СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ МНОГОПРОХОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ МНОГОПРОХОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ


RU (11) 2252116 (13) C2

(51) 7 B23K9/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2005.05.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2003105534/02 
(22) Дата подачи заявки: 2003.02.25 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.02.25 
(43) Дата публикации заявки: 2004.09.27 
(45) Опубликовано: 2005.05.20 
(56) Аналоги изобретения: КРИВОШЕЯ В.Е., БАБКИН А.С. Проектирование в диалоговом режиме на ЭВМ технологического процесса сварки в СО//Автоматическая сварка №1, 1990 г., с.62-65. SU 791477 A, 30.12.1980. SU 740429 A, 15.06.1980. SU 1110045 A, 30.11.1993. SU 1075530 A, 30.07.1993. ВАСИЛЬЕВ Н.Г. Оптимизация технологии наплавки изношенных деталей // Сварочное производство №7, 1994 г., с.4-7. 
(72) Имя изобретателя: Бабкин А.С. (RU); Епифанцев Л.Т. (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) (RU) 
(98) Адрес для переписки: 398001, г.Липецк, ул. Горького, 9, кв.84, А.С. Бабкину 

(54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ МНОГОПРОХОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при изготовлении металлоконструкций. Сварку заполняющих слоев многопроходных соединений ведут на силе сварочного тока, напряжения, скорости сварки и температуре подогрева, определенных с допуском ±5% по заданным длине сварного соединения, глубине проплавления предыдущего прохода и критической скорости охлаждения решением предложенной системы уравнений. Это позволит повысить качество сварных соединений за счет исключения образования закалочных структур в металле сварного многопроходного соединения и сократить производственные затраты путем сокращения времени сварки.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при изготовлении металлоконструкций для повышения производительности труда и качества сварки.

Известен способ дуговой наплавки изделий [1], включающий сварку на рассчитанном числе проходов, рассчитанных силе сварочного тока, напряжении и скорости сварки, при котором расчет производят по глубине проплавления i-того прохода. Определенный таким образом режим обеспечивает минимальное время выполнения процесса. Однако недостатком этого способа является то, что не учитывается скорость охлаждения металла сварного соединения в критическом интервале температур, которая определяется силой сварочного тока, напряжением и скоростью сварки. Это обстоятельство при наплавке среднелегированных закаливающихся сталей может привести к образованию закалочных структур в металле сварного соединения, следовательно, к холодным трещинам.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ дуговой сварки [2], включающий расчет площади поперечного сечения наплавленного металла соединения, числа проходов, сварку корневого прохода и сварку заполняющих слоев на рассчитанных силе сварочного тока, напряжении и скорости сварке. Недостаток этого способа состоит в том, что не учитывается скорость охлаждения металла сварного соединения в критическом интервале температур, которая определяется силой сварочного тока, напряжением и скоростью сварки. Это обстоятельство при сварке среднелегированных закаливающихся сталей может привести к образованию закалочных структур в металле сварного соединения и, следовательно, к холодным трещинам.

Техническая задача изобретения - повышение качества сварных соединений за счет исключения образования закалочных структур в металле сварного соединения и сокращение производственных затрат путем сокращения времени сварки.

Технический результат достигается тем, что при дуговой сварке в углекислом газе многопроходных соединений задают длину сварного соединения, глубину проплавления предыдущего прохода и критическую скорость охлаждения, а сварку заполняющих слоев ведут с температурой подогрева, силой сварочного тока, напряжением и скоростью сварки, определяемых с допуском ±5% по соотношениям

где



Lш - длина сварного соединения, м; S - площадь поперечного сечения шва, м2, Iсв, V св, T, Tn, dэ - соответственно сила сварочного тока, А; скорость сварки, м/час; температура плавления металла, температура подогрева, ° С; диаметр электродной проволоки, мм; - коэффициент расплавления электродной проволоки (lэ - вылет электрода, мм); i - неопределенные множители Лагранжа (i=1,... 6), h - заданная глубина проплавления предыдущего слоя, мм; - критическая скорость охлаждения свариваемого металла, ° С/с; х1=1,098, x2=-0,451, x3 =1,37, x7=0,32, x8=-0,64, x9 =0,38, x10=0,616, =1,11, Кu=3,65, 1=0,554, при этом в случае схемы нагрева свариваемого соединения в виде “пластина” х4=1, x5=2, x6=3, а в случае в схемы нагрева свариваемого соединения в виде “полубесконечное тело” - х4=0, x5 =1, x6=2, К2=2· · t· c x4, - где u t, a, c - соответственно эффективный кпд нагрева изделия, коэффициенты теплопроводности Вт/(м· ° С), температуропроводности м2/с и объемной теплоемкости Дж/(м3· ° С); Imin, Imax - технологические ограничения на силу сварочного тока, A; V min, Vmax - технологические ограничения на скорость сварки, м/час, i, - фиктивные переменные.

Одним из методов повышения конкурентоспособности сварочного производства является сокращение затрат, в частности основного времени процесса сварки. Основываясь на экспериментальных исследованиях, задачу сварки многопроходных соединений при заданных до сварки площади поперечного сечения наплавленного металла соединения S, длине соединения L, диаметре dэ и вылете электрода свели к сварке на расчетных оптимальных силе сварочного тока Icв, напряжении на дуге U , скорости сварки Vсв, и температуре подогрева путем поиска минимума основного времени сварки как функции перечисленных выше параметров. Основное время сварки многопроходных соединений с одной стороны определяется как N· t (N - число проходов, t - время выполнения одного прохода), а с другой зависимостью 



где - плотность металла, - коэффициент потерь электродного металла на угар и разбрызгивание, Р - коэффициент расплавления сварочной проволоки.

Коэффициент расплавления сварочной проволоки в случае сварки в углекислом газе определяют как функцию силы сварочного тока, вылета lэ и диаметра электрода dэ



где x7=0,32, х8=-0,64, х9 =0,38, х10=0,616 - экспериментально определяемые коэффициенты. 

При выполнении операции сварки многопроходных соединений требуется достичь заданного проплавления предыдущего слоя. Экспериментальным путем при сварке в углекислом газе получили зависимости между глубиной проплавления h с одной стороны и силой сварочного тока, напряжением на дуге, скоростью сварки и температурой подогрева Tn, теплофизическими свойствами свариваемого металла ( u t, а - соответственно эффективный кпд нагрева изделия, коэффициенты теплопроводности, температуропроводности) с другой 



где =1,11, x1=1,098, х2=-0,451, х3 =1,37, КU=3,65 - экспериментально определяемые коэффициенты. 

Критическую скорость охлаждения металла шва определяют из соотношения



где коэффициенты x4=1, x5=2, x 6=3, если свариваемое соединение относится к схеме нагрева "пластина", если свариваемое соединение относится к схеме нагрева "полубесконечное тело", то х4 =0, x5=1, х6=2.

На практике при выполнении сварочных работ на силу сварочного тока, напряжение на дуге и скорость сварки накладываются технологические ограничения. Скорость сварки ограничивается, с одной стороны, минимально возможным значением Vmin, обеспечиваемым оборудованием или сварщиком при полуавтоматической сварке, или вероятностью образования дефектов шва типа наплывы, с другой, - максимально возможным значением Vmax, обеспечиваемым оборудованием или сварщиком, или вероятностью образования дефектов шва типа подрезы, или устойчивостью горения дуги

Vсв min<Vсв<V св max

Аналогично, на силу сварочного тока накладываются ограничения, связанные с устойчивостью горения дуги, формированием шва и техническими возможностями сварочного оборудования:

Iсв min<Iсв<Iсв max .

Ограничение на напряжение на дуге накладывают в виде экспериментально установленной связи напряжения и силы сварочного тока для качественного формирования шва



Тогда поставленная задача определения силы сварочного тока, напряжения на дуге, скорости сварки и температуры подогрева после применения правила Лагранжа принимает вид



где 1 - неопределенные множители Лагранжа (i=1,... 6), Imin, Imax - технологические ограничения на силу сварочного тока, A; Vmin, Vmax - технологические ограничения на скорость сварки, м/час, i, - фиктивные переменные, служат для преобразования неравенств в равенства, являясь средством метода решения задачи.

Для отыскания решения поставленной задачи, решают образованную из предыдущего уравнения систему дифференциальных уравнений:



где - точки экстремума, j=1,2, k=1,2,1=1,2,3,4,6.

Пример реализации предложенного способа.

Сваривают в углекислом газе соединение из среднелегированной стали толщиной 10 мм со скосом кромок 30° , площадь поперечного сечения наплавленного металла соединения 59 мм2, длина соединения 1000 мм. Принимаем теплофизические свойства процесса и материала по данным справочной литературы: плотность =7850 кг/м3, эффективный кпд нагрева изделия u=0,8, коэффициенты теплопроводности t=0,42 Вт/(см· К), температуропроводности а=0,08 см2/с и объемной теплоемкости с =4,8 Дж/(см3К), температура плавления Т=1530° С. Задана критическая скорость охлаждения =20° С/с. Сварка производится постоянным током обратной полярности проволокой диаметром 1,6 мм, вылет электрода 16 мм. Приняли схему нагрева "пластина". Задали глубину проплавления предыдущего слоя h=3 мм.

Экспериментально определяемые коэффициенты в этом случае принимают значения: х1=1,098, х2=-0,451, x3=1,37, х7=0,32, x8=-0,64, х9=0,38, x10=0,616, =1,11, Ku=3,65, 1=0,554. Технологические ограничения на силу сварочного тока Imin, Imax принимаем 100 А и 600 А соответственно, технологические ограничения на скорость сварки Vmin, Vmax принимаем 7 м/ч и 80 м/ч соответственно. 

Решение поставленной задачи выполнялось средствами математического пакета Mathcad. Рассчитанные параметры режима: сила сварочного тока 234±12 А, напряжение на дуге 27±1,5 В, скорость сварки 32±1,6 м/ч, температура подогрева 198° С, число проходов 5.

Производилась сварка в углекислом газе ГОСТ 8050 заданного соединения из стали 17ГС на рассчитанных режимах проволокой Св-08Г2С ГОСТ 2246 диаметром 1,6 мм (вылет электрода 15... 17 мм). Использовался сварочный автомат тракторного типа АДГ-502 с источником сварочного питания ВДУ-504. Для записи термического цикла использовали автоматический электронный потенциометр КСП-4 с хромель-алюмелевыми термопарами диаметром 0,5 мм. Вначале была выполнена сварка коневого прохода. Температура 200± 20° С в месте наплавки была достигнута путем наложения дополнительных швов. Затем была выполнена сварка заполняющих проходов на режиме: сила сварочного тока 230±10 А, напряжение на дуге 26±2 В, скорость сварки 32±0,5 м/ч. Для заполнения разделки кромок было выполнено 5 проходов. Наложение каждого последующего прохода начинали при температуре 200±5° С в месте наплавки. Обработкой экспериментальных данных, полученных с помощью потенциометра КСП-4, установлено, что скорость охлаждения в ОШЗ заполняющих проходов составляла 15±5° С.

Технико-экономическое преимущество изобретения состоит в повышении качества сварных соединений за счет исключения образования закалочных структур в металле сварного соединения и сокращение производственных затрат путем сокращения времени сварки. Способ не требует капитальных затрат, имеет широкие возможности и может использоваться при применении любых типов соединений с разделкой кромок.

Источники информации

1. Васильев Н.Г. Оптимизация технологии наплавки изношенных изделий.//Сварочное производство, 1994, № 7, с.4-7. 

2. Кривошея В.Е., Бабкин А.С. Проектирование в диалоговом режиме на ЭВМ технологического процесса сварки в СO2 //Автоматическая сварка, № 1, 1990, с.62-65.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ дуговой сварки многопроходных соединений, включающий определение площади наплавленного металла соединения, числа проходов, сварку в углекислом газе корневого прохода и заполняющих слоев на определенных силе сварочного тока, напряжении и скорости сварки, отличающийся тем, что задают длину сварного соединения, глубину проплавления предыдущего прохода и критическую скорость охлаждения, а сварку заполняющих слоев ведут с температурой подогрева, силой сварочного тока, напряжением и скоростью сварки, определяемых с допуском ±5% по соотношениям:

где



Lш - длина сварного соединения, м; S - площадь поперечного сечения наплавленного металла соединения, м2 ; Iсв, Vcв, Т, Тn, d э - соответственно сила сварочного тока, А; скорость сварки, м/ч; температура плавления металла, температура подогрева, ° С; диаметр электродной проволоки, мм; - коэффициент расплавления электродной проволоки (lэ - вылет электрода, мм); i - неопределенные множители Лагранжа (i=1,... 6), h - заданная глубина проплавления предыдущего слоя, мм; - критическая скорость охлаждения свариваемого металла, ° С/с; X1=1,098, Х2=-0,451, Х3 =1,37, Х7=0,32, X8=-0,64, X9 =0,38, Х10=0,616, =1,11, Ku=3,65, 1=0,554, при этом в случае схемы нагрева свариваемого соединения в виде "пластина" Х4=1, Х 5=2, Х6=3, а в случае схемы нагрева свариваемого соединения в виде "полубесконечное тело" - Х4 =0, Х5=1, Х6=2, K2=2· · t· c x4, где и, t, а, с - соответственно эффективный кпд нагрева изделия, коэффициенты теплопроводности Вт/(м° С), температуропроводности см 2/с и объемной теплоемкости Дж/(м3С); I min, Imax - технологические ограничения на силу сварочного тока, A; Vmin, Vmax - технологические ограничения на скорость сварки, м/ч, i, v - фиктивные переменные.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Технология сварки и сварочное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+сварка -металлов".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сварка" будут найдены слова "газасварка", "электросварка" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("сварка!").



Рейтинг@Mail.ru