СПОСОБ СВАРКИ КОРОТКИХ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 2000 года по МПК B23K9/16 

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к сварке коротких стыковых соединений высокотеплопроводных металлов в защитной газовой среде.

При электродуговой сварке таких металлов, как серебро, медь в стыковых соединениях образуются различного рода дефекты, которые приводят к разрушению сварных конструкций при их эксплуатации. Высокая теплопроводность этих металлов не позволяет в процессе сварки достичь требуемых условий для расплавления кромок свариваемого стыка. На этом основании при сварке высокотеплопроводных металлов в практике используют предварительный, подогрев стыковых соединений. Подогрев может быть осуществлен различными способами, например, по технологии, описанной в пат. США N 4291220, кл. 219-137. В нем защищен электродуговой способ сварки меди и алюминия в среде защитного газа с использованием как плавящегося, так и неплавящегося электродов, подключенных к двум независимым источникам питания. Подогрев свариваемых кромок осуществляют неплавящимся электродом.

Однако данный способ весьма трудоемок, имеет склонность к образованию дефектов и предназначен для сварки стыковых соединений значительной длины (более 100 мм). Использовать известный способ для сварки коротких стыковых соединений деталей из серебра невозможно ввиду его высокой теплопроводности.

В авторском свидетельстве СССР N 1186428 предложено для улучшения качества сварного соединения и сокращения длительности подогрева использовать подкладку в качестве подогревателя кромок, выполненную в виде брикета термитной смеси. Предварительный подогрев кромок осуществляют путем поджога подкладки сварочной дугой с одновременным перемещением электрода к кромкам.

Данный способ также трудоемок и не обеспечивает получения коротких сварных соединений без дефектов, поскольку внешний источник подогрева способен привести к деформации стыка и свариваемых деталей, а также структурным изменениям основного металла.

Проблема качественной сварки коротких стыковых соединений решена в авторском свидетельстве СССР N 846162. В нем предложено выполнять начало и конец сварки на входных и выходных технологических планках, являющихся ограничителями разделки стыков, которые после окончания процесса удаляют вместе с дефектами. Планки выполняют с углублением (выштамповкой), повторяющим конфигурацию разделки, и располагают по торцам свариваемых кромок с обращением в их сторону. Сварку в среде защитного газа начинают у основания углубления входной технологической планки с последующим расплавлением металла торца разделки стыка. Оканчивают сварку на выходной планке.

Данный способ позволяет проводить сварку коротких стыковых соединений, например, длиной стыка 20-30 мм с использованием одного источника энергии.

Однако известный способ не предусматривает возможности осуществления подогрева сварных кромок перед сваркой ввиду близкого расположения планок к стыковому соединению. Это обстоятельство не позволяет использовать его для сварки высокотеплопроводных металлов, например, серебра, из-за быстрого расплавления металла планок и стыкового соединения, что способно привести к несплавлению деталей.

Задача изобретения - создание технологии сварки коротких стыковых соединений высокотеплопроводных металлов, которая обеспечила бы осуществление сварки таких металлов и получение их сварных швов без дефектов при использовании одного источника энергии.

Задача выполнена за счет того, что при сварке коротких стыковых соединений из металлов с высокой теплопроводностью например, серебра или меди, в атмосфере защитного газа, на торцах свариваемых кромок располагают входные и выходные технологические ограничители - пластины, выполненные с углублением, повторяющим конфигурацию торцев разделки и обращенным в их сторону, причем оно выполнено вдоль длины пластин переменного сечения, оканчивающимся на заданном расстоянии от конца пластины, может иметь закругленную форму в периферийной зоне и выполнено с уменьшением глубины в сторону периферийной зоны, перед началом сварки производят косвенный подогрев свариваемых кромок до температуры 0,4 - 0,5 температуры плавления металла, например, серебра, путем многократного возбуждения электродуги на периферийной зоне входной пластины с последующим перемещением дуги к кромкам стыка, их расплавлением и окончанием сварки на выходной пластине. Пластины могут быть выполнены из материала свариваемого соединения и иметь ту же толщину.

Технический результат - получение сварных соединении таких высокотеплопроводных металлов, как серебро, без пор, надрывов, трещин и непроваров.

На фиг. 1 представлено конструктивное изображение способа, на фиг. 2 - разрез входной технологической пластины по A-A, на фиг. 3 - разделка кромок пластин (сечение по Y-Y), на фиг. 4 - разрез конструкции после сварки по X-X.

Собранная конструкция перед сваркой включает в себя две стыкуемые между собой детали 1, подлежащие сварке, технологические входную и выходную пластины 2, 3, расположенные по торцам свариваемых кромок 4 и выполненные с углублением 5, повторяющим конфигурацию торцов разделки кромок 4 и обращенным в их сторону. Углубление 5 выполнено вдоль длины пластин 2, 3 переменного сечения с уменьшением глубины в сторону периферийной зоны 6 и окончанием в форме закругления 7 на заданном расстоянии от конца пластин 2, 3.

Способ согласно изобретению осуществляют следующим образом.

Собирают конструкцию под сварку стыкуемых деталей 1, изготовленных из высокотеплопроводного металла - серебра. Для этого детали 1 в виде полос после дегазации подвергают разделке их стыков под сварку с получением кромок 4. Предварительно изготавливают из серебра технологические входную и выходную пластины 2, 3 с углублением 5 вдоль их длины, повторяющим конфигурацию торцев разделки кромок 4, выполненным переменного сечения с уменьшением глубины в сторону периферийной зоны 6 и заканчивающимся закруглением 7 на заданном расстоянии от конца пластин 2, 3. По торцам деталей 1 напротив их стыка устанавливают входную и выходную пластины 2, 3 так, чтобы конфигурация их углубления 5 была обращена в сторону кромок 4. Присоединение пластин к стыку деталей осуществляют методом прихваток под сварку. Далее на периферийной зоне 6 входной пластины 2 устанавливают горелку и проводят кратковременное многократное возбуждение электрической дуги. Происходит многократное подплавление пластины, тепло от которой распространяется на свариваемые кромки 4 деталей 1. Операцию подогрева кромок осуществляют до достижения их температуры 500 - 600^oC, что составляет 0,4 - 0,5 температуры плавления серебра. Указанный интервал температур является оптимальным, поскольку при недогреве кромок в сварочном шве образуются непровары, а при перегреве происходит вытекание металла из разделки и процесс сварки нарушается. Поскольку углубление 5 заканчивается закруглением 7 на заданном расстоянии (не менее толщины свариваемых деталей) от конца пластины 2, то это обстоятельство не позволяет при подогреве кромок 4 подплавившемуся металлу вытекать с пластины 2. Кроме того, возбуждение электродуги в периферийной зоне 6 пластины 2 позволяет при каждом ее включении подать значительное количество тепла металлу без его расплавления.

После предварительного подогрева кромок 4 деталей 1 осуществляют их сварку. Процесс проводят в среде инертного газа, например, аргона, на медной подкладке неплавящимся электродом с применением присадки - серебряной проволоки. Для этого электродугу перемещают от периферийной зоны 6 углубления 5 в направлении к стыку кромок 4. Выполнение углубления 5 переменного сечения позволяет при этом перемещении дуги максимально приблизиться к режиму сварки. Процесс заканчивают с полным заполнением разделки кромок 4 на выходной пластине 3.

После окончания сварки и охлаждения на воздухе пластины 2, 3 отрезают по торцам деталей 1. Далее проводят контроль сварного соединения 8 методом цветной дефектоскопии и рентгеновским просвечиванием.

Ниже приведен пример осуществления предложенного способа.

Собирали конструкцию под сварку стыкуемых деталей 1, выполненных в виде полос из серебра марки СрМ925. Толщина деталей 7 мм, длина короткого стыка 35 мм. По торцам стыка устанавливали входную и выходную пластины 2, 3 размером 35x25x7. Максимальная глубина углубления 5 равна ширине разделки кромок 4 и составляет 6 мм, а его закругление 7 отстоит от конца пластин 2, 3 на расстоянии 8 мм. Возбуждение электрической дуги начинают на периферийной зоне 6 возле закругления 7 и держат ее на этом месте до образования жидкой фазы, затем перемещают ниже по углублению 5, снова возбуждают дугу до образования жидкой фазы, и процесс возбуждения дуги продолжают до тех пор, пока температура кромок 4 не достигнет 500 - 600^oC. Сварку проводят при режиме: I = 160 - 200 А, V = 10 -12 В, расход инертного газа 10-12 л/мин, на медной подкладке с формированной канавкой. Процесс заканчивают с полным заполнением разделки кромок 4 на выходной пластине 3 на расстоянии от стыка не менее 10 мм.

Анализ проведенного контроля сварного соединения 8 показал на отсутствие в нем дефектов: непроваров, надрывов, пор, трещин.

Изобретение может быть использовано при сварке металлов высокой теплопроводности в защитной газовой атмосфере. По торцам деталей напротив их стыка устанавливают технологические входную и выходную пластины с углублениями. Конфигурация углублений повторяет конфигурацию торца стыка. На периферийной зоне углубления проводят кратковременное многократное возбуждение электродуги до достижения температуры кромок стыка 0,4-0,5 температуры плавления свариваемого металла, например, серебра. Далее электродугу перемещают к разделке кромок и осуществляют сварку стыка в среде аргона на медной подкладке с использованием в качестве присадки серебряной проволоки. Процесс заканчивают на выходной пластине. Способ позволяет получить сварные соединения таких высокотеплопроводных металлов, как серебро, без пор, надрывов, трещин и непроваров. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ сварки коротких стыковых соединений преимущественно из металлов с высокой теплопроводностью в атмосфере защитного газа, включающий размещение на торцах свариваемых кромок входного и выходного технологических ограничителей разделки стыков, каждый из которых выполняют в виде пластины с углублением, повторяющим конфигурацию торца разделки и обращенным в его сторону, осуществление начала процесса сварки на входном ограничителе и окончания его на выходном, отличающийся тем, что углубление каждой из пластин выполняют переменного сечения с размещением его периферийной зоны на заданном расстоянии от конца пластины, при этом перед началом сварки проводят косвенный подогрев свариваемых кромок до температуры 0,4 - 0,5 температуры плавления свариваемого металла путем многократного возбуждения электрической дуги на периферийной зоне углубления входной пластины, а процесс сварки начинают путем последующего перемещения дуги к кромкам стыка и их расплавления. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве свариваемых металлов используют серебро или медь. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что пластины выполняют из материала свариваемого соединения. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что пластины выполняют толщиной, равной толщине свариваемого соединения. 5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что углубление каждой пластины выполняют с уменьшением сечения в направлении его периферийной зоны. 6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что периферийную зону углубления выполняют закругленной формы.