб), когда требуется приложение больших усилий осадки.

Известен также способ контактной стыковой сварки оплавлением [RU 2296655 С2, В23K 11/04, 10.04.2007], включающий оплавление свариваемых рельсов и осадку на заданный припуск, в процессе которой определяют усилие сдавливания, при этом в процессе осадки определяют удельное усилие сдавливания как частное от деления усилия сдавливания на площадь поперечного сечения рельса, по которому судят о тепловложении в свариваемые рельсы при оплавлении, сравнивают вычисленное значение удельного усилия сдавливания с пороговым значением удельного усилия сдавливания, при равенстве вычисленного и порогового значений удельного усилия сдавливания цикл сварки завершают, а при превышении вычисленным значением удельного усилия сдавливания порогового значения определяют разность между вычисленным и пороговым значениями, которую используют в качестве количественного показателя электрической энергии, требуемой для дополнительного ввода в сварное соединение, определяют произведение разности вычисленного и порогового значений удельного усилия сдавливания на константу С, лежащую в пределах от 0,7 до 0,85 кВт×ч×мм2/кг в зависимости от марки стали рельсов, подают на сварное соединение напряжение и контролируют количество дополнительно вложенной электрической энергии, причем при достижении дополнительно вложенной электрической энергией значения, определяемого произведением разности вычисленного и порогового значений удельного усилия сдавливания на константу С, напряжение отключают, а цикл сварки завершают.

Недостатком этого технического решения является необходимость установки удельного давления больше требуемого порогового значения, что существенно сказывается на весовых характеристиках сварочной установки и по существу определяет режим послесварочной термической обработки сваренного стыка. Поэтому это техническое решение имеет относительно узкую область применения, преимущественно, для сварки рельсов.

Кроме того, известен способ контактной стыковой сварки труб [RU 2378091 С2, B23K 11/02, 10.01.2010], включающий размещение и фиксацию конца трубы с заглублением в сварочной оснастке, разогрев сварочным током сжатых торцами конца трубы и заглушки, имеющей участок, ввариваемый в стенку трубы, диаметром больше внутреннего, но меньше наружного диаметра трубы, и последующую вварку заглушки в стенку трубы с переменной скоростью продвижения заглушки, при этом конец трубы на участке длиной 1,5-3 толщины стенки трубы размещают на участке сварочной оснастки, электрическое сопротивление которого меньше сопротивления материала участка трубы в зоне сварки, разогрев сварочным током сжатых торцами конца трубы и заглушки осуществляют за счет контактного сопротивления в стыке между торцом трубы и заглушки и местом подачи сварочного тока в трубу, расположенным на расстоянии, равном 1,5-3 толщины стенки трубы от ее конца, а разогрев свариваемых деталей при сварке ведут до образования общей по длине сварного соединения зоны термического влияния с шириной в центральной части сварного соединения, равной 0,1-3 толщины стенки трубы.

Недостатком способа является его относительно высокая сложность, вызванная использованием заглушки, относительно большое усилие осадки и относительно низкое качество сварного соединения.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ контактной стыковой сварки труб [SU 1400821 А1, B23K 11/04, 07.06.1988], при котором свариваемые торцы деталей оплавляют в герметичной камере, которую устанавливают на свариваемые детали при оплавлении на повышенной скорости за промежуток времени до осадки, определяемый по экспериментальному коэффициенту, максимальному искровому зазору и средней скорости оплавления.

Недостатком способа является его относительно высокая сложность, вызванная необходимостью создания относительно большого усилия осадки и создания относительно высокой скорости оплавления, а также относительно низкое качество сварного соединения.

Задачей изобретения является создание способа, отличающегося простой, использованием относительно малого усилия осадки и обеспечивающего повышенное качество сварного соединения.

Требуемый технический результат заключается в снижении усилия осадки в процессе сварки и повышении качества сварного соединения.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в способе, включающем размещение концов свариваемых труб в сварочной оснастке, их центрирование с обеспечением припуска на оплавление и осадку, при этом в процессе сварки концы труб разогревают сварочным током до оплавления и производят их осадку, согласно изобретению, осадку разогретых сварочным током концов труб производят путем приложения пульсирующей нагрузки до величины относительной истинной деформации торцов свариваемых труб, равной

где hmax - максимальная толщина деформированной части стыка свариваемых труб,

ho - исходная толщина стенок свариваемых труб,

при этом удельный единичный импульс максимального усилия осадки Р определяют из выражения Р=ϕFt, где F - удельное усилие осадки, t - время действия упомянутого единичного импульса, ϕ - эмпирический коэффициент, равный 1.1-3.5, причем удельное усилие осадки F выбирают в зависимости от предела текучести свариваемых деталей при температуре осадки и частоты пульсации f нагрузки при осадке в интервале 1,0-25 Гц, а время задают в интервале 0.01-1 с.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что частоту пульсации f нагрузки изменяют в процессе осадки пропорционально ее величине.

На чертеже представлены:

на фиг. 1 - временной график пульсирующего давления (t - время действия пульсирующей нагрузки, Т - период пульсации, Р - удельный единичный импульс максимального усилия осадки);

на фиг. 2 - зависимость величины осадки от величины удельного давления при различных частотах пульсации (график 1 - f = 5 Гц, график 2 - f = 15 Гц, график 3 - f = 25 Гц);

на фиг. 3 - зависимость величины удельного давления от частоты пульсации;

на фиг. 4 - изменение микротвердости сварного соединения при частоте пульсации 15 Гц;

на фиг. 5 - зависимость прочности сварного соединения от величины истинной деформации торцов труб.

Способ контактной стыковой сварки оплавлением реализуется следующим образом.

В предлагаемом способе размещают концы свариваемых труб в сварочную оснастку (сварочную машину), центрируют их стык с обеспечением припуска на оплавление и осадку, разогревают в процессе оплавления сварочным током концы труб и производят осадку концов нагретых труб. Выполнение процесса осадки осуществляют с приложением пульсирующего давления (фиг. 1) с удельным единичным импульсом максимального усилия осадки Р, определяемым по формуле Р=ϕFt. При этом время t действия импульса максимального усилия осадки задают в интервале 0.01-1 c при частоте пульсации в интервале 1,0-25 Гц. Такой диапазон применения пульсирующей осадки обусловлен тем, что на начальном этапе образования сварного соединения (1-3 мм осадки) необходимо быстро закрыть соединяемые поверхности концов труб (что обеспечивается при низкой частоте пульсации), предохраняя их от окисления кислородом воздуха, а затем создать условия для разрушения в процессе пульсирующей деформации (при образовании) тонких окисных плен (что обеспечивается при более высокой частоте пульсации). При частоте более 25 Гц увеличивается «наклеп» металла за счет увеличения числа дислокаций в металле, что приводит к увеличению твердости соединения и потери его пластичности.

При пульсирующей осадке за промежутки времени t действия импульса силы, определяемые частотой пульсации, деформируются небольшие объемы свариваемых торцов, для чего может быть использована меньшая энергия деформации, а следовательно, выполнена меньшая работа внешних сил.

Для исследования влияния пульсирующего нагружения на механические свойства соединения и требуемое усилие осадки при стыковой контактной сварке, было разработано и изготовлено специальное устройство, которое позволило изменять частоту пульсации f в пределах 1,0-25 Гц и изменять единичный импульс приложения нагрузки в диапазоне скоростей перемещения подвижной части сварочной машины от 30 до 70 мм/с.

Как показали исследования, кинетика образования сварного соединения при пульсирующей осадке отличается тем, что создает более благоприятные условия для разрушения и выноса окисных включений из зоны сварки. При этом, с увеличением частоты пульсации, усилие осадки для одной и той же величины деформации торцов (перемещения подвижной части сварочной машины) снижается (фиг. 2). Причем снижение удельного усилия осадки пропорционально частоте приложения нагрузки (фиг. 3) и определяется зависимостью:

F=(σтемп гр. ст-0,11f),

где: σтемп гр. ст - предел текучести металла при температуре до которой выполняется осадка (для малоуглеродистых сталей температурой границы стыка является температура 1200°С, а предел текучести составляет 4.5 кг/мм2, f - частота пульсации, 0,11 кг/мм2Гц - эмпирический коэффициент для малоуглеродистых и низколегированных трубных сталей).

Испытания на растяжение сварных соединений, полученных пульсирующей осадкой в диапазоне предлагаемых частот показали некоторое увеличение прочности и твердости в стыке, которое не повлияло на пластичность стыка. Угол загиба во всех случаях составлял 180°. Это объясняется небольшим увеличением плотности дислокаций в зоне стыка. Замеры распределения твердости в сварном соединении подтверждают полученные результаты (фиг. 4). Одновременно проведенные исследования показали, что при относительной истинной деформации торцов в указанных пределах

достигается равнопрочность сварного соединения (фиг. 5).

Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям, достигается требуемый технический результат, заключающийся в снижении усилия осадки в процессе сварки и повышении качества сварного соединения.


Способ контактной стыковой сварки оплавлением
Способ контактной стыковой сварки оплавлением
Способ контактной стыковой сварки оплавлением
Способ контактной стыковой сварки оплавлением
Способ контактной стыковой сварки оплавлением
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-3 of 3 items.
20.03.2015
№216.013.3359

Комплекс оборудования для сварки морских трубопроводов

Изобретение относится к строительству трубопроводов и может быть использовано при укладке с баржи подводных трубопроводов большого диаметра из стальных труб с бетонной изоляцией. Комплекс оборудования для сварки морских трубопроводов содержит установленные на плавучем судне узел захвата конца...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544620
Дата охранного документа: 20.03.2015
29.12.2017
№217.015.fa4f

Способ ремонта трубопровода

Изобретение относится к области строительства и ремонта металлических трубопроводов с изоляционным наружным покрытием, имеющих сниженную несущую способность труб из-за уменьшения толщины их стенок или наличия дефектных участков. На поверхность металлической трубы наносят защитную оболочку, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640132
Дата охранного документа: 26.12.2017
20.01.2018
№218.016.13fc

Способ изготовления коррозионно-стойкой трубы (варианты)

Группа изобретений относится к производству труб, используемых при изготовлении и строительстве трубопроводов, транспортирующих агрессивные среды. Способ изготовления коррозионно-стойкой трубы включает присоединение к концам стальной трубы или трубы из нержавеющей стали сваркой встык...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634644
Дата охранного документа: 02.11.2017
Showing 1-7 of 7 items.
20.03.2015
№216.013.3359

Комплекс оборудования для сварки морских трубопроводов

Изобретение относится к строительству трубопроводов и может быть использовано при укладке с баржи подводных трубопроводов большого диаметра из стальных труб с бетонной изоляцией. Комплекс оборудования для сварки морских трубопроводов содержит установленные на плавучем судне узел захвата конца...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544620
Дата охранного документа: 20.03.2015
29.12.2017
№217.015.fa4f

Способ ремонта трубопровода

Изобретение относится к области строительства и ремонта металлических трубопроводов с изоляционным наружным покрытием, имеющих сниженную несущую способность труб из-за уменьшения толщины их стенок или наличия дефектных участков. На поверхность металлической трубы наносят защитную оболочку, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640132
Дата охранного документа: 26.12.2017
20.01.2018
№218.016.13fc

Способ изготовления коррозионно-стойкой трубы (варианты)

Группа изобретений относится к производству труб, используемых при изготовлении и строительстве трубопроводов, транспортирующих агрессивные среды. Способ изготовления коррозионно-стойкой трубы включает присоединение к концам стальной трубы или трубы из нержавеющей стали сваркой встык...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634644
Дата охранного документа: 02.11.2017
08.03.2019
№219.016.d40d

Способ определения дальности до постановщика прицельной по частоте шумовой помехи

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для определения дальности до постановщика прицельной по частоте шумовой помехи (ПП) радиолокационной станции (РЛС) в средстве управления зенитно-ракетной системы (СУ ЗРС). Достигаемый технический результат - увеличение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681202
Дата охранного документа: 05.03.2019
21.03.2019
№219.016.eafc

Способ контроля качества сварных соединений, выполненных стыковой контактной сваркой оплавлением, и устройство для его реализации

Изобретение относится к способу и устройству контактной стыковой сварки оплавлением труб и может быть использовано для контроля качества сварных соединений при изготовлении трубопроводов. Осуществляют измерение параметров сигналов, характеризующих качество сварного соединения, через 10-30 с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682362
Дата охранного документа: 19.03.2019
23.04.2019
№219.017.36c8

Способ обзора пространства и средство управления зенитно-ракетной системы для его осуществления

Изобретение относится к области радиолокации. Способ основан на первичном осмотре пространства с помощью радиолокационной станции РЛС∂ или приемопередающего модуля ППМ∂ с длиной волны λ∂ и последующем осмотре с помощью РЛСs с длиной волны λs<λ∂, на завязке и сопровождении трасс по данным РЛСs....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685556
Дата охранного документа: 22.04.2019
22.06.2019
№219.017.8ead

Способ обзора пространства (варианты)

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы для совершенствования средств управления (СУ) зенитно-ракетных комплексов или систем. Достигаемым техническим результатом является увеличение дальности обнаружения целей СУ, повышение помехозащищенности от пассивных помех....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002692076
Дата охранного документа: 21.06.2019
+ добавить свой РИД