ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2014191

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ НЕПОВОРОТНЫХ КОЛЬЦЕВЫХ СТЫКОВ

Имя изобретателя: Новиков О.М.,
Щербаков О.Б.,
Токарев В.О.,
Сабанцев А.Н.,
Филипов А.Н.
Имя патентообладателя: Государственное предприятие "НПО" Техномаш"
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 28.06.1991

Использование: изобретение относится к сварке и может быть использовано при выполнении неповоротных полукольцевых швов, расположенных в вертикальной плоскости при значительной толщине свариваемых кромок, например меридиональных швов полуторовых конструкций из алюминиевых сплавов с толщиной свариваемых кромок, превышающей 3 мм. Сущность изобретения: сварку осуществляют магнитоуправляемой пульсирующей дугой. Дугу периодически отклоняют вдоль стыка поперечным магнитным полем с частотой 1 - 5 Гц в моменты импульсов сварочного тока. Напряженность магнитного поля определяют из выражения, указанного в описании.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к сварке металлов и может быть использовано при выполнении неповоротных полукольцевых швов/ расположенных в вертикальной плоскости при значительной толщине свариваемых кромок/ например меридиональных швов полуторовых металлоконструкций из алюминиевых сплавов с толщиной свариваемых кромок/ превышающей 3 мм.

В машиностроении широко применяется сварка неповоротных кольцевых стыков. Значительные трудности при их выполнении представляет сварка участков шва "на подъем" и "на спуск". При этом трудности возрастают с толщиной свариваемых кромок/ и начиная с некоторой определенной для каждого металла толщины/ получение качественных сварных соединений становится практически невозможным. Для конструкций из алюминиевых сплавов такой толщиной является 3 мм.

Для предупреждения стекания металла сварочной ванны при выполнении участков шва "на подъем" и "на спуск" существует множество технологических приемов.

Известны способы/ регулирующие теплодввложение за счет снижения величины сварочного тока [1/2].

Снижение сварочного тока приводит к уменьшению давления дуги на расплавленный металл сварочной ванны. В результате возникает вероятность образования окисных плен в сварных швах при сварке алюминиевых конструкций/ приводящих к нарушению герметичности сварных соединений.

Известен способ сварки магнитуправляемой дугой неповоротных кольцевых стыков/ при котором осуществляют реверсирование дуги [3].

Недостатком такого способа является увеличенное тепловложение за счет многократного нагрева верхнего участка кольцевого неповоротного стыка и как следствие этого большой объем сварочной ванны и недостаточно равномерное формирование шва при сварке на участках/ близких к вертикальным (a = 0 ± 45° и a = 180 ± 45°).

Известен способ автоматической сварки/ согласно которому электрическую дугу периодически отклоняют вдоль стыка поперечным магнитным полем частотой 1-5 Гц и напряженностью/ определяемой из выражения



где I - сварочный ток/ А;

U - напряжение на дуге/ В;

R - радиус свариваемого стыка/ м;

V - скорость сварки/ м/ч;

a - угол текущей координаты сварки/ град [4].

Применение указанного способа позволяет в ряде случаев получать положительные результаты при сварке участков неповоротных стыков "на спуск" и "на подъем". Так/ например/ на конструкциях из алюминиевых сплавов удается удержать от стекания металл швов при толщине свариваемых кромок до 3 мм.

Недостатком способа является малый диапазон толщин свариваемых кромок/ удерживаемых с его помощью от стекания металла шва. При толщине кромок вне этого диапазона (свыше 3 мм для конструкций из алюминиевых сплавов) предотвратить стекание не удается.

Причина этого в том/ что при сварке по этому способу на непрерывном режиме образуется большая по объему ванна жидкотекучего металла. Воздействие на него дуги/ отклоняемой поперечным импульсным магнитным полем/ не приводит к изменению его объема/ а вызывает лишь дополнительное перемешивание/ приводящее в ряде случаев к прожогу изделия. Кроме того/ линейная зависимость напряженности магнитного поля от угла текущей координаты не учитывает в полном объеме гравитационные и металлургические процессы на каждом участке сварного шва.

Цель изобретения - повышение качества сварных соединений за счет улучшения условий формирования сварного шва.

Для достижения этой цели в способе автоматической сварки полукольцевых неповоротных стыков/ расположенных в вертикальной плоскости/ сварку производят пульсирующим током/ при этом электрическую дугу периодически отклоняют поперечным магнитным полем частотой 1-5 Гц вдоль свариваемого стыка по направлению сварки "на подъем" и в противоположном направлении при сварке "на спуск"/ причем отклонение дуги поперечным магнитным полем производят в момент импульсов сварочного тока/ а напряженность магнитного поля определяют из выражения



где I - сварочный ток/ А;

U - напряжение на дуге/ В;

R - радиус свариваемого стыка/ м;

V - скорость сварки/ м/ч;

a - угол текущей координаты сварки/ град.

Применение сварки пульсирующим током приводит к уменьшению объема жидкого металла и ширины шва/ разогрева изделия/ что создает более благоприятные условия для удержания расплавленного металла силами поверхностного натяжения/ в том числе и при сварке "на спуск" и "на подъем".

Отклонение электрической дуги в момент импульсов сварочного тока способствует более равномерному расплавлению и последующей кристаллизации свариваемых кромок/ что приводит к повышению эффективности предотвращения стекания жидкого металла на подверженном этому явлению участке шва.

Величина напряженности управляющего магнитного поля при сварке пульсирующим током и в непрерывном режиме вследствие особенностей плавления и кристаллизации соединяемых кромок существенно отличаются. При сварке пульсирующим током имеет место косинусоидальная зависимость напряженности от угла текущей координаты сварки в отличие от линейной зависимости при сварке в непрерывном режиме. Косинусоидальная зависимость напряженности от угла текущей координаты сварки более объективно учитывает поведение под воздействием гравитационных сил жидкого металла/ расположенного в различных местах неповоротного стыка/ что особенно важно при сварке пульсирующим током вследствие малого объема жидкого металла.

Импульсное управляющее магнитное поле/ повышая интенсивность воздействия на жидкий металл сварочной ванны/ позволяет повысить качество швов/ в том числе исключить образование прожогов/ уменьшить количество окисных пленок/ сделать более благоприятной форму шва по сравнению с постоянным управляющим магнитным полем.

Схема способа автоматической сварки неповоротных кольцевых стыков

На фиг. 1 представлена схема способа/ где 1 - свариваемый стык/ 2 - начало сварки/ 3 - направление сварки/ 4 - направление отклонения дуги "на подъем"/ 5 - направление отклонения дуги при сварке "на пуск"/ 6 - сварочная горелка; на фиг. 2 - график изменения величины пульсирующего тока при сварке; на фиг. 3 - график зависимости напряженности магнитного поля от расположения сварочной ванны.

Пример. Проводилась сварка неповоротных полукольцевых стыков из листовых заготовок толщиной 5 мм. Материал заготовок - сплав АМг6. Радиусы свариваемых стыков соответственно составляли 100/ 250 и 500 мм.

Сварка выполнялась неплавящимся электродом на переменном пульсирующем токе в среде аргона. Режимы сварки приведены в таблице.

Предлагаемый способ автоматической сварки магнитоуправляемой дугой полукольцевых неповоротных стыков позволяет улучшить формирование сварных швов/ предотвратить образование прожогов и сократить не менее чем в три раза количество окисных пленок в сварных швах.

график изменения величины пульсирующего тока при сварке
график зависимости напряженности магнитного поля от расположения сварочной ванны.

Режимы сварки




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ НЕПОВОРОТНЫХ КОЛЬЦЕВЫХ СТЫКОВ преимущественно полукольцевых, расположенных в вертикальной плоскости, при котором электрическую дугу в процессе сварки периодически отклоняют вдоль стыка поперечным магнитным полем с частотой 1 - 5 герц, отличающийся тем, что, с целью повышения качества соединений, сварку выполняют пульсируюшим током и отклонение дуги по направлению сварки поперечным магнитным полем производят в моменты импульсов сварочного тока, при этом напряженность магнитного поля H определяют из выражения



где I - сварочный ток, А;

U - напряжение на дуге, В;

R - радиус свариваемого стыка, м;

V - скорость сварки, м/ч;

a - угол текущей координаты сварки, град.

Версия для печати


вверх