Способ электронной лучевой сварки

Способ электронной лучевой сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки, а именно к процессу сварки с отклонением и сканированием электронного луча. С целью исклкгаення корневых дефектов шва злектро1шый луч с помоцыо двойного преломления в течение заданно; го времени отклоняют от дна свароч с ной ванны по передней стенке к верх ней кромке. Затем его перебрасывают ;на верхшмо заднюю кромку и спускают до дна ванны. 4 ил. (Л С

ae Ol> щ),ф В 23 К 15/00

° ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASтОеекоМ Сеид я ильатвм (21) 3849470/25-27 (22) 04.12.84 (46) 07.12.86. Бвл. В 45 (7l) Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт влек»" тросваркн им. Е,O. Патона .(72) А,А. Кайдалов, К.С. Акопъянц, О,К, Назаренко, Л,П, Стрекаль, В,В, Непорохний, А.В, Емченко-Рыбко ,и Т.Ф. Ермакова (53) 621.791,72(088.8) (56) На1ав А., Xmarda S. Quasi .tandem electron Ьеаа Welding .((СТЕВ)Tn;Ä3rd International Co21oguiue on

Welding and Melting by electrons and .

laser beams : Lyon, 5-9 Septembre, 1983, tome.l, 603-609. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАР-"

KH (57) Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки, а именно к процессу сварки с отклонением и сканированием электронного луча. С целью исключения корневых дефектов ива электронный луч с помощьв двойного преломления в течение эаданного времени отклоняют от дна свароч ной ванны о передней стенке к верх ней кромке. Затем его перебрасыВавт на верхню заднюю кромку и спускеет до дна ванны. 4 ил.

1274880

Изобретение относится к технологии электронно-лучевой сварки, а именно к способам сварки, включающим отклонение и сканирование электронного луча в зоне нагрева, особенностью которых является то,, что, выбирая траекторию сканирования луча, добиваются снижения пористости, корневых и других дефектов сварного шва.

Целью изобретения является повышение качества сварки за счет полного устранения корневых дефектов, Поставленная цель достигается тем что электронно-лучевую сварку осуществляют повторяющимися циклами, сос" тоящими иэ трех этапов. Вначале сварку осуществляют неотклоненным электронным лучом, а затем при поочередном его отклонении — с помощью двойного преломления вперед и назад по отношению к направлению перемешения зоны сварки. Этап сварки с отклонением электронного луча производят вначале с направлением луча на новое дно сварочной ванны и последующим плавным перемещением его на переднюю верхнюю кромку ванны, затем с выбросом луча на заднюю верхнюю кромку ванны и последующим плавным пере" мещением его на дно ванны. Одновременно осуществляют сканирование луча по траектории являющейся дугой окружности или эллипса и обращенной выпуклостью в сторону отклонения луча, Время сварки неотклоненным лучом определяют так, чтобы, перемещаясь со скоростью сварки, луч проходил рас" стояние, равное радиусу своего поперечного сечения на уровне свариваемых изделий, и рассчитывают иэ соотношения е

ы са где t — время сварки неотклоненным лучом;

r — радиус электронного луча;

V — скорость сварки, а суммарное время отклонения в переднюю и хвостовую части ванны t< .выбирают равным или меньшим времени затекания парогаэового канала в сварочной ванне и определяют иэ соотношения

+.n <-.Р е

"оП он

Ф где а „ — время отклонения луча вперед;

,ц, - время отклонения луча назад; — плотность расплавленного металла; б — поверхностное натяжение расплавленного металла, причем максимальный и минимальный углы отклонения луча от его оси в неотклоненном положении определяют соответственно иэ выражений где о — максимальный угол отклонения луча; а, — минимальный угол отклоне20 ния луча;

Ь вЂ” глубина сварочной ванны;

D — расстояние от последнего уровня преломления луча до

25 дна сварочной ванны, а сканирование луча осуществляют.по траектории с поперечным размером,. равным диаметру поперечного сечения электронного луча на уровне свариваемых изделий, На фиг.1 а е изображена последовательность операций способа; на фиг.2 — траектория сканирования (дополнительного перемещения луча в отклоненном положении), где АВ - хор35 да дуги, по которой производят сканирование, Длина хорды АВ равна 2г

AmB — дуга, по которой производят сканирование; на фиг.З вЂ” блок-схема предложенного устройства; на фиг,4—

40 диаграмма изменения во времени тока в отклоняющих системах, Операции электронным лучом направлены на то, чтобы создать сварочную ванну цилиндрической формы с круговым или эллиптическим сечением с помощью расплавления той части металла, которая составляет разницу между конической и цилиндрической формами ванны с равными сечениями на верхнем уровне, Такое дополнительное расплавление можно осуществить тем. же электронным лучом, увеличив угол

его встречи с передней или задней стенками парогазового канала в сва55 рочной ванне по сравнению с предыдущим равновесным состоянием, Увеличить указанный угол встречи можно только с помощью двойного пре1274

ЭО ломления электронного луча, Вначале луч отклоняют на дно сварочной ванны и с увеличивающейся скоростью (так как уменьшается толщина слоя металла между конической и цилиндрической формами ванны), перемещают на переднюю верхнюю кромку ванны, Затем электронный луч выбрасывают на заднюю верхнюю кромку сварочной ванны и с уменьшающейся скоростью опускают на 10 ее дно. При этих двух операциях электронный луч сканируют по дуге окружности или эллипса с хордой, равной диаметру его поперечного сечения, что и позволяет получить сварочную 15 ванну цилиндрической формы, Кроме того, такой порядок отклонения луча сохраняет существующее при обычной сварке направление переноса расплавленного металла, Время формирования 20 ванны цилиндрической формы не должно превышать времени затекания парогазового канала, в противном случае будут образовываться дефекты шва типа непроваров и раковин, Время зате- 25 кания канала определяется периодом

em капиллярных колебаний, равным

Предлагаемый способ электроннолучевой сварки позволяет максимально снизить вероятность образования корневых и других дефектов.шва и получить шов с параллельными боковыми границами, так как при этом образуется сварочная ванна цилиндрической формы, что обеспечивает высокое каЛ чество шва и минимальные деформации свариваемого изделия, 40

Устройство для реализации способа (фиг,3) содержит электронную пушку 1, формирующую электронный луч 2, первую отклоняющую систему 3, вторую отклоняющую систему 4, биполярный источник 5 тока для постоянного отклонения, генератор 6 тока для продольного отклонения, генератор 7 сканирования и перемножитель 8.

Устройство работает следующим образом.

После включения электронной пушки 1 формируется электронный луч 2, который, перемещаясь относительно 55 изделия 9, образует сварочную ванну

10 и после ее кристаллизации — сварной шов 11. Последовательность опе880 4 раций электронным лучом задается генератором 6 продольного отклонения °

В период времени t<< после включения электронного луча 2 токи в обеих отклоняющих системах 3 и 4 равны нулю, т.е. сварка осуществляется неотклоненным лучом, По истечении времени t< генератор 6 создает в цепи отклоняющей системы 4 импульс тока длительностью со„ с плавно нарастающей вершиной, Передним фронтом этого импульса включается источник

5, который создает в цепи отклоняющей системы 3 постоянный ток заданного направления, и запускается генератор 7 сканирования, который через перемножитель 8 создает в цепи отклоняющей системы 4 переменный ток, обеспечивающий сканирование электронного луча 2 по половине окружности заданной ориентации. По окончании импульса длительностью со„ генератор 6 создает в цепи отклоняющей системы

4 импульс тока с плавно спадающей вершиной противоположной полярности и длительностью а „. Передним фронтом этого импульса переключается полярность источника 5, изменяя направление постоянного тока в цепи отклоняющей системы 3, и фаза выходных сигналов генератора 7 сканирования изменяет в результате на противоположную ориентацию траектории сканирования электронного луча 2 ° Задним фронтом импульса длительностью от генератора 6 отключается источник

5 и генератор 7 сканирования, Снова наступает "пауза длительностью т.е. в это время токи в отклоняющихг системах 3 и 4 равны нулю.

Способ электронно-лучевой сварки проверялся на установке, оборудованной электронной пушкой и источником питания класса 60 к — 60 кВт, с дополнительной отклоняющей системой, установленной на торце пушки. Сваривались образцы из стали толщиной

80 мм со скоростью 2,5 мм/с при ускоряющем напряжении 60 кВ и токе пучка 500 мА. Средний радиус электронного луча составлял 0,4 мм. Время сварки неотклоненным лучом составляло — 0,4/2,5 = 0,16 с. Время сварки с отклонением выбиралось равным

to/ = „= „"-?,8 10 с, Поперечная разве; тка луча во время продольного отклонения осушествлялась на половине окружности радиусом 0,4 мм и

5 1274880 частотой 20 KIII ° Расстояние от пос- . леднего уровня преломления луча до корня проплавления составляло 220 мм, а глубина проплавления 70 мм. Максимальный и минимальный углы продольного отклонения пучка соответственно были равны:

t(r4 затем отклоняют луч в ауу Э головную часть ванны на угол лагс٠— и ускоренно увеличивают

2re

2r D угол отнлоненнн до о(агооя уф,, 0,96

М, = arctg после чего луч мгновенно отклоняют в хвостовую часть ванны на угол ьС и замедленно уменьшают угол отклонения до величины М,„ ; кроме того, при нахождении луча в отклоненном состоянии осуществляют сканирование луча по траектории дуги, обращенной вы":. пуклостью в сторону отклонения и ограниченной хордой, равной диаметру электронного луча на уровне свариваемых изделий, при этом суммарное время нахождения луча в отклоненном состоянии

10!

5 где

c) н, acctg = O,65

2 ° 0 4 о

Исследования методом поперечных шлифов показали, что при сварке предлагаемым способом формируется шов с параллельными боковыми границами и круглым корнем. Нестабильность глубины шва, выполненного по предлагаемому способу, была в 2,5 раза меньше, чем по известному и в 12 раз меньше, У чем при сварке неотклоненным лучом.

Трещин, имеющих место при сварке неотклоненным лучом, и раковин, возникающих при сварке по известному способу, в шве, выполненном по предлагаемому способу, не обнаружено, формула и э о б р е т е н и я

Способ электронно-лучевой сварки, 30 при котором в процессе перемещЕния луча в направлении сварки осуществляют колебания луча вдоль сварочной ванны путем его отклонения от вертикали с помощью двойного преломления, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварки за счет устранения корневых дефектов, колебание луча осуществляют в спедующей последовательности: перемещают неотклоненный луч в течение времени

40 время перемещения неотклоненного луча; суммарное время нахождения луча в отклоненном состоянии; средний радиус электронного луча; плотность расплавленного металла; поверхностное натяжение расплавленного металла; расстояние от последнего уровня преломления луча до дна сварочной ванны; глубина сварочной ванны; скорость сварки.

/аист. мыл

Составителв .Е, Сомова .

Редактор Н. Егорова Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Пилипенко

Заказ 6520/13 Тираж 1001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4