НЕПЛАВЯЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОД Российский патент 1996 года по МПК B23K35/02 B23K9/167 

Предполагаемое изобретение относится к области сварки в среде защитных газов и может быть использовано как при сварке деталей большой толщины по узкощелевому зазору, так и при однопроходной сварке тонкостенных конструкций, например по жесткой расчетной программе на станках с ЧПУ, когда электроду придают вращательное движение по окружности.

Известен неплавящийся электрод для сварки в среде защитных газов с конической рабочей частью, вершина которой смещена относительно оси электрода [1]
Недостатком этого электрода является незначительный угол и величина смещения вершины конической рабочей части электрода. Это не позволяет в полной мере использовать технологические возможности дуги, в том числе давление дуги на жидкий металл сварочной ванны и сужает область применения известного электрода.

Известен неплавящийся электрод для дуговой сварки в среде защитных газов, содержащий цилиндрическую и коническую рабочую части [2]
К недостаткам этого электрода следует отнести низкую технологическую возможность по варьированию углом наклона дуги к поверхности изделия.

Наиболее близким по технической сущности к изложенному является электрод, содержащий цилиндрическую и коническую рабочую часть [3]
Недостатком электрода является низкая стойкость при сварке на больших плотностях тока.

Предложенный неплавящийся электрод отличается от известного тем, что ось конической рабочей части расположена под углом к оси цилиндрической части электрода, а ее вершина смещена относительно оси электрода на величину, определяемую уравнением R_k=(0,5-1,5)d, где R_k смещение оси электрода, мм. d диаметр электрода.

Предложенное техническое решение поясняется фиг.1 3, где показаны: на фиг. 1 неплавящийся электрод с коническим рабочим концом; на фиг.2 то же, с комбинированным рабочим концом, состоящим из усеченного конуса и конуса с увеличенным телесным углом при вершине; на фиг.3 схема расположения неплавящегося электрода в приспособлении для локального нагрева и изгиба на заданный угол.

Неплавящийся электрод (фиг.1 и 2) выполнен из цилиндрической части 1 диаметром d с эксцентричным рабочим концом в виде конуса 2 (фиг.1) и в виде конуса 2' (фиг.2), вершина которого отсечена поверхностью второго конуса с телесным углом при вершине меньше 180^o, причем вершины обеих конусов лежат на одной оси.

Телесный угол α при вершине конуса 2 и 2' составляет 20-70^o, а ось конуса 2 и 2' расположена под углом b, равным 10-60^o к оси электрода.

Вершина конуса 2 и усеченного конуса 2' смещена относительно оси цилиндрической части 1 неплавящегося электрода более чем на половину диаметра электрода R_k=(0,5-1,5)d.

Экспериментально установлено, что если телесный угол a при вершине конуса 2 (фиг.1) и конуса 2' (фиг.2) будет меньше 20^o, то резко снижается стойкость электрода из-за чрезмерного перегрева рабочего конца.

При a больше 70^o снижается плотность столба дуги и ее устойчивое горение из-за подогрева рабочего конца и блуждания катодного пятна дуги на его поверхности.

Угол наклона оси рабочего конца к оси электрода и поверхности изделия оказывает большое влияние на силовое воздействие дуги и условия ввода тепловой энергии в изделие.

Чем больше угол наклона электрода (рабочего конца) к изделию, тем больше горизонтальная и меньше вертикальная составляющая давления дуги на жидкий металл, тем меньше глубина проплавления свариваемых кромок.

Эту зависимость можно выгодно использовать при сварке изделий как малых, так и больших толщин. Если угол b будет меньше 10^o, то горизонтальная составляющая силового давления дуги будет чрезмерно мала, а вертикальная - велика. В этом случае получить эффект стабилизации качества за счет уменьшения прожогов тонкостенных изделий не удается. Если угол b будет больше 60^o, то существенно снижается эффективность нагрева изделия дугой.

Наибольшее влияние на эффективность нагрева изделия дугой оказывает величина эксцентриситета вершины конуса (рабочего конца) R_k.

C увеличением R_k, при сварке с вращательным движением рабочего конца по окружности, эффективность нагрева изделия дугой вначале возрастает до определенного предела, а затем падает.

Экспериментально установлено, что максимум наступает, когда R_k близок, но не превышает половину ширины жидкой ванны, которую можно получить при сварке на данном режиме обычным электродом.

Соотношение практических значений свариваемых толщин, ширины шва, диаметра электрода и оптимальных значений R_k (таблица) показывают, что принимать R_k меньше 0,5 d нецелесообразно.

Величины R_k превышающие половину ширины жидкой ванны, при которых эффективность нагрева изделия дугой начинает снижаться, целесообразно использовать, например, для наложения поверхностных декоративных швов, для нагрева при пайке, для локальной поверхностной термообработки, зондирования поверхности и т.п.

Таким образом смещение вершины конуса относительно оси электрода должно быть более половины диаметра электрода.

Телесный угол (фиг.2) выбирают больше угла, но меньше 180^o. Чем больше угол, тем больше притупление вершины конуса 3 (фиг.2), тем выше стойкость электрода при заданной плотности тока.

Неплавящийся электрод предложенной конструкции был опробован при многопроходной сварке коротких стыков толщиной 45 мм из стали ВНС-2 по щелевому зазору шириной 8-12 мм. Сварку выполняли вольфрамовым электродом с углом a= 60^o, угол b=30^o, R_k=6 мм (1,5), угол g=90^o. Cварку выполняли постоянным током величиной 285±5 A. Наработка электрода до начала разрушения его катодной поверхности составила 427,5 ампер•часа, что примерно в 1,5 раза больше, чем у известного электрода.

Предложенный неплавящийся электрод был опробован также при сварке по программе на станках с ЧПУ тонкостенных конструкций с плоскими и криволинейными панелями из стали ВНС-2. Стыковые соединения с толщиной кромок 1,5-2,5 мм сваривались на весу без подкладки и прижимов с защитой обратной стороны шва аргоном на токе 90 120 А. Сварку выполняли вольфрамовым электродом d=3,0 мм с углом a 30^o, углом b 40^o, R_k=1,8 мм (0,6). Наработка электрода до начала разрушения катодной поверхности составила 480 А•ч. Дефекты в шве при смещении электрода от оси шва до ±1,0 мм отсутствовали.

Неплавящийся электрод с эксцентричным рабочим концом изготавливается следующим образом.

Неплавящийся электрод с цилиндрической частью 1 и конической частью 2 устанавливается заточенным концом в отверстие 3 основания 4 приспособления для изгиба электрода (фиг.3).

На основании 4 установлен с возможностью подстроечных перемещений упор 5, на котором крепится рабочая, изгибающая пружина 6. При локальном нагреве изгибаемого электрода в зоне основания конуса до пластического состояния электрической дугой с помощью горелки 7 для аргонно-дуговой сварки, под действием усилия Р рабочей пружины 6 цилиндрическая часть электрода 1 отклоняется до упора 5 на заданный угол b..

После охлаждения в струе защитного газа горелки 7 и освобождения от рабочей пружины 6 электрод готов к работе.

Чтобы изменить угол наклона от конуса к оси электрода при изгибе, подвижный упор 5 сдвигают в необходимую сторону, приближая к отверстию 3 или удаляя от него по индикаторной линейке, закрепленной на основании 4.2

Использование: при сварке многопроходных швов в труднодоступных местах и при однопроходной сварке тонкостенных конструкций. Сущность изобретения: рабочий конец неплавящегося электрода выполнен в виде конуса, ось которого расположена под углом к оси электрода, а его вершина смещена относительно оси электрода. Величина смещения (R_k) составляет от 0,5 до 1,5 диаметров электрода. 3 ил., 1 табл.

Неплавящийся электрод, содержащий цилиндрическую часть и коническую рабочую часть, отличающийся тем, что ось конической рабочей части расположена под углом к оси цилиндрической части электрода, а ее вершина смещена относительно оси электрода на величину, определяемую уравнением
R_к (0,5 1,5)d,
где R_к смещение оси электрода, мм;
d диаметр электрода, мм.