Способ электронно-лучевой сварки

Способ электронно-лучевой сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электроннолучевой сварке и может быть использовано в машиностроении для производства сварных конструкций из разнородных металлов и сплавов, а также металлов с остаточной намагниченностью. Цель изобретения - повышение качества сварных соединений путем повышения точности определения положения электронного пучка относительно плоскости стыка. В процессе сварки образца 3 четырехкоординатные электронно-оптические датчики 4 и 5 температуры контроля формирования вершины и корня шва соответственно регистрируют зоны шва, ограниченные изотермами 1Kf и 0,9 Т, определяют разность теператур точек, симметричных относительно плоскости стыка, и выдают сигналы управления пучком 7 с целью его оптимальной ориентации. Контроль положения электронного пучка относительно плоскости стыка с помощью измерения температуры позволяет получить оптимальное распределение теплового поля относительно стыка, которое определяет положение и размеры сварочной ванны. Это позволяет устранить дефекты в виде непроваров сварного шва. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. (С (Л с 05 ю о ГС -U 00 2 Фиг. 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1620248 (51)5 В 23 К 15 00

ЕЕМ.",Н6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4628!9!/27 (22) 02.01.89 (46) 15.01.91. Бюл. № 2 (7i ) Московский энергетический институт (72) И. В. Зуев, В. К. Драгунов, К. H. Елизаров и Е, Б., Шелемин (53) 621.791 72 (088.8) (56) Патент ГДР № 212677, кл. В 23 К 15/00, 1984.

Патент США № 4164640, кл. 219 — 121, ! 4.08.79. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ

СВАРК.И (57) Изобретение относится к электроннолучевой сварке и может быть использовано в машиностроении для производства сварных конструкций из разнородных металлов и сплавов, а также металлов с остаточной намагниченностью. Цель изобретения — по2 вышение качества сварных соединений путем повышения точности определения положения электронного пучка относительно плоскости стыка. В процессе сварки образца 3 четыреiкоординатные электронно-оптические датчики 4 и 5 температуры контроля формирования вершины и корня шва соответственно регистрируют зоны шва, ограниченные изотермами

Тр и 0,9 Т„, определяют разность теператур точек, симметричных относительно плоскости стыка, и выдают сигналы управления пучком 7 с целью его оптимальной ориентации.

Контроль положения электрон ного пучка относительно плоскости стыка с помощью измерения температуры позволяет получить оптимальное распределение теплового поля относительно стыка, которое определяет положение и размеры сварочной ванны. Это позволяет устранить дефекты в виде непроваров сварного шва. 2 з.п. ф-1bl, 5 ил.

1620248

С ((Т+27 ) юо

55 з

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке и может быть использовано в машиностроении для производства сварных конструкций из разнородных металлов и сплавов, а также металлов с остаточнной намагниченностью.

Целью изобретения является повышение качества сварных соединений путем повышения точности определения положения оси электронного пучка относительно плоскости стыка.

На фиг. 1 изображена схема способа электронно-лучевой сварки; на фиг. 2 — распределение температуры в зоне охлаждения; на фиг. 3 — зона измерения температур; на фиг. 4 — схема оптимального расположения электронно-оптических датчиков; на фиг. 5— схема установки датчиков под углом к поверхности детали.

По способу сварки, включающему формирование двух контрольных сигналов, определяющих положение плоскости стыка относит льно оси электронного пучка и смещение электронного пучка в зависимости от величины ы с иг::: алов, для формирования одного контрольного сигнала измеряют разностьтемператур свариваемых деталей в точках, симметричных относительно плоскости стыка с лицевой стороны сварного шва, и для формирования другого сигнала — то же в корне шва.

В случае сварки сталей большой толщины при H2ли .ии сигнала рассогласования при измерении температуры в вершине шва производят смещение пучка, перпендикулярное плоскости стыка, а при наличии сигнала рассогласования при измерении температуры в корне шва — угловое смещение пучка.

Температуру измеряют в области, ограниченной сварочной ванной и изотермой (0,5—

0,9) Т>, в зависимости от теплофизических свойств свариваемых материалов, где Т„ — температура кристаллизации.

Способ электронно-лучевой сварки реализуется следующим образом.

На стол 1 (фиг. 1) механизма 2 перемещсния устанавливают образец 3 из разнородных металлов или из стали с остаточной намагниченностью 5 — 6 Гс. Для измерения температуры над образцом 3 жестко закрепляют четырехкоординатные электронно-оптические датчики 4 и 5 температуры контроля формирования вершины и корня шва, соответственно, помещенные в защитные экраны 6.

Перед сваркой совмещают начало координат датчиков 4 и 5 с плоскостью стыка, а затем проводят электронно-лучевую сварку.

В процессе сварки оба электрон .о-оптических датчика 4 и 5 регистрируют зоны шва, размеры которых не превышают области, ограниченных изотермами Т и 0,9 T определяют разность температур точек (или разновеликих зон), симметричных относительно плоскости стыка, и выдают сигналы для управления пучком 7 с целью его оптимальной ориентации. Сигнал рассогласования от датчика 4 контроля вершины шва поступает на блок 8 управления механизмом 2 перемещения пучка в направлении, перпендикулярном плоскости стыка, а сигнал от датчика 5 контроля корня шва поступает на усилитель 10, а затем на отклоняющие катушки 11 электронно-лучевой пушки 9 с целью изменения угла наклона электронного пучка в плоскости стыка. Изменение пространственного положения электронного пучка мож но проводить различными способами — с помощью механических систем, двойным преломлением пучка, а также их комбинацией.

Таким образом, в процессе сварки осуществляют регулирование положения зоны плавления относительно плоскости стыка.

Чтобы исключить изменения температуры в зонах регистриации за счет движения жидкой фазы, их выбирают за пределами сварочной ванны. Точность способа зависит от температуры этих зон, так как удельный поток излучения д, Вт/м тела, нагретого до температуры Т (. С), через его поверхность согласно закону Стефана-Ьольцмана пропорционален четвертой степени абсолютной температуры поверхности этого тела где С вЂ” коэффициент излучения, зависящий от состояния поверхности.

При несимметричности теплового поля относительно плоскости стыка сигнал рассогласования при измерении температур двух точек будет больше в том случае, если градиент температуры выше. Такие области максимально приближены к источнику теплоты.

Однако для различных металлов и сплавов при одинаковых режимах сварки они имеют разные размеры (фиг. 2). Так, например, оптимальныя зона регистрации (зона с высоким градиентом температуры) для аустенитной стали ограничена изотермой 0,9 Т, для углеродистой стали — 0,7 Т, алюминия—

0,9 Т, меди — 0,5 Т,. В общем случае, точки, в которых измеряют темературу, должны входить в области, ограниченные изотермой (0,5 — 0,9) Т„, в зависимости от теплофизических свойств свариваемых материалов.

Измерение температур проводят следующим образом.

Предварительно настроенные на область стыка четырехкоординатные электронно-оптические датчики 4 и 5 (начало координат датчика совмещено с плоскостью стыка) определя т в точках или равных по площади частях А и В симметричных относительно плоскости стыка среднюю температуру (Т и

Тв ) (фиг. 3), затем эти температуры сравниваются, формируется сигнал рассогласования, в соответствии с которым блок 8 управления выдает команды для переориентации

l 620248 пучка до выполнения ранее установленного отношения Т /Т при сварке разнородных металлов или Т„ =Т при сварке однородн ы х мет алл о в.

Поскольку теплофизические свойства свариваемых материалов и величина остаточной магнитной индукции по длине образца изменяются незначительно, а быстродействие оптических датчиков и электронных систем составляют 1 — 5 мс, исполнительных механизмов — 50 †1 мс, то точность предлагаемого способа высока.

Угол а между поверхностью детали и линией электронно-оптических датчиков. Зону регистрации излучения выбирают в зависимости от условий сварки. Наилучшие условия для регистрации излучения с помощью электронно-оптических датчиков 4 и 5 возникают в том случае, когда а=90 (фиг. 4).

Однако это условие не всегда можно осуществить из-за ряда технологических параметров (наклон оси электронного пучка к поверхности детали, использование пучков с большим углом сходимости и т.п.). В этих случаях выбирают максимально возможный угол регистрации с (фиг. 5), причем минимальное его значение а1 определяется длиной зоны регистрации L и разрешающей способностью электронно-оптического датчика а.

Таким образом, регистрацию проводят под углом, который выбирают из соотношения

arcsiin -(n(90, и в направлении перемещения источника теплоты по детали, так как в противном случае регистрация будет проводиться через пучок и продукты разрушения, выносимые из парогазового канала, что снижает точность способа.

Контроль положения пучка относительно плоскости стыка с помощью измерения температуры позволяет получить оптимальное распределение теплового поля относительно стыка, которое определяет положение и размеры сварочной ванны. Это дает возможность повысить качество сварных соединений. путем устранения дефектов в виде непроваров.

Экспериментальную проверку проводили на прямолинейных образцах из следующих пар сплавов 48КНФ и 36НХТЮ, ЭП517 и.

ВУС-17, 36НХ1Ю и БрХО.5 толщиной 30 мм.

Режимы электронно-лучевой сварки: усhoряющее напряжение 60 кВ, ток сварки 160

200 мА, скорость сварки 20 м/ч.

Предлагаемый способ электронно-лучевой сварки значительно повышает качество сварных соединений, выполненных электронно-лучевой сваркой, и позволяет применять

)p ее для соединения разнородных материалов, в частности для производства биметаллических роторов из магнитных и немагнитных сплавов.

Формула изобретения

1. Способ электронно-лучевой сварки, включа. ощий формирование двух контрольных сигналов, определяющих положенне плоскости стыка относительно оси элсктрон2О ного пучка и смещение электронного пучка в зависимости от величины рассогласования контрольных сигналов, от,шчаю циися тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем повышения точности определения положения оси электронного п чка

25 относительно плоскости стыка, для формирования одного контрольного сигнала измеряют разность температур свариваемых деталей в точках, симметричных относи тел ьно плоскости стыка с лицевой стороны сварного шва, а для формирования другого сигнала измеряют разность температур свариваемых деталей в точках, симметричных относительно плоскости стыка в корне сварного шва, 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наличии сигнала рассогласования при измерении температуры в вершине шва пучок смещают перпендикулярно плоскости стыка, а при наличии сигнала рассогласования при измерении температуры в корне шва производят угловое смещение пучка.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что температуру измеряют в области, ограниченной сварочной ванной и изотермой (0,50,9) Т в зависимости от теплофизических свойств свариваемых материалов, где Т,— температура кристаллизации.

1620248

7 ос

q9 » a@em cmon J

0,8 Т р(уел.cmusb)

100б

05 Ткр(йl)

soo

09 Ткр(А 11

1620248

/(усилил ел о (70) елмрсд

Соста витель И. Фролов

Редактор М. Парфенова Техред А. Кравчук Корректор Н. Король

Заказ 4208 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! 3035, Москва, OK — 35, Раушская наб., д. 4)5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина. !О!