СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ ТРУБ Российский патент 1997 года по МПК B23K15/00 B23K101/06 

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке труб с присадочной проволокой и может применяться в химическом машиностроении и ядерной энергетике при сварке толстостенных труб из титановых или циркониевых сплавов.

Известен способ электронно-лучевой сварки с присадочной проволокой (см. Wire feeders boost EB weldings potential. Yasuda Kozo, Nagai Hiroyoshi, Mori Eisuke. "Weld and Metal Fbr.", 1984, 52, N 3, 101 103). Известный способ заключается в том, что при сварке толстостенных листов или труб присадочную проволоку подают в разделку шва под электронный луч, при этом электронный луч расплавляет проволоку и кромки разделки шва, образуя общую сварочную ванну. Энергия электронного луча одновременно расходуется как на расплавление присадочной проволоки, так и на расплавление кромок разделки шва, при этом для обеспечения одновременного расплавления присадочной проволоки и кромок разделки диаметр фокального пятна электронного луча должен быть значительно больше диаметра присадочной проволоки. Поэтому с увеличением диаметра присадочной проволоки неизбежно должна увеличиваться необходимая для сварки мощность электронного луча.

Недостатком известного способа электронно-лучевой сварки с присадочной проволокой является опасность образования непровара за счет экранирования электронного луча присадочной проволокой, подаваемой непосредственно под электронный луч. При этом свариваемый металл под проволокой нагревается преимущественно от тепла расплавленной проволоки и от части электронного луча, попадаемого на свариваемые кромки. При определенных режимах электронно-лучевой сварки, например при быстрой подаче присадочной проволоки или при малом диаметре фокального пятна электронного луча и так далее, свариваемый металл в каких-то местах под присадочной проволокой не успевает полностью расплавиться, что приводит к образованию непроваров.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ электронно-лучевой сварки с присадочной проволокой (см. Beckert Manfred, Neubert Gunter Elektronenstrahlschweisen mit Zusatzwerkstoff Schweisstechnik (DDR), 1970, 20, N 2, 59 61). Известный способ заключается в том, что при сварке толстостенных листов или труб присадочную проволоку подают вдоль разделки шва под электронный луч, при этом электронный луч расплавляет проволоку и кромки разделки шва, образуя общую сварочную ванну. Энергия электронного луча одновременно расходуется как на расплавление присадочной проволоки, так и на расплавление кромок разделки шва, при этом, для обеспечения одновременного расплавления присадочной проволоки и кромок разделки, диаметр фокального пятна электронного луча должен быть значительно больше диаметра присадочной проволоки.

Недостатком известного способа электронно-лучевой сварки с присадочной проволокой является опасность образования непровара за счет экранирования электронного луча присадочной проволокой, подаваемой непосредственно под электронный луч. При этом свариваемый металл под проволокой нагревается преимущественно от тепла расплавленной проволоки и от тепла расплавленных кромок. При определенных режимах электронно-лучевой сварки, например при быстрой подаче присадочной проволоки или при малом диаметре фокального пятна электронного луча и так далее, свариваемый металл в каких-то местах под присадочной проволокой не успевает полностью расплавляться. Таким образом, когда погонной энергии электронного луча недостаточно для расплавления свариваемого металла, расположенного непосредственно под проволокой, мощность электронного луча увеличивает, что приводит к образованию большой общей сварочной ванны и к увеличению ширины сварного шва и, как следствие, к расширению зоны термического влияния по сторонам сварочного шва. Широкая зона термического влияния ухудшает прочностные и коррозионные характеристики сварных соединений из высокопрочных закаленных металлов, например толстостенных труб из высокопрочных титановых или циркониевых сплавов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа электронно-лучевой сварки труб с присадочной проволокой, при котором получают сварные соединения толстостенных труб из титановых или циркониевых сплавов со стабильно высоким качеством, характеризующимся узким сварным швом и отсутствием непроваров.

Технический результат заключается в том, что, при осуществлении настоящего изобретения в способе электронно-лучевой сварки труб с присадочной проволокой, погонная энергия электронного луча расходуется только на расплавление свариваемых кромок разделки шва и на образование сварочной ванны. Присадочная проволока расплавляется только за счет тепла сварочной ванны, которая может быть небольших размеров. Отсутствие экранирующего влияния присадочной проволоки на нагрев свариваемых кромок позволяет получить высококачественные сварные соединения, не содержащие непроваров. Кроме того, присадочный металл, попадая в сварочную ванну и расплавляясь в ней, отбирает от нее часть тепла, способствуя быстрой кристаллизации металла сварочной ванны и уменьшению тем самым зоны термического влияния. Сужение зоны термического влияния приводит к повышению прочностных и коррозионных свойств сварных соединений из высокопрочных закаленных металлов, например толстостенных труб из высокопрочных титановых или циркониевых сплавов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе электронно-лучевой сварки труб с присадочной проволокой, подаваемой вдоль разделки шва, расплавляют электронным лучом металлы разделки шва с образованием сварочной ванны, а присадочную проволоку подают в расплавленную зону сварочной ванны вне зоны прямого действия электронного луча.

Кроме того, место для образования сварочной ванны выбирают на боковой поверхности корня шва в диапазоне 15 30 градусов относительно верхней точки трубы.

Кроме того, присадочную проволоку подают под углом 5 7 градусов к поверхности сварочной ванны.

На фиг. 1 изображены заготовки труб из циркониевого сплава с V-образной разделкой кромок, собранные под сварку; на фиг. 2 показан сварной стык двух труб со сваренным корнем шва; на фиг. 3 представлена схема первого прохода заполнения разделки шва металлом присадочной проволоки; на фиг. 4 показан вид сверху на сварочную ванну и фокальное пятно электронного луча.

Способ осуществляют следующим образом.

Выполняют электронно-лучевую сварку труб 1, 2 с толщиной стенки 5 мм и диаметром 100 мм из циркониевого сплава с 2,5% ниобия. Свариваемые концы труб 1, 2 обрабатывают под V-образную разделку 3, обеспечивая толщину корня шва 4, равную 2 мм. Трубы 1, 2 обезжиривают, собирают на оправке и закрепляют во вращателе установки для электронно-лучевой сварки, снабженной устройством для подачи присадочной проволоки. В устройстве создают рабочее разрежение и сваривают корень шва 4 без применения присадочной проволоки. Для заполнения Y-образной разделки присадочной проволокой выбирают место для создания сварочной ванны на боковой поверхности корня шва в диапазоне 15 30 градусов относительно верхней точки трубы. Затем расплавляют электронным лучом 5 боковые кромки 6 разделки шва 3 с образованием сварочной ванны 7. После чего подают присадочную проволоку 8 диаметром 1,6 мм, выполненную из циркониевого сплава с 1% ниобия, вдоль разделки шва в сторону вращения труб 1, 2 в сварочную ванну 7 под углом 5 7 градусов к ее поверхности таким образом, чтобы вход проволоки 8 в сварочную ванну 7 находился в зоне 9, образованной между краями фокального пятна 10 электронного луча 5 и сварочной ванны 7. Разделку шва 3 заполняют металлом присадочной проволоки 8 за три полных прохода подачи присадочной проволоки с последующей заделкой кратера без подачи присадочной проволоки.

Использование: электронно-лучевая сварка труб с присадочной проволокой из титановых или циркониевых сплавов. Сущность изобретения: в способе электронно-лучевой сварки труб присадочную проволоку подают в сварочную ванну вне зоны прямолинейного действия электронного луча под углом 5 - 7^o к поверхности сварочной ванны, а сварочную ванну располагают со смещением на 15 - 30^o относительно зенита. Способ исключает экранирующее влияние присадочной проволоки на нагрев свариваемых кромок. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ электронно-лучевой сварки труб с подачей присадочной проволоки, отличающийся тем, что присадочную проволоку подают в сварочную ванну вне зоны прямого действия луча под углом 5 7^o к поверхности сварочной ванны. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сварочную ванну располагают со смещением на 15 30^o относительно зенита.