Способ уменьшения остаточных деформаций металлических листов при сварке
METHOD OF REDUCING RESIDUAL DEFORMATION OF METAL SHEETS WHEN WELDING

Изобретение относится к технологическим процессам, более конкретно к сварке, и может быть использовано в производстве панельных металлических (алюминиевых и из алюминиевых сплавов) стрингерных конструкций в авиакосмической отрасли, судостроении, вагоностроении и других отраслях для повышения их качества и эстетического вида. Преимущественная область техники малое судостроение.
При сварке металлических конструкций в них возникают деформации -перемещения различных точек свариваемого изделия, такие как укорочение, изгиб, поворот сечения, изгиб, потеря устойчивости листовых элементов и др. Остаточные деформации остаются в сварной конструкции после окончания сварки и полного ее остывания. Во время изготовления сварных конструкций искажаются проектные формы и размеры изделий, которые требуют для восстановления нежелательного внешнего силового воздействия (правки).
(Сварочные напряжения и деформации: методические указания по лабораторным работам. Часть I и II / Сост. Т..Ю. Малеткина - Томск: Изд-во Том. Гос.архит.-строит. Ун-та, 2010)
Известен «Способ уменьшения сварочного коробления при односторонней сварке толстого листа» по заявке на изобретение от 03.10.1994 RU № 94045974 (заявка РСТ от 03.02.1994 № JP 94/00162)? по которому уменьшение сварочного коробления при односторонней сварке толстых листов, достигается обеспечением оптимальных условиях многоэлектродной сварки. По данному способу предназначенные для сваривания стальные листы состыковывают и соединяют прихваточным швом, после чего участок с прихваточным швом подвергают односторонней сварке для соединения листов. Применяется не менее трех сварочных электродов, а условия сварки определяются в соответствии с приведенным и формулами.
К недостаткам данного способа относится его применение для сварки сварке толстых стальных листов и необходимость постоянного определения оптимальных условий сварки.
Также известен «Способ соединения лучевой сваркой стрингеров с обшивкой при изготовлении стрингерных панелей» по патенту на изобретение от 27.08.2015 RU № 2614358, при котором обеспечивается геометрическая точности панели за счет минимального термического воздействия при сварке на полотно панели, что гарантирует сохранение рабочих характеристик материала полотна панели в зоне наибольших эксплуатационных нагрузок.
К недостаткам данного способа относится необходимость увеличения ширину шва (а, следовательно, и тепловложение), чтобы обеспечить стабильное формирование шва; возможно кратное увеличение необходимого тепловложения в зону сварки, приводящее к резкому увеличению усадочных сил и сверхнормативному остаточному короблению панели.
Наиболее близким способом уменьшения остаточных деформаций, принятом за прототип, термомеханическая правка (см. Сварочные напряжения и деформации: методические указания по лабораторным работам. Часть I и II / Сост. Т.Ю. Малеткина - Томск: Изд-во Том. Гос.архит.-строит. Ун-та, 2010). Она заключается в сочетании местного нагрева с приложением статической нагрузки, изгибающей исправляемый элемент в нужном направлении. При этом способе осуществляется приложение статических безударных нагрузок. Эта нагрузка может создаваться домкратами, прессами или другим устройствами. Применение дополнительного нагрева способствует снижению усилий для устранения деформаций.
Недостатком данного способа является его применение для жестких сварных узлов. Кроме того, при этом способе возможно образование трещин и разрывов в сварных швах.
Техническая задача, решаемая данным изобретением, заключается в снижении остаточной деформации при сварке и снижение вероятности образования трещин и разрывов в сварных швах.
Поставленная задача достигается тем, что первый свариваемый лист металла укладывают на матрицу заданной формы. При этом геометрические размеры (длина и ширина) и толщина матрицы должна превышать геометрические размеры и толщину данного листа.
По периметру первого свариваемого листа между матрицей и первым свариваемым листом металла прокладывают герметизирующий материал, вводят шлаг вакуумного насоса между матрицей и первым свариваемым листом металла, и создают с помощью вакуумного насоса зону разрежения.
Прикладывают к первому свариваемому листу металла второй свариваемый лист металла под углом более ноля градусов и не более девяносто градусов к первому свариваемому листу металла, и осуществляют сварку, при этом сварочный шов не доводят до границы герметизирующего материала. Вакуум сохраняется до остывания шва.
Данный способ иллюстрируется Фиг. 1, 2, 3. 4, где:
1 - первый свариваемый лист;
2 - второй свариваемый лист;
3 - сварочный шов;
4 - матрица;
5 - вакуумный жгут;
6 - вакуумный шланг;
7 - вакуумный насос.
На Фиг. 1 показана схема реализации способа - взаимное положение свариваемых листов и матрицы в изометрии.
На Фиг. 2 показано взаимное положение свариваемых листов и матрицы - вид сбоку.
На Фиг. 3 приведен вид уголковой деформации при сваривании листов без использования матрицы.
На Фиг. 4 показан результат сварки листов предлагаемым способом.
Данный способ может быть реализован известными в технике средствами.
Так авторами была осуществлена практическая реализация предлагаемого способа.
Для сравнения первоначально была проведена сварка без матрицы.
Было проведено наваривание электрической дугой переменного тока 130 А перпендикулярного второго сварочного листа 2 алюминия толщиной 5 мм на ровный первый сварочный лист 1 алюминия толщиной 5 мм. После остывания готовой конструкции было обнаружено, что первый сварочный лист 1 деформировался, потеряв ровную плоскость с лицевой стороны, а края были изогнуты примерно на 5 градусов. Также сварочный шов проявился в виде 3 мм увеличения на противоположной стороне первого сварочного листа 1.
Далее была проведена аналогичная сварка электрической дугой переменного тока 130 А первого сварочного листа 1 и перпендикулярного ему второго сварочного листа 2 с применением матрицы 4. В качестве матрицы 4 был использован ровный лист алюминия толщиной 10 мм. Первый сварочный лист 1 был закреплен на матрице 4 проложенным по периметру вакуумным жгутом (мастика) 5. Между матрицей 4 и первым сварочным листом 2 был введен вакуумный шланг 6 от вакуумного насоса 7. После создания зоны вакуума вакуумным насосом 7 была произведена сварка. Вакуум сохранялся до остывания рабочей поверхности.
В момент проведения сварочных работ первый сварочный лист 1 визуально стал увеличиваться, расширяясь по плоскости матрицы 4 на 1-2 мм по всем краям и не теряя вакуумного сцепления с матрицей 4.
После остывания, не теряя вакуумного сцепления, первый сварочный лист 1 вернулся в свои первоначальные размеры. Поверхность первого сварочного листа листа 1 осталась ровной как у матрицы 4. Края не загнулись и шов не выступал на лицевой части первого сварочного листа 1.
Это доказывает практическую применимость заявленного способа и достижение технического результата - уменьшение остаточных деформаций свариваемых конструкций при осуществлении сварки.