Sposób spawania niewielkich elementów, w szczególności wykonanych z nadstopu niklu i uchwyt mocujący stanowiska do spawania niewielkich elementów

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. B23K 9/167 ( ) B23K 37/04 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób spawania niewielkich elementów, w szczególności wykonanych z nadstopu niklu i uchwyt mocujący stanowiska do spawania niewielkich elementów (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 21/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 05/14 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL (72) Twórca(y) wynalazku: MACIEJ LACHOWICZ, Wrocław, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Regina Kozłowska

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób spawania niewielkich elementów, w szczególności wykonanych z nadstopu niklu i uchwyt mocujący stanowiska do spawania niewielkich elementów, z wykorzystaniem technologii TIG (tungsten inert gas) spawania prądem stałym albo GTA (gas tungsten arc) spawania prądem zmiennym w osłonie gazów obojętnych takich jak argon, hel lub mieszanki argonu i helu, za pomocą których spawa się wszystkie gatunki stali, zwłaszcza stale wysokostopowe oraz metale nieżelazne, zwłaszcza aluminium i stopów aluminium. Sposób i układ do spawania łukiem elektrycznym znany jest z polskiego opisu patentowego nr Układ służy do stykowego zapłonu łuku elektrycznego podczas ręcznego spawania metodą TIG a sposób spawania wykorzystuje ten układ. Łuk elektryczny zostaje ustanowiony przez podniesienie palnika spawalniczego, po tym jak elektroda zetknie się z elementem obrabianym, podczas przepływu prądu zapłonu. Gdy długość łuku jest wystarczająca, spawacz urządzeniem operującym przełącza układ na prąd spawania. Wynalazek może być wykorzystywany również do regulacji ilości dostarczanego do elementu obrabianego ciepła zarówno podczas wykonywania spawu ciągłego jak i podczas czasu przeznaczonego na wypełnienie krateru na końcu spawu. Sposób spawania stalowych doczołowych złączy odbiorowych, zwłaszcza ich strefy przetopowej znany z polskiego opisu patentowego nr , polega na przetopieniu warstwy z sąsiednimi warstwami, możliwie na wskroś. Otrzymane złącze spawane ma dobre własności wytrzymałościowe i udarnościowe i jest odporne na kruche pękanie w spoinie. Sposób pozwala na spawanie złączy konstrukcji stalowych o grubości spoin powyżej 5 mm. Sposób łączenia ze sobą skrajnie długich płyt metalowych znany z polskiego opisu patentowego nr , polega na wytworzeniu spoiny spawalniczej o długości większej niż 10 m pomiędzy płytami metalowymi w rowku spawalniczym o grubości przynajmniej 5 mm, przez spawanie czołowe tylko z jednej strony płyt, przy czym tworzy rowek spawalniczy, na przykład przez frezowanie kształtowe krawędzi płyt, które mają być spawane, z wysoką dokładnością odnośnie wymiarów i kształtu rowka i z gładką powierzchnią rowka. Rowek przebiega z wymienionej jednej strony tylko przez część grubości płyt z pozostawieniem obszaru rdzeniowego, gdzie płyty, które mają być spawane ze sobą, opierają się o siebie bez żadnej istotnej szczeliny pośredniej. Płyty w sąsiedztwie rowka, ale po stronie przeciwległej niż wymieniona jedna strona, stykają się z łożem, które zawiera znane podciśnieniowe urządzenia mocujące przeznaczone do przytrzymywania płyt, które mają być spawane, we właściwym położeniu względem siebie. Sposób wykonania spoiny znany z polskiego zgłoszenia patentowego nr , przeznaczony jest do wykonania spoiny - złącza i jego obróbki cieplnej, zwłaszcza złącza rury o grubości powyżej 40 mm ze stali 13 HMF i/lub stali porównywalnej, w którym krawędzie doczołowo łączonych odcinków rur powyżej ukosowanego progu, mają stały kąt rozwarcia Wykonanie warstwy graniowej następuje przy temperaturze złącza nie wyższej niż 215 C. Natomiast wypełnienie rowka prowadzi się przy temperaturze złącza nie większej niż 410 C ± 10 C, a rowek wypełnia się kolejno po sobie następującymi warstwami tworzonymi przez układanie obwodowo-liniowych ściegów. Trzy pierwsze warstwy układa się stosując elektrody o średnicy nie większej niż 4,0 mm, zaś następne warstwy elektrodą o średnicy nie większej niż 5,0 mm. Warstwy podlegają czyszczeniu przez szlifowanie. Przerwa w wypełnianiu rowka warstwami może nastąpić przy dowolnej warstwie i utrzymaniu stałej temperatury styku, to jest w temperaturze jego spawania przy wypełnianiu rowka, przez okres nie dłuższy niż 16 godzin. Wykonanie liniowej warstwy następuje obwodowo i liniowo ułożonymi ściegami. Pierwsze wytrzymanie złącza podczas obróbki cieplnej przebiega w temperaturze nie wyższej niż 500 C z szybkością jej wzrostu nie większej niż 68 C/h przez okres nie dłuższy niż 35 min. Natomiast drugie wytrzymanie następuje w temperaturze nie większej niż 110 C przez okres nie dłuższy niż 150 minut, gdy grubość ścianki ma wartość nie większą niż 100 mm. Schładzanie złącza do temperatury 300 C następuje z szybkością z przedziału od 130 C do 30 C/h, i której wartość zależy od grubości ścianki rury złącza. Stosowanie sposobu według wynalazku pozwala uzyskać spoiny bez błędów niedopuszczalnych. Uchwyt mocujący elementy faliste spawane w maszynie spawalniczej znany z polskiego wzoru użytkowego nr 64976, ma szczęki dociskowe zamocowane do pionowych belek połączonych z poprzeczną ramą maszyny spawalniczej. Każda ze szczęk dociskowych składa się z dwóch części, z których pierwsza umieszczona jest w zagłębieniu belki pionowej i przytwierdzona jest do niej na stałe za pomocą śruby mocującej umieszczonej w otworze szczęki dociskowej i gwintowanym otworze

3 PL B1 3 belki pionowej, a część druga umieszczona jest przesuwnie w zagłębieniu belki i przytwierdzona jest do niej, co najmniej dwoma śrubami dociskowymi umieszczonymi w gwintowanych otworach belki pionowej oraz w przelotowym rowku wykonanym w szczęce dociskowej, który zaopatrzony jest w wewnętrzny kołnierz usytuowany na obwodzie tego rowka. Zespół mocujący, zwłaszcza do zestawiania i zgrzewania montowanych elementów znany z polskiego opisu patentowego nr , na swej całej powierzchni jest wyposażony w równomiernie rozłożone cylindryczne otwory przelotowe w równomiernym odstępie rastrowym, a także w zaciskacz śrubowy i trzpień połączeniowy. Mechanizm zaciskowy znany z polskiego opisu patentowego nr , ma jedną parę przesuwnych belek zaciskowych z wewnętrznymi podzespołami mocującymi do posadowienia z jednej strony szeregu dociskowych siłowników hydraulicznych i z drugiej strony szeregu podpór w celu zamocowania spawanego przedmiotu, a ponadto ma podporowe pryzmy z mechanizmem do regulacji pionowego położenia spawanego przedmiotu. Istota sposobu spawania, według wynalazku, polega na tym, że przygotowuje się powierzchnie elementów spawanych, po czym elementy spawane wstępnie podgrzewa się do temperatury nie wyższej niż 300 C ± 10 C, a następnie mocuje się w matrycy, przy czym do matrycy króćcem wkręconym w otwór poprzez otwory nadmuchuje się gaz ochronny prostopadle do grani spoiny i ewentualnie od strony grani spoiny. Po czym elementy w atmosferze gazu ochronnego o prędkości przepływu od 10 do 12 l/min, spawa się przemiennym prądem spawania o natężeniu od 70A do 80A i napięciu średnim od 23V do 30V. Elementy połączone złączem spawanym niezwłocznie po spawaniu, umieszcza się w piecu o temperaturze nie wyższej niż 850 C i wygrzewa, przez co najmniej 2 godziny, następnie połączone elementy chłodzi się razem z piecem do temperatury otoczenia, przy czym piec chłodzi się powoli, przez co najmniej 20 godzin, z prędkością nie większą niż 45 /h, a po ostudzeniu początek i koniec spoiny odcina się w odległości 5 mm do 8 mm od krawędzi elementów i szlifuje się grań i lico spoiny. Korzystnie, elementy spawane mocuje się w matrycy, następnie elementy spawane wraz z matrycą, podgrzewa się wstępnie do temperatury nie wyższej niż 300 C ± 10 C. Korzystnie, elementy spawane mocuje się w matrycy poprzez dociśnięcie nakładkami, przykręconymi śrubami do matrycy. Korzystnie, krawędzie spawanych elementów ukosuje na V pod kątem od 26 do 33, po czym wstępnie szlifuje. Korzystnym jest również to, że elementy spawa się ręcznie w pozycji podolnej, spoiną czołową w jednym przejściu, korzystnie w kierunku prawo-lewo z prędkością spawania od 0,7 do 0,16 m/min. Istota uchwytu, według wynalazku, polega na tym, że ma prostopadłościenną matrycę, w której wykonany jest nieprzelotowy otwór wzdłużny podłączony do króćca doprowadzającego gaz ochronny. Prostopadle do osi otworu wzdłużnego wykonane są w matrycy, co najmniej trzy otwory pionowe doprowadzające gaz ochronny do grani spoiny. Ponadto w matrycy po obu stronach otworów pionowych wykonane jest wgłębienie, które z elementami spawanymi umieszczonymi na matrycy, tworzy przelotowy kanał dla doprowadzanego gazu ochronnego. Korzystnie, elementy spawane usytuowane na matrycy dociśnięte są nakładkami przykręconymi śrubami do matrycy. Korzystnym jest również, gdy króciec wkręcony jest w otwór wzdłużny. Sposób spawania według wynalazku umożliwia wykonanie dobrego jakościowo połączenia spawanego o długości do 50 mm, które może być wykonywane podczas łączenia drobnych elementów konstrukcyjnych. Technologia spawania obejmuje również zabiegi obróbki cieplnej przed i po spawaniu. Sposób pozwala na spawanie nadstopu niklu, klasyfikowanego pod handlową nazwą Inconel 713 C, który uważany jest za niespawalny. Przedmioty wynalazku objaśnione są w przykładach wykonania i odtworzone na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia matrycę uchwytu mocującego stanowiska do spawania niewielkich elementów, fig. 2 - elementy spawane umieszczone na matrycy, a fig. 3 - elementy spawane umocowane w uchwycie. P r z y k ł a d 1 Sposób spawania niewielkich elementów w postaci dwóch płytek wykonanych ze stopu Inconel 713 C o wielkości 40x40 mm i grubości 5 mm. Elementy spawane 1 ukosuje się na V pod kątem 26, a zatem ukosowanie złącza wynosi 52. Przed spawaniem przygotowuje się powierzchnie spawane elementów spawanych 1, poprzez szlifowanie w celu usunięcia z ich powierzchni warstwy tlenków.

4 4 PL B1 Po czym elementy spawane 1 wstępnie podgrzewa się do temperatury 290 C, a następnie mocuje się w matrycy 2, przy czym do matrycy 2 króćcem 3 wkręconym w otwór 4 poprzez otwory 5, nadmuchuje się gaz ochronny w postaci argonu 4,6 (99,996% Ar), prostopadle do grani spoiny. Po czym elementy 1 w atmosferze gazu ochronnego o prędkości przepływu 10 l/min, spawa się metodą TIG, przemiennym prądem spawania o natężeniu 80A i napięciu średnim 30V. Elementy 1 połączone złączem spawanym niezwłocznie po spawaniu, umieszcza się w piecu o temperaturze 850 C i wygrzewa, przez co najmniej 2 godziny. Połączone elementy 1 chłodzi się razem z piecem do temperatury otoczenia, przy czym piec chłodzi się powoli, przez 20 godzin, z prędkością nie większą niż 45 /h, a po ostudzeniu początek i koniec spoiny odcina się w odległości 5 mm od krawędzi elementów 1 i szlifuje się grań i lico spoiny. Grubość spoiny po szlifowaniu wynosi 4,0 mm. Stopiwem jest pręt ze stopu Inconel 713 C o średnicy 1,8 mm. Wykonane złącze spawane nie ma pęknięć, a wytrzymałość na rozciąganie (Rm) złącza przewyższa wytrzymałość materiału spawanego i wynosi od 812 do 970 MPa, a wytrzymałość na rozciąganie materiału Inconel 713 C w temperaturze otoczenia wynosi 810 ± 43 MPa. P r z y k ł a d 2 Sposób spawania niewielkich elementów przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że elementy spawane 1 ukosuje się na V pod kątem 33, a zatem ukosowanie złącza wynosi 66 i mocuje się w matrycy 2 poprzez dociśnięcie nakładkami 6 przykręconymi śrubami 7 do matrycy 2, następnie elementy spawane 1 wraz z matrycą 2, podgrzewa się wstępnie do temperatury 310 C, po czym spawa się metodą GTA, w atmosferze gazu ochronnego o prędkości przepływu 12 l/min, przemiennym prądem spawania o natężeniu 70A i napięciu średnim 23V, ponadto elementy 1 spawa się ręcznie w pozycji podolnej, spoiną czołową w jednym przejściu, korzystnie w kierunku prawo-lewo z prędkością spawania od 0,7 do 0,16 m/min. Ponadto podczas spawania od strony grani spoiny nadmuchuje się gaz ochronny. Stopiwem jest pręt ze stopu Inconel 713 C o średnicy 2,8 mm. P r z y k ł a d 3 Uchwyt mocujący stanowiska do spawania niewielkich elementów ma prostopadłościenną matrycę 2, w której wykonany jest nieprzelotowy otwór wzdłużny 4 podłączony do króćca 3 doprowadzającego gaz ochronny. Prostopadle do osi otworu wzdłużnego 4 wykonanych jest w matrycy 2 pięć otworów pionowych 5 doprowadzających gaz ochronny do grani spoiny, ponadto w matrycy 2 po obu stronach otworów pionowych 5 wykonane jest wgłębienie, które z elementami spawanymi 1 umieszczonymi na matrycy 2, tworzy przelotowy kanał dla doprowadzanego gazu ochronnego. P r z y k ł a d 4 Uchwyt mocujący stanowiska do spawania niewielkich elementów wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że elementy spawane 1 umieszczone na matrycy 2 dociśnięte są nakładkami 6 przykręconymi śrubami 7 do matrycy 2, a króciec 3 wkręcony jest w otwór wzdłużny 4. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób spawania niewielkich elementów, w szczególności wykonanych z nadstopu niklu, znamienny tym, że przygotowuje się powierzchnie spawane elementów spawanych (1), po czym elementy spawane (1) wstępnie podgrzewa się do temperatury nie wyższej niż 300 C ± 10 C, a następnie mocuje się w matrycy (2), przy czym do matrycy (2) króćcem (3) wkręconym w otwór (4) poprzez otwory (5) nadmuchuje się gaz ochronny prostopadle do grani spoiny i ewentualnie od strony grani spoiny, po czym elementy (1) w atmosferze gazu ochronnego o prędkości przepływu od 10 do 12 l/min, spawa się przemiennym prądem spawania o natężeniu od 70A do 80A i napięciu średnim od 23V do 30V, a elementy (1) połączone złączem spawanym niezwłocznie po spawaniu, umieszcza się w piecu o temperaturze nie wyższej niż 850 C i wygrzewa przez co najmniej 2 godziny, następnie połączone elementy (1) chłodzi się razem z piecem do temperatury otoczenia, przy czym piec chłodzi się powoli, przez co najmniej 20 godzin, z prędkością nie większą niż 45 /h, a po ostudzeniu początek i koniec spoiny odcina się w odległości 5 mm do 8 mm od krawędzi elementów (1) i szlifuje się grań i lico spoiny. 2. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy spawane (1) mocuje się w matrycy (2), następnie elementy spawane (1) wraz z matrycą (2), podgrzewa się wstępnie do temperatury nie wyższej niż 300 C ± 10 C.

5 PL B Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy spawane (1) mocuje się w matrycy (2) poprzez dociśnięcie nakładkami (6) przykręconymi śrubami (7) do matrycy (2). 4. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że krawędzie spawanych elementów (1) ukosuje się na V pod kątem od 26 do 33, po czym wstępnie szlifuje. 5. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że elementy (1) spawa się ręcznie w pozycji podolnej, spoiną czołową w jednym przejściu, korzystnie w kierunku prawo-lewo z prędkością spawania od 0,7 do 0,16 m/min. 6. Uchwyt mocujący stanowiska do spawania niewielkich elementów, znamienny tym, że ma prostopadłościenną matrycę (2), w której wykonany jest nieprzelotowy otwór wzdłużny (4) podłączony do króćca (3) doprowadzającym gaz ochronny, zaś prostopadle do osi otworu wzdłużnego (4) wykonane są w matrycy (2), co najmniej trzy otwory pionowe (5) doprowadzające gaz ochronny do grani spoiny, ponadto w matrycy (2) po obu stronach otworów pionowych (5) wykonane jest wgłębienie, które z elementami spawanymi (1) umieszczonymi na matrycy (2), tworzy przelotowy kanał dla doprowadzanego gazu ochronnego. 7. Uchwyt, według zastrz. 6, znamienny tym, że elementy spawane (1) usytuowane na matrycy (2) dociśnięte są nakładkami (6) przykręconymi śrubami (7) do matrycy (2). 8. Uchwyt, według zastrz. 6, znamienny tym, że króciec (3) wkręcony jest w otwór wzdłużny (4).

6 6 PL B1 Rysunki

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)