способ сварки давлением с подогревом

Формула изобретения

Способ сварки давлением с подогревом, при котором собирают встык соединяемые детали из стали, нагревают стык и прикладывают сжимающее усилие, отличающийся тем, что нагрев стыка производят до температуры (Ас₃+300)°С÷(Ас ₃+400)°С с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, а после осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С, и затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сварки давлением и может быть использовано во всех отраслях хозяйств.

Известен способ электроконтактной сварки, заключающийся в том, что первоначально стык разогревается до температуры сварки теплом, выделяемым при прохождении электрического тока в зоне контакта, а затем к торцам прикладывается сжимающее усилие [Транспортное материаловедение. Берлин В.И., Захаров Б.В., Мельниченко П.А.; Под ред. Б.В.Захарова. - М.: Транспорт, 1982 г., стр.129].

Недостатком этого способа является то, что образование качественного соединения за счет пластической деформации соединяемых поверхностей с окисным пленками на торцах, образованными в процессе механической обработки, крайне затруднено и трудоемко. Разрушение же окисных пленок возможно только при поверхности торцов до оплавления. При этом, при приложении усилия осадки расплавленный металл вытесняется из стыка и образуется грат, удаление которого крайне затруднено. При этом способе значительное количество металла (до 50 мм на стык) сгорает.

Известен способ сварки давлением с подогревом, при котором соединяемые детали механически обрабатывают, стыкуют, прижимают, производят нагрев стыка и при достижений температуры сварки прикладывают дополнительное сжимающее усилие. [А.С. №1804986, В23K 20/00, 31/03, БИ №12, 1993 "Способ сварки давлением с подогревом" В.В.Губарев, А.С.Липатов и др.].

Недостатком способа является снижение в зоне стыка после сварки физико-механических свойств, как например, твердости на 100-150 ед. НВ и прочности на 10-20%. Снижение физико-механических свойств обусловлено тем, что кратковременный нагрев металла до температуры сварки в зоне стыка ниже требуемой температуры закалки, обеспечивающей формирование структуры с заданной твердостью и прочностью.

Техническим результатом является повышение твердости и прочности в зоне стыка за счет формирования мелкодисперсной структуры металла.

Технический результат достигается тем, что в способе сварки давлением с подогревом, при котором собирают встык соединяемые детали из стали, нагревают стык и прикладывают сжимающее усилие с последующей осадкой, причем нагрев стыка производят до температуры (Асз+300)°С÷(Ас3+400)°С с выдержкой при этой температуре для осуществления аустенизации зоны стыка, а после осадки стык охлаждают воздушно-водяной смесью до температуры Мн°С÷(Мн+400)°С и затем охлаждают воздухом до температуры окружающей среды.

Аустенизация сталей при температуре (Ac3+300)°C÷(Асз+400)°С и последующее охлаждение стыка в соответствии с приведенным выше режимом обеспечивают повышение твердости в зоне стыка до 350-450 ед. НВ и формируют мелкодисперсную структуру.

После окончания сварки соединение не имеет грата и, следовательно, искажения прокатных волокон, что исключает образование концентраторов напряжения. Все это повышает твердость и прочность сварного стыка до свойств основного металла.

Пример реализации способа. Например, сваривают рельсы Р65 из стали М76. Перед сваркой торцы рельсов механически обрабатывают. Рельсы стыкуют в сварочной установке, совмещают по периметру, выравнивают по рабочей грани поверхности катания. Затем проводят аустенизацию стыков. Например, производят индукционный нагрев при температуре (Ас3+350)°С и выдерживают при этой температуре 15 сек, затем к торцам прикладывают сжимающее усилие с последующей осадкой, а после осадки стык охлаждают воздушно-водной смесью до температуры, как например (Мн+350)°С, а затем воздухом до температуры окружающей среды.

Результаты испытания сведены в таблицу.

Таблица 1 Твердость и прочность объемно закаленных рельсов Р65 (в зоне стыка) при различных технологиях сварки
Способ сварки	Твердость рельсов в зоне стыка, ед. НВ	Нагрузка разрушением Рн рельсов при статическом поперечном изгибе с пролетом 1 м, кН
Сварка давлением с подогревом (по а.с. №1804986)	290	1880
Сварка давлением с подогревом (по предлагаемому техническому решению)	340	2260

Полученные сварные соединения имеют механические свойства, равноценные основному металлу. Грат отсутствует.

Предлагаемый способ сварки позволяет сократить отходы при сварке за счет отсутствия грата, повысить твердость и прочность стали в зоне стыка.

Использование способа, как например на рельсосварочных предприятиях железнодорожного транспорта, позволит повысить надежность и безопасность железнодорожных путей, повысить их долговечность.