Способ сварки стабилизированной дугой

Способ сварки стабилизированной дугой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к сварке, в частности к сварке стабилизированной дугой легких металлов и сплавов таких, как arao tиний, бериллий, магний и их сплавов, и мояет быть применено в судостроении, авиационной прЬныиленности, химической и энергетической . Цель - повьшение. эффективности и производительности процесса сварки стабилизированной дугой за счет увеличения концентрации дуги и одновременного осуществления катодной очистки сварочной ванны. При сварке вдоль столба дуги, подают несколько аксиальных потоков защитного газа. Внутренний поток газа подают под ост рым углом к дуге с частотой от 2 до 15 Гц.и скоростью от 2 до б раз больше номинальной Вьщержка при этой скорости от 10 до 100 раз больше, чем при подаче с номинальной скоростью . При сварке с поперечными колебаниями дуги каждую половину рабочего сечения внутреннего потока защитного газа попеременно перекрывают с частотой от 10 до 20 Гц в направлении , перпендикулярном свариваемому стыку. При сварке в импульсном режиме скорость подачи внутреннего потока газа увеличивают синхронно увеличению импульса сварочного тока. Такое ведение процесса обеспечивает отсутствие несплавлений, окисньпс включений , урещин и пор, 2 табл. (Л 2 ЭаП ф-лы, б ип. S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 9/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТ0РСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И.ОТКРЫТИЙ (46) 23.06.93. Бюл. Р 23 (21) 4062566/27 (22) 24.04 ° 86 (72) С.И.Полосков, В.А.Букаров и А.А.Агеев (56) Заявка Франции У 2060408, кл. В 23 К 9/00, 1971, Патент СНА Р 4101751, кл. 219-74, 1978 (54) СПОСОБ СВАРКИ СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ

ДУГОЙ (5/) Изобретение относится к cañðêå, в частности к сварке стабилизированной дугой легких металлов и сплавов ° таких, как алюминий, бериллий, магний и их сплавов, и может быть применено в судостроении, авиационной промышленности, химической и энергетической. Цель -- повышение эфФективности и производительности процесса сварки стабилизированной дугой эа счет увеличения концентрации дуги и одновременного осуществления к атодной

„„Я0„„431193 А 1 очистки сварочной ванны. При сварке вдоль столба дуги, подают несколько аксиальных потоков защитного rasa, Внутренний поток rasa подают под острым углом к дуге с частотой от 2 до

I5 Гц .и скоростью от 2 до 6 раэ больше номинальной. Выдержка при этой скорости от 10 до !00 раз больше, чем при подаче с номинальной скоростью. При сварке с поперечными колебаниями дуги каждую половину рабочего сечения внутреннего потока защитного газа попеременно перекрывают с частотой от 10 до 20 Гц в направлении, перпендикулярном свариваемому стыку. При сварке в импульсном режиме скорость подачи внутреннего потока газа увеличивают синхронно увеличению импульса сварочного тока. Такое ведение процесса обеспечивает отсутствие несплавлений, окнсных включений, трещин и пор. 2 s.ï. 4-лы, 6 ил.

2 табл °

1431193

Изобретение относится к области сварк33„в частности B среде эащитнь3х газов„и может )IaATH применение в судостроении, авиационной, энергетической, нефтяной, химической и других отраслях ироиь3нле3333ости IlpH производстве изделий из легких металлов и сплавов, в частности из алюминия и сплавов на его основе.

Целью изобретения является повнше33ие эффективности процесса путем увеличения проилавляющей способности дуги и производительности.

Ца ф33г.1 показана схема предлагаемого способа сварки нри воздейств3333 ца столб дуги внутреннего потока с номинальной скоростью; на фиг,2 " схема воздействия на столб дуги и ак1тив33ое пятно на иэделии внутреннего

IloToKa> имеющего максимальную скорость; на фнг.З вЂ” циклограмма процесса сварки стабилизированной дугой; на фиг.4 — расположение столба дуги и активного пятна на изделии при пе- 25 рекрнтии рабочего сечения. потока защитного газа с пряной стороны; на фиг.5 — расположение столба дуги и активного пятна па изделии при перекрытии рабочего сечения внутреннего потока защитного газа с левой стороны; на фпг,б." циклограмма увеличения импульсов сварочного тока в зависимости от времени выдержки 33оми33аль33ой и максимальной скоростей внутреннего потока защитного rasa.

Сварочную дугу 1 (см.фиг.l) возбуждают между неплавящимся электродом 2 H ать3ком свариваемого иэделия

3. Поток защит33ого газа разделяют при помощи стабилизирующего сопля 4 на внутренний поток 5, направленный под углом к дуге и имеющий номинальную скорость V, равную 0,4-3,0 м/с, и наружный поток б, имеюций скорость подачи V„, ограниченным наружным соп- 45 лом 7. Н33ружнь3й ноток защитного газа 6 обеспечивает защиту сварочной ванны 8, Внутренний поток 5 обжимает дугу 1,. охлаждая ее поверхность. Активное пятно на изделии (катодное пятно) имеет максимальный размер, paI3HhIIi d, Ширина эоны катодной очистки имеет размер В„„„ . Иири33а сварочной ванны в этом случае равна Ь, а глуби33а 13. При подаче внутреннего 55

ПОтОКа 5 (СМ.333ИГ.2) Со СКОрОСтЬЮ Ч „ большей в (2-6) pas »,, он воздействует иа дугу 1 и акт33в33ое пятно ца изделии 9. При этом вследствие повышения эффективности охлаждения боковой поверхности дуги 1 и зоны вокруг активного пятна 9 вследствие усиления процессов вынужденной конвекции происходит сжатие столба дуги I и уменьшение диаметра активного пятна

9 до Йм„„ . Уменьшение диаметра активного пятна 9 до Л,;„„ приводит к уменьшению шир33нь3 сварочной ванны до b„«„i с одновременным увеличением ее глубины до 13 „,, При этом происходит уменьшение ширины зоны катодной очистки до

Вм„„ вследствие стабилизации положения активного пятна 1О. Однако дальнейшее воздействие на дугу 1 внутреннего потока 5 со скоростью » прир мак водит к возрастанию скорости катодных потоков от иэделия 3, снижению тепловложения в сварочную ванну 8, а следовательно, и уменьшению глубины проплавлепия и ухудшению катодной очистки вследствие уменьшения ее шириHh3, Поэтому, не дожидаясь уменьшения глубины проплавленпя, вновь уменьшают скорость подачи внутреннего потока 5 до значения» . Да3333ые операции вновь приводят к увеличению ширины зоны катодной очистки до В с одновременным умеп3я3ением глубины сварочной ваьп3ы до h и увеличением ее ширины до Ъ.

В дальнейшем (фиг.3) изменение скорости подачи внутреннего потока S осуществляют с частотой f. = (?

15) Гц и в3 держиванием максимальной скорости подачи в (10-100) раэ дольme номинальной, Следует отметить, что если максимальная скорость подачи внутреннего потока »8 „„, больше

U менее чем в 2 раза, То эффективность охлаждения столба дуги I ухудшается, а стабилизация активного пятна 10 на изделии 3 не происходит. Если » „„, больше »а более чем в б раэ, то виутренний поток 5 будет турбулентным вследствие того, что число

Рейнольдса, характеризующее степень турбулентности, будет более 2300, а увеличение степени турбулентности приводит к ухудшению savIHThl сварочной ванны 8.

Снижение частоты f). изменения скорости внутреннего потока защитного

r аза от» до» „„, менее 2 Гц приводит к тому, что черезмерно увеличивается ширина b сварочной ванин 8, а глубина проплавления h с33нжаетс.я.

143 I 193

Увеличение .астоты изменения Ч более 15 Гц приводит к неэффективному сжатию столба дуги и охлаждению зоны активного пятна на иэделии 9 а инер5 ционность сварочной ванны 8 будет приводить к тому, что глубина проплавлеHHH (глубина сварочной ванны h) не будет достигать требуемой величины, При этом подцержание максимальной глубины сварочной ванны будет требоBaTb уменьшения скорости сварки, что в свою очередь, будет снижать производительность процесса.

Таким образом, только изменяя ско- 15 рость подачи внутреннего потока до определенных величин с определенной частотой и заданными попеременными выдержками этих скоростей обеспечива» ем наивысшую эффективность процесса сварки стабилизированной дугой при хорошем качестве сварных соединений.

В случаях, когда требуется обеспечить качественную широкослойную наплавку, колебания дуги 1 поперек стыка 2я осуществляют попеременным перекрытием половины рабочего сечения внутреннего потока 5, при этом при перекрытии рабочего сечения с левой стороны дуга I под воздействием охлаждающе- 30

ro действия потока 5 (см.фиг.4) отклоняется в правую сторону. При последующем перекрытии рабочего сечения .правой стороны (см. фиг.5) дуга .1 под охлаждающим действием внутреннего потока 5 отклоняется в левую сто35 рону. При этом плазма дуги со стороны высокоскоростного потока 5 охлаждается интенсивнее, и размеры дуги l с этой стороны относительно оси сим40 метрии уменьшаются. С другой стороны дуги l пограничные слои плазмы имеют более высокую температуру, а следовательно, и размеры. В результате электропроводная часть дуги 1, включая ее столб 1 и катодное пятно d на изделии, смещаются от оси симметрии в сторону, противоположную воздействию потока 5. Тепловое смещение дуги 1 относительно оси симметрии усиливается также за счет динамического воздействия внутреннего потока

5 имеющего меньшую температуру, а следовательно, большую плотность, чем плотность плазмы столба дуги 1.

В дальнейшем попеременное перекрытие рабочего сечения внутреннего потока защитного газа осуществляют с частотой f 10-20 Гц. При уменьшении частоты Е перекрытия потока 5 менее

l0 Гц возможно образование подрезов на кромках сварочной ванны вследствие блуждания дуги. При увеличении частоты К перекрытия. потока 5 свыше 20 Гц наблюдается уменьшение амплитуды колебаний дуги вследствие инерционности ее перемещения °

При осуществлении сварки в импульсном режиме (см.фиг.б) скорость подачи

V внутреннего потока 5 увеличивают до Ч,„,синхронно импульсу сварочного тока I„, а время выдержки величин этих скоростей и Я увеличивают н прямо пропорционально отношению тока импульса I„к сварочиому току в паузе Хп °

Несинхронное увеличение импульса тока по отношению к временам выдержки

7 и Г приводит к снижению эффективн m ности процесса, так как при этом наблюдается снижение глубины проплавления h.

При реализации способа сварки стабилизированной дугой проплавляющую способность дуги 1 оценивали по относительной глубине проплавления Ь/Ь, а производительность процесса опредеч ляли по изменению скорости сварки .

7, а следовательно, по увеличению или уменьшению погонной энергии, вво" димой в изделие.

Геометрические размеры сварочной ванны определяли визуально с помощью микроскопа ИБС-? при 25-кратном увеличении на микрошлифах сварных соединений. Скорость сварки и временные задержки внутреннего потока измеряли электронным секундомером СЭЦ-100, Примеры осуществления способа сварки стабилизированной дугой.

Способ сварки стабилизированной дугой был опробован иа сварочной уста» новке СА-200 с использованием источника питания ТИР-300 ДМ и специаль ной горелки. Сваривали трубные образцы ф 84 12 мм, изготовленные из сплава AMr-61, защитный газ - аргон.

Сварочную дугу 1 длиной 12 ми возбуждалн при "помощи осцнллятора между водоохлаждаемым наконечником электрода 2 и трубным образцом 3. Одновре менно разделяли при помощи стабилизирующего сопла 4 горелки общий обьем защитного газа на два аксиаль ных потока 5 и 6, внутренний из кото» рых направляли под углом к дуге 1, а затем осуществляли сварку по пр<д!

431193 лагаеиоиу способу и оценивали его эффективность.

Полученные при этом данные приведены в табл.1 и 2.

Укаэанные в табл.l параметры процесса сварки обеспечивают иаксимальную скорость сварки, наибольшую глубину проплавления, широкую эоиу катодной очистки.

Ilpa широкоспойной наплавке износостойкого алюминиевого сплава на термоупрочняемый сплав перекрывали половину сечения рабочего потока 5, при этом выявлено, что при частоте пе-15 рекрытия f 1О Гц получена ширина наплавки А = 18 мм, при глубине h проплавления 6 им и ширине В катодной очистки 24 мм, при частоте перекрытия f, » 15 Гц, получена ширина наплавкн А 16 мм при глубине h =

= 5 ии н ширине В зоны катодной очистки 26 им, при. частоте f 20 Гц получена ширина В зоны катодной очистки 24 ми, ширина наплавки Л = 15 мм и глубина наплавки h = 4 мм.

Иаряду с процессом сварки в непрерывном режиме осуществляли сварку в ,импульсном режиие, причем номинальную скорость !. подачи внутреннего потока З0

/5 изменяли до максимальной „„ синд макс хронно пропорциональному увеличению отношения тока импульса к сварочному току в паузе Х„ /Хя. При этом определялн влияние времени выдержки + 7.„ 35 скоростей внутреннего потока Ve u

Ч защитного газа на глубину пропЬ мвск лавления h.

Все сварочные образцы были под- 40 вергнуты внешнему осиотру и металлографическим исследованиям.

Качество формирования и защита мва были хорошие, Иееппавлений окисных включений, 45 трешкам, пор не обнаружено.

Данный способ позволяет увеличить эффективность процесса сварки в .l 86

2,0 раза за счет повышения проплавлявщей способности процесса.

Кроме того, за счет улучшения условий формирования шва, регулирования его формы, увеличения ширины эоны катодной очистки, качество сварных соединений из алюминиевых clITIRBQB повышено на 20-257,.

Формула изобретения

1, Способ сварки стабилизированной дугой на обратной полярности с подачей защитного газа вдоль столба дуги несколькими аксиальными потоками, внутренний из которых подают под острым углом к дуге с номинальной скоростьв (0,4-3) м/с, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса путем увеличения проплавлявщей способности дуги и производительности, внутренний поток газа подают с частотой от

2 до 15 Гц и скоростью от 2 до 6 раз больше ноиинальной с выдержкой от 10 до 100 раз большей, чеи при подаче с ноиинальиой скоростьв.

2 ° Способ по п,l о т л и ч а в— шийся тем, что, с целью осуществления сварки с поперечныии колебанияии дуги относительно свариваемого стыка, каждую. половину рабочего сечения внутреннего потока защитного газа попеременно перекрывают с частотой f = (10.. ° 20) Гц в направлении, перпендикулярном свариваемому стыку.

3. Способ по п.1, о т л и ч а в шийся тем, что, с целью осуществления сварки в импульсном режиме, скорость подачи внутреннего потока защитного газа увеличивают от ее номинального значения до максимального синхронно увеличению импульса сварочного тока, а время выдержки величин этих скоростей увеличивают прямо пропорционально отношению тока импульса к сварочнбиу току в паузе. 14311 93

Теблнаа!

Геометрнчесне реамерм варочноЯ ванин!

Ъиубна h>

1 е ававс ° и/с

О903

0,8 18,2 24 9 6

0,45 0,4

0,448 0,4

2,2

18 3 23 9 6

0902

18,4 22 10

0,005

0,495

0,4

3,2

0aOI

4, 10

5 10

0,09

23, 9

4 4

2,2

l9,4

8 4

0,095

0 099

2,2

l9,6 2 10 5!

3,2 . 19,7

2,2

0i06. 3,0.6,0

20,6

Os063

I2Â0

20,8

20 12

0,067

2l9I

18,0

3,0

Табл ица2.

lI II- Ток свари/п ки в паузе, 2яэ А

Ток сварки в им 8vaxci 1МЖРв м/с ка м+ "н пульсе, нэ

20

2,0

0,1

20

2,9

10 0,2

3,1

20

20 0,3

7,4

500

10 0,4

100

800

20 0,5

100

8,9

Частота немане» ння внутреннего потока ф9, Гц

2 2

3 2

6 IO

7 15

8 15

9 !5

Время вм» дернкн но" мннеленоЯ скорости внутреннего.нотокs л „„„c

0 005

Oi0OI

0,007

0,0067

0,006

Время выдерккн макснмальноЯ скорости внутреннего нотона

Ммес

Номинальная скорость нодачи внутреннего нотона

VS, и/с

Накснмаиъная скорость нодачн внутреннего лотока

Скорост сварки

Cf В

21 II

21 10

2Р 11

Глубина, сварочной ваиHb1 ll> MM! 431 l 93

14311 93

l43i Яз

Составитель Г.Твтченкова

Техред Й.Сердюкова

Редактор А-.Гаврилина

Корректор С,Яекмар

Тирах

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по депаи иэобретений и открытий!!3035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Закаэ 2377

Подписное

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