СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ С ПОДАЧЕЙ ПРИСАДОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ПРИСАДОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ Российский патент 1997 года по МПК B23K9/167 B23K9/12 

Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано для дуговой сварки неплавящимся электродом с механизированной подачей присадочной проволоки в моторостроительной, судостроительной, нефтегазовой, инструментальной и других областях промышленности.

Известен способ аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом, в котором присадочная проволока подается в сварочную ванну непрерывно с постоянной скоростью заданной величины [1]
Такой способ сварки не обеспечивает стабильного размера капель расплавленного присадочного металла и не позволяет получать сварочную ванну заданного объема.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ дуговой сварки неплавящимся электродом [1]
Способ заключается в том, что устанавливают зазор между электродом и присадочной проволокой, задают перемещение детали, включают сварочный ток и непрерывно подают присадочную проволоку то с оптимальной скоростью, то с максимальной скоростью, превышающей оптимальную в n-раз, что дает возможность увеличить производительность процесса.

Данный способ не может быть использован для получения миниатюрных наплавочных валиков, т.к. он направлен на исключение капельного переноса проволоки в сварочную ванну и на увеличение расхода проволоки, что позволяет сваривать детали большой толщины с меньшим количеством проходов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству подачи присадочной проволоки является выбранное в качестве прототипа устройство для подачи присадочной проволоки при дуговой сварке неплавящимся электродом, содержащее корпус с установленным в нем механизмом непрерывной подачи проволоки, включающим электропривод, направляющие ролики, гибкий шланг для подачи проволоки и цилиндрический корпус с наконечником, жестко закрепленный на кронштейне.

Однако данное устройство не обеспечивает получения миниатюрных наплавленных валиков.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состояла в обеспечении возможности получения в процессе сварки дозированного, главным образом минимального, объема сварочной ванны и миниатюризации наплавленных валиков.

Задача решена тем, что в способе дуговой сварки неплавящимся электродом, заключающемся в том, что устанавливают зазор между электродом и присадочной проволокой, задают перемещение детали, включают сварочный ток и непрерывно подают присадочную проволоку в зону сварки под углом к оси сварного шва, присадочной проволоке сообщают дополнительно возвратно-поступательное перемещение, при этом электрод и присадочную проволоку ориентируют соответственно под углами 15-20^o и 40-45^o к вертикали по разные стороны от нее, а дуговой промежуток устанавливают величиной 2-3 мм.

Для осуществления этого способа устройство для подачи присадочной проволоки при дуговой сварке неплавящимся электродом, содержащее корпус с установленным в нем механизмом непрерывной подачи проволоки, включающим электропривод, направляющие ролики, гибкий шланг для подачи проволоки и цилиндрический корпус с наконечником, жестко закрепленный на кронштейне, снабжено механизмом возвратно-поступательного перемещения проволоки, состоящим из электродвигателя, редуктора, закрепленного на его валу кулачка, подпружиненного рычага и обоймы, при этом один конец рычага снабжен роликом, взаимодействующим с кулачком, а другой соединен с обоймой, установленной в цилиндрическом корпусе с возможностью продольного перемещения и связанной с гибким шлангом.

Чтобы понять сущность изобретения, необходимо рассмотреть процесс плавления присадочной проволоки в случае ее непрерывной и пульсирующей подачи.

При сварке с непрерывной подачей присадочной проволоки проволока приближается к сварочной ванне достаточно медленно (десятки мм в минуту). Это приводит к тому, что проволока преждевременно нагревается радиацией от сварочной дуги, преждевременно плавится с образованием крупных капель, переполняющих сварочную ванну, размер которой становится не- регулируемым. Такой процесс не пригоден при наплавке миниатюрных элементов, например, кромок лопаток, зубьев лабиринтов и т.п.

При сварке, когда присадочная проволока подается с постоянной скоростью, ей дополнительно сообщают возвратно-поступательное перемещение. Это заставляет проволоку приближаться к сварочной ванне очень быстро (десятки мм в сек), вследствие чего она не успевает перегреваться теплом дуги и поступает в сварочную ванну в виде мелких капель дозированного размера, зависящего от параметров режима сварки, имеющих к тому же охлаждающее действие. Это не дает возможности сварочной ванне увеличивать свой объем. После контакта со сварочной ванной присадочная проволока быстро втягивается в охлаждаемое сопло и подстуживается, что дополнительно способствует развитию мелкокапельного переноса, а попавшие в сварочную ванну мелкие капли формируют узкий миниатюрный валик.

Технический результат (получение дозированного объема наплавленного металла) достигается при совокупности всех существенных признаков способа дуговой сварки неплавящимся электродом и устройства для его осуществления. При этом электрод и присадочная проволока устанавливаются соответственно под углами 15-20^o и 40-45^o к вертикали по разные стороны от нее и дуговой промежуток устанавливается величиной 2-3 мм.

Угол наклона присадочной проволоки к вертикали в пределах 40-45^o выбран из условия исключения проскальзывания проволоки при ее движении в гибком шланге. При увеличении или уменьшении угла наклона от указанных пределов происходит самопроизвольное проскальзывание проволоки в гибком шланге и подвижной обойме и затруднение обратного хода проволоки, что приводит к нарушению мелкокапельного переноса и сбоям в процессе плавления проволоки по причине ее нестабильного вывода из зоны сварки и ухудшению формирования шва.

Угол наклона электрода к вертикали в пределах 15-20^o обеспечивает устойчивое горение дуги в зоне взаиморасположения электрода и присадочной проволоки, что способствует более стабильному протеканию процесса мелкокапельного переноса присадочного металла в сварочную ванну. При изменении угла наклона электрода в ту или другую сторону изменяется взаиморасположение электрода и присадочной проволоки, анодное пятно смещается и процесс плавления проволоки нарушается, что приводит к ухудшению формирования сварного шва.

Величина дугового промежутка 2-3 мм выбрана из условия стабильного горения дуги в процессе мелкокапельного переноса металла. При увеличении дугового промежутка сверх 3 мм нарушается характер переноса капель расплавленной проволоки в сварочную ванну, что отрицательно сказывается на стабильности процесса сварки и формирования шва. При уменьшении дугового промежутка менее 2 мм появляется опасность "утыкания" проволоки в конец вольфрамового электрода и короткого замыкания на деталь.

На фиг. 1 представлена схема осуществления способа дуговой сварки неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки, она содержит вольфрамовый электрод (1), присадочную проволоку (2) и свариваемую деталь (3); на фиг. 2 схема устройства для подачи присадочной проволоки, оно содержит кронштейн (4), на которой установлен механизм непрерывной подачи проволоки, состоящий из электродвигателя (5) и заключенных в корпусе (6) направляющих роликов. Механизм возвратно-поступательного перемещения проволоки содержит гибкий шланг (7), соединенный с механизмом непрерывной подачи проволоки, заканчивающийся цилиндрическим корпусом (8) с наконечником в виде сопла (9), в котором размещена подвижная обойма (10); кулачок (11), установленный на одном валу с электродвигателем (12) и редуктором (13); рычаг (14), через бронзовый ролик (15), связанный с кулачком (11), а через паз и 2 штифта с подвижной обоймой (10). Цилиндрический корпус (8) с гибким шлангом (7) жестко соединены с кронштейном (4). Пружина (16) служит для возвращения рычага (14) в исходное положение.

Способ осуществляется следующим образом. Свариваемое изделие (3) устанавливается в приспособлении на манипуляторе, который обеспечивает перемещение детали. Вольфрамовый электрод (1) устанавливается над деталью (3) по одну сторону от вертикали под углом 15-20^o к ней, а присадочная проволока по другую сторону от вертикали под углом 40-45^o к ней. Дуговой промежуток между концом электрода и поверхностью свариваемой детали устанавливается величиной 2-3 мм. Включают перемещение детали, сварочный ток и непрерывную подачу присадочной проволоки. Затем включат механизм возвратно-поступательного перемещения проволоки, который сообщает проволоке дополнительные возвратно-поступательные импульсы, следующие друг за другом с определенной регулируемой частотой, в период которых обеспечивается быстрое поступление присадочной проволоки в сварочную ванну и быстрый вывод ее из зоны сварки.

Устройство работает следующим образом. Присадочная проволока, проходя через направляющие ролики механизма непрерывной подачи проволоки попадает в гибкий шланг (7). Проходя по нему проволока изгибается и направляется в канал подвижной обоймы (10), находящейся в цилиндрическом корпусе (8) с наконечником (9) и подается в зону сварки с постоянной скоростью. При включении механизма возвратно-поступательного перемещения проволоки кулачок (11) начинает вращаться с частотой, пропорциональной числу оборотов вала электродвигателя (12). Вращательное движение кулачка через бронзовый ролик (15) и рычаг (14) преобразуется в возвратно-поступательное движение обоймы (10), которая начинает колебаться вместе с проходящей по ней присадочной проволокой. Проскальзывание проволоки в обойме исключено за счет силы трения, возникающей при движении проволоки в гибком шланге. Пружина (16) служит для возвращения рычага (14) в исходное положение и вывода проволоки из зоны сварки. Частота пульсации проволоки регулируется числом оборотов электродвигателя (12), а общая скорость подачи присадочной проволоки в пульсирующем режиме равна векторной сумме непрерывной и импульсной скоростей:

Пример осуществления способа.

Способ аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом с пульсирующей подачей присадочной проволоки осуществлялся при механизированной наплавке гребешков лабиринтных уплотнений из стали 13Х11Н2В2МФ-Ш с присадочной проволокой марки св04Х19Н11М3 диаметром 1,2 мм.

Наплавку производили на сварочном автомате АДСВ-6 с применением источника питания ВСВУ-315.

Деталь (фланец лабиринта 40-04-093) устанавливали в приспособление, которое закрепляли на планшайбе вращателя.

Устанавливали сварочную головку по центру зубца лабиринта таким образом, чтобы вольфрамовый электрод и присадочная проволока располагались под углами к вертикали (по разные стороны от нее), указанными в таблице.

Устанавливали дуговой промежуток между концом электрода и поверхностью зубца в пределах, указанных в таблице.

Включали вращение детали, сварочный ток, непрерывную и импульсную подачи присадочной проволоки и осуществляли наплавку. Параметры режима наплавки указаны в таблице.

После наплавки детали подвергали внешнему осмотру, ультразвуковому контролю и металлографическим исследованиям. Качество формирования наплавочных валиков стабильное и однородное, дефектов в виде несплавлений, пор, трещин не обнаружено.

Применение способа по сравнению с прототипом позволило снизить объем направленного металла и получить миниатюрные наплавочные валики, а также уменьшить разогрев расплавленного металла сварочной ванны и склонность к образованию трещин в зоне сварки.

Использование: в моторостроительной, судостроительной, нефтегазовой, инструментальной и других отраслях. Сущность изобретения: при дуговой сварке неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки присадочную проволоку подают непрерывно и одновременно сообщают ей возвратно-поступательное перемещение. Электрод и присадочную проволоку устанавливают соответственно под углами от 15 до 20^o и от 40 до 45^o к вертикали по разные стороны от нее, а дуговой промежуток берут равным от 2 до 3 мм. Устройство для подачи присадочной проволоки содержит механизм непрерывной подачи проволоки и механизм возвратно-поступательного перемещения, состоящий из электродвигателя, редуктора, закрепленного на его валу кулачка, подпружиненного рычага и обоймы, при этом один конец рычага снабжен роликом, взаимодействующим с кулачком, а другой соединен с обоймой, установленной в цилиндрическом корпусе с возможностью продольного перемещения и связанной с гибким шлангом. 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ дуговой сварки неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки, заключающийся в том, что устанавливают зазор между электродом и присадочной проволокой, задают перемещение детали, включают сварочный ток и непрерывно подают присадочную проволоку, отличающийся тем, что присадочной проволоке сообщают дополнительно возвратно-поступательное перемещение, при этом электрод и присадочную проволоку устанавливают соответственно под углами 15 20^o и 40 45^o к вертикали по разные стороны от нее, а дуговой промежуток берут равным 2 3 мм. 2. Устройство для подачи присадочной проволоки при дуговой сварке неплавящимся электродом, содержащее корпус с установленным в нем механизмом непрерывной подачи проволоки, включающим электропривод, направляющие ролики, гибкий шланг для подачи проволоки и цилиндрический корпус с наконечником, жестко закрепленный на кронштейне, отличающееся тем, что оно снабжено механизмом возвратно-поступательного перемещения проволоки, состоящим из электродвигателя, редуктора, закрепленного на его валу кулачка, подпружиненного рычага и обоймы, при этом один конец рычага снабжен роликом, взаимодействующим с кулачком, а другой соединен с обоймой, установленной в цилиндрическом корпусе с возможностью продольного перемещения и связанной с гибким шлангом.