Способ дуговой сварки плавлением

Способ дуговой сварки плавлением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: для электродуговой сварки металлов и сплавов штучными и неплавящимися электродами деталей различных толщин в различных пространственных положениях. Сущность способа: способ осуществляется с периодическим уменьшением и повышением плотности тока. Для этого сварку ведут от управляемого источника питания преимущественно со штыковой хаМзобретения относится к электродуговой сварке металлов и сплавов штучныг ., и неплавящимися электродами различных толщин в различных пространственных положениях и может быть применено в различных отраслях машиностроения и монтажных работах. В современном производстве сварных конструкций в различных пространственных положениях применяют способы сварки с поперечным и продольным колебаниями конца электрода с целью удержания жидкого металла в ванне без воздействия на источник питания дуги (см. Справочник по сварке под ред. Е.В.Соколова , т.2, М,: Машиностроение. 1961, с.163-

СОЮЗ СОПГ- 1 СКИХ

СОЦИИ ИС ИЧЕСКИХ

РеспуБлик (5t) s В 23 K 9/167, 9/173

ГОСУДАРСТ8ЕННЫй КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

J., ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДETEflbCTBY (21) 4913972/08 (22) 25.02.91 (46) 23,11.92, Бюл. N. 43 (71) Ростовский-на-Дону институт сельскохозяйственного машиностроения (72) B.À.Ëåíèâêèí, П.И.Петров и А.Г.Олейников (56) А.В,Петров, Г,А.Славин. Автоматическая сварка тонколистовой стали импульсной дугой в среде аргона. Сварочное производство, N 2, 1961, с,18-21. (54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ (57) Использование: для электродуговой сварки металлов и сплавов штучными и неплавящимися электродами деталей различных толщин в различных пространственных положениях. Сущность способа: способ осуществляется с периодическим уменьшением и повышением плотности тока. Для этого сварку ведут от управляемого источника питания преимущественно со штыковой хаИзобретение относится к электродуговой сварке металлов и сплавов штучньи ., и неплавящимися электродами различных толщин s различных пространственных положениях и может быть применено в различных отраслях машиностроения и монтажных работах.

В "îâðåìåííîì производстве сварных консгрукций в различных пространственных положениях применяют способы сварки с поперечным и продольным колебаниями конца электрода с целью удержания жидкого металла в ванне без воздействия на источник питания дуги (см.

Справочник по сварке под ред. Е.В,Соколова, т.2, М,; Машиностроение, 1961, с.163164). Известные способы сварки

„., Æ, 1776517 А1 рактеристикой в диапазоне рабочих параметров режима. Предварительно устанавливают граничные величины тока

=(0,2-0,5)lvov и lg = (1.1-1,5)IHoM. Затем возбуждают дугу и ведут сварку на токе l2 При образовании сварочной ванны заданных размеров, которые определяются условиями удержания жидкого металла в ванне, увеличивают длину дуги до напряжения 01 —.

=Ока + Кхд(1,5 — 2,5}бэ. При этом ток дуги ступенчато снижают до 1 в течение времени. равного времени кристаллизации (0,5 — 0,9) объема металла ванны. Снижают напряжение дуги до напряжения уставки Uz = 0„+

+Кд(0.1 — 0,3)d> путем сокращения длины дуги. Затем ток дуги дискретно увеличиваи1Т до Ь и по мере образования сварочной ванны снова увеличивают длину дуги, и процесс повторяют. Оха — сумма приэлектродных падений напряжений, В; Кд — градиент потенциала столба g,óãè, В/мм; б., — диаметр электрода, мм. 1 фиг.,1 табл. плавлением в большинстве случаев не обеспечивают получение качественных сварных швов вследствие неравномерности проплавления и нарушения защиты дугой кристаллизующегося металла в ванне.

Наиболее близким к предлагаемому является способ дуговой сварки неплавящимся электродом в за.цитных глзах, заключающийся в том, что периодически уменьшают и повышают плотность тока таким образом, что во время высокой пл )тности тока металл шва расплавляется, а в период низкой плотности тока — затвердевает, Величины низкой и высокой плотностей тока регулируются по жесткой программе (см. петров А.l3., Славин Г.А. Автоматическая сварка тонколис1овой стали импульс1776517 ной дугой в среде аргона, Сварочное производство, ¹ 22, 1961. с.18-21).

Однако этим способам присущи недостатки, связаннь1е с тем, что снижение плотности тока при относительно большой длине дуги приводит к блужданию дуги, нарушению защиты металла шва и условий кристаллизации металла в сварочной ванне, а при сварке плавящимся электродом приводит к затягиванию короткого замыкания дуги каплей расплавленного электродного металла, Кроме того, укаэанные способы сварки осуществляются по жесткой программе, что не позволяет учитывать различных возмущений, действующих на систему 15 электрод — дуга-ванна. Указанные недостатки снижают качество сварного соединения.

Целью изобретения является повыше-. ние качества шва при сварке в различных пространственных положениях, расширение технологических возможностей процесса, диапазона свариваемых толщин штучными и неплавящимися электродами.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе дуговой сварки плавлением, при котором сварку выполняют с периодическим уменьшением и повышением плотности тока, сварку ведут от управляемых источников преимущественно со штыковыми характеристиками в рабочем диапазоне параметров режима. Для этого предварительно устанавливают граничные величины тока !1 =- (0,2-0,5)lppM и l2 =

=(1.1-1,5)IHQM, где I/ 0л — номинальный ток дуги, величину которого задают в эависимости от толщины свариваемых деталей и допустимого тока для выбранного электрода.

Затем возбуждают дугу и ведут сварку на токе Iz, При образовании сварочной ванны заданных размеров, которые определяются условиями удержания жидкого металла в ванне, увеличивают длину дуги до напряжения уставки U1 = Ока + K д(1,5 2,5)г!э. При этом ток дуги ступенчато уменьшаЮт до I1 и в течение времени, равного времени кристаллиэации (0,5 — 0,9) объема металла ванны, снижают напряжение дуги до напряжения уставки Uz = U<> + Кд(0,1-0,3)d> путем сокращения длины дуги. Затем ток дуги ступенчато увеличивают до lg и по мере образования ванны снова увеличивают длину дуги, П роцесс повторя ют.

U a — сумма приэлектродных падений напряжений;

Кд — градиент потенциала столба дуги; с!э — диаметр электрода.

При осуществлении процесса сварки на токе ниже !1 и длине дуги, равной (1,5-2,5)d, уменьшается сечение дуги, снижается ее пространственная устойчивость. Это вызы20

50 вает нарушение защиты расплавленного металла и ухудшает качество сварного соединения. На токе выше !2 увеличивается вероятность образования прожогов при сварке тонкостенных элементов и вытекание металла из ванны при сварке средних и больших толщин в положениях, отличных от нижнего, При напряжении на дуге более U> при неизменном токе увеличивается время пребывания металла шва в расплавленном состоянии. Это способствует выгоранию легирующих элементов и образованию пор, Снижение напряжения на дуге до Ug, что соответствует длине дуги (0,1-0,3)ds при токе сварки, равном I<, приводит к длительному короткому замыканию, ухудшению условий разрыва перемычки, нарушению процесса сварки и качества шва, Периодические изменение обьема расплавленного металла сварочной ванны от 1 до 0,5 за счет изменения тока от I> до Ig способствует измельчению структуры металла шва и направлению роста кристаллов.

На чертеже схематично изображены вольт-амперные характеристики питающей системы: I1, lz — граничные значения тока режима сварки; 01, Uz — уставки наибольшего и наименьшего напряжения дуги, при которых производится дискретное изменение тока.

Особенность предлагаемого способа заключается в том, что предварительно устанавливают ток дуги выше номинального.

После возбуждения дуги происходит интенсивное проплавление основного металла и рост обьема сварочной ванны. Одновременно увеличивают длину дуги при постоянном токе Iz. При увеличении длины дуги расширяется зеркало сварочной ванны. Это приводит к снижению удельного давления дуги на ванну, образованию под активным пятном дуги большей прослойки жидкого металла, снижению глубины проплавления с одновременным увеличением зеркала ванны. Это все приводит к улучшению условий удержания металла в ванне. При достижении ванной заданных размеров, которые определяются из условий удержания жидкого металла в ванне в зависимости от пространственного положения при неизменном напряжении дуги U1, дискретно уменьшают ток дуги до !1. Сварочная ванна начинает

-кристаллизоваться от периферии к центру, Площадь зеркала ванны сокращается и одновременно начинают уменьшать длину дуги при постоянном токе! 1, что обеспечивает надежную защиту металла ванны, За время кристаллизации 0,5-0,9 обьема ванны длину дугового промежутка сокращают до (0,11776517

I1 = (0,2 — 0,5)1лсм

1г = (1,1 — 1,5)1ном, Характер процесса свар ки. наличие дефектов, формирование шва

Доля закристаллизовавшегося металла ванны

Напряжение ги U, В

Ток ги1, А

Ог

26

120

120

0,5-0,9

20-22

135

1

25 26

20-22

19-19,5

19-19,5

0,9-0,9

0.5-0,9

0,5-0,9

26

135 ннн, 0,3)d3, При достижении напряжения дуги величины уставки Ог дискретно увеличивают ток дуги от I> до Iz. Начинается интенсивное плавление металла, Растет объем сварочной ванны. Процесс затем повторяют. 5

Пример. Проводилась сварка стыковых соединений иэ стали Ст3 в вертикальном положении штучными электродами

УОНИИ13/55 диаметром 3 мм от управляемого инверторного источника питания со 10 штыковыми вольтамперными характеристиками в диапазоне рабочих режимов.

Контроль электрических параметров режима сварки осуществляется по приборам с одновременной записью осциллограмм и 15 синхронной киносьемкой процесса. Размеры шва, формообразование, структуру металла шва оценивали по макро- и микрошлифам поперечных и продольных сечений швов. Наличие пор и несплошно- 20 стей металла шва оценивали визуальным осмотром и ультразвуковым контролем.

Исходные данные и результаты иссле-. дований сведены в таблицу.

Использование предложенного спосо- 25 ба сварки плавлением за счет управления теплопередачей и плавлением основного и электродного металлов обеспечивает повышение качества сварного соединения; расширение диапазона свариваемых толщин: 30

-возможность сварки в различных пространственных положениях.

Формула изобретения

Способ .дуговой сварки плавлением, при котором сварку выполняют с периоди- 35 ческим уменьшениеM и повhløeèèåì плотности тока, от л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества при сварке в различных пространственных положениях и расширения технологических возможностей при сварке от управляемых источников, преимущественно со штыковыми характеристиками в рабочем диапазоне параметров режима, предварительно устанавливают граничные величины тока где I>, э ток дуги ступенчато уменьшают до величины I> и в течение времени, равного времени кристаллизации (0,5 — 0,9) объема металла ванны, снижают напряжение уставки Ог =

=Ока+ Кд(0,1 0,3)da сокращением длины дуги, где Ока — сумма приэлектродных падений напряжения, В:

Кд — градиент потенциала столба дуги, В/мм;

d — диаметр электрода, мм, затем процесс повторяют.

Рекомендуемый режи сварки для толщины 4 мм, диаметр электрода 3 мм. Наблюдается вытекание металла из ванны.

Дуга пространственно неустойчивая, появляются поры в металле швэ.

Образуются длительные короткие замыкания дугового промежутка, ухудшается формирование шва. появляется неравномерность проплэвле1776517

Ток ги1, А

Доля закристэллизо вавшегося металла ванны

28

20-22

0,5-0,9

0,5-0,9

135

20-22

20 — 22

20-22

0,5-0,9

0,3-0.4

135. 37

20-22

0,5-0,9

28

32

135

0,5-0,9

26

19-19,5

0,5-0,9

150

26

20-22

0,5-0,9

20-22

0,5-0,9

20-22

0,5-0,9

0,5-0,9

22-20

28

32

20-22

0,5-0,9

37

20-22

0,5-0,9

20-22

0,3-0,4

I

0,5--0,9

180

19-19.5

Нап яжениеgyr U, В

Продолжение таблицы

Характер процесса сварки, наличие дефектов, формирование шва

Повышается пространственная устойчивость дуги, формирование шва равномерное, поры в шве отсутствуют, структура металла шва более измельченная, чем при сварке на номинальном токе

Структура металла.шва не измельчается

Появляются перерывы в горении дуги, образуются поры, снижается качество шва

Наблюдаются наплывы металла из ванны,начинает вытекать металл из ванны

Образуются длительные коротки замыкания дугового промежутка. неравномерность проллавления

Дуга пространственно неустойчивая, появляются поры в металле шва

Повышается пространственная устойчивость дуги, формирование шва равномерное, поры в шве отсутствуют, структура металла шва более измельченная, чем при сварке на номинальном токе

Наблюдаются наплывы, металл из ванны начинает вытекать

Появляются перерывы в горении дуги, образуются поры, снижается качество шва.

Структура металла по сравнению с непрерыв- ным током неиэменяется;

Образуются длительные короткие замыкания дугового промежутка, неравномерность проплавления соединения.

1776517

Продолжение таблицы арактер процесса сварки. Наличие дефектов, формирование шва

Напряжение дуги О, В д ги 1, А

Дуга пространственно неустойчивая, появляют-, ся поры в металле шва,, 4

Повышается пространст- венная устойчивость ду-

1 ги, формирование шва равномерное, поры в шве отсутствуют, структура металла более измельченная, чем при сварке на номинальном токе.

Металл из ванны вытекает, формирование wea затруднено, шов не качественный, Структура металла шва по сравнению с неизменяющимся током не измельчается.

Формирование шва неравномерное, металл вытекает из сварочной ванны.

0,5-0,9

20 — 22

20

28

0,5-0.9

20-22

0,5-0,9

20 — 22

180

0,5-0.9

20-22

28

32

0,5-0,9

20-22

180

0,3-0,4

20-22

45

0,5-0,9

20-22

2S-36

190

ca@ m@N vox

Схеиа переклоче ния статических ВАХ

Составитель О, Мееровский

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Н. Слободяник

Редактор

Заказ 4092 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101