УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ СВАРКИ ПО ОТБОРТОВАННЫМ КРОМКАМ Российский патент 2000 года по МПК B23K13/01 

Изобретение относится к индукционной сварке, в частности, к импульсной высокочастотной сварке таких изделий, как тонкостенные цилиндрические корпуса с крышками в радиотехнической и электротехнической промышленности.

Известно устройство для импульсной индукционной сварки по отбортованным кромкам преимущественно цилиндрического корпуса и крышки, содержащее торовидный индуктирующий провод с каналами охлаждения, магнитопровод и газовод с камерой защитного газа - авторское свидетельство СССР 1683931, МПК /6/ B 23 K 13/00, 1991/. Обычно такие корпуса заполняются активной массой под давлением, а в крышке крепятся токовыводы, изолированные от корпуса. В процессе импульсной сварки часто происходит недопустимая деформация крышек ввиду больших электродинамических усилий, что нередко сопровождается деформацией крышки и нарушением герметичности соединения, а также приводит к разрушению изоляционного материала токовыводов. Проблему можно решить увеличивая жесткость крышки за счет увеличения ее толщины. Однако при этом возрастает металлоемкость крышки и снижается качество сварки ввиду разностенности сопрягаемых корпуса и крышки, увеличивается количество брака.

Задачей данного изобретения является устранение деформации при сварке путем повышения прочности и жесткости крышки.

Это достигается тем, что в устройстве для импульсной индукционной сварки по отбортованным кромкам преимущественно цилиндрического корпуса и крышки, содержащем замкнутый индуктирующий провод с каналами охлаждения, магнитопровод и газовод с камерой защитного газа, рабочая поверхность индуктирующего провода образована внутренним коническим и внешним вогнутым участками, линия сопряжения которых расположена на продолжении внутренней стенки кромки крышки, а угол α наклона конического участка к плоскости крышки определен соотношением
α = arctg(l_кр+Δ):l,
где l_кр - высота кромки;
Δ - расстояние от точки сопряжения участков рабочей поверхности до плоскости свариваемых крышек;
l - заданная длина наплыва, образуемого перемещением расплавляемого при сварке металла в радиальном направлении.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства для импульсной индукционной сварки по отбортованным кромкам;
на фиг. 2 показана фотография изделия, изготовленного с помощью данного устройства.

Устройство для импульсной индукционной сварки по отбортованным кромкам содержит замкнутый индуктирующий провод 1 с каналами охлаждения 2, магнитопровод 3 и газовод с камерой 4 защитного газа. Рабочая поверхность индуктирующего провода образована внутренним коническим 5 и внешним вогнутым 6 участками, сопряженными по линии 7, расположенной на продолжении внутренней стенки кромки крышки 8, причем угол α наклона конической поверхности 5 к плоскости крышки 8 определен соотношением
α = arctg(l_кр+Δ):l,
где l_кр - высота кромки;
Δ - технологический зазор (расстояние от линии сопряжения 7 участков рабочей поверхности до кромки крышки 8);
l - заданная длина наплыва 9.

Устройство работает следующим образом.

Под действием высокочастотного электромагнитного поля, создаваемого индуктирующим проводом 1 и магнитопроводом 2, происходит разогрев до высоких температур кромок 8 крышки и цилиндрического корпуса 10, в результате чего по плоскости 11 свариваемых кромок образуется сварной шов, прочно и герметично соединяющий кромки. При этом, как показали многочисленные эксперименты, описываемая форма рабочей поверхности индуктирующего провода 1 обеспечивает создание такого поля электромагнитных сил, которое перемещает часть расплавленного металла в радиальном направлении, образуя наплывы 9, высота которых уменьшается от периферии к центру. Эти наплывы, как видно из фиг. 2, представляют собой радиальные ребра жесткости, значительно увеличивающие прочность и жесткость крышки 8. Угол α наклона поверхности 5 к плоскости крышки 8 определяется по заданной длине 1 наплывов 9 и высоте свариваемых кромок l по соотношению
α = arctg(l_кр+Δ):l,
Здесь Δ - величина технологического зазора между плоскостью сварного шва и линией сопряжения 7 участков рабочей поверхности индуктирующего провода 1. Оптимальная по условиям сварки величина Δ определяется материалом свариваемых деталей, режимом сварки и т.п.

Таким образом, в отличие от известных устройств, в частности от указанного выше ближайшего аналога, данное устройство в процессе сварки формирует радиальные прочные ребра жесткости (наплывы), перпендикулярные сварному шву. Материалы сварного шва и ребра жесткости представляют собой единую цельную конструкцию, повышающую жесткость детали (крышки), привариваемой к корпусу изделия. Количество и размеры ребер определяются амплитудой сварочного импульса, зазором между индуктирующим проводом и формой индуктирующего провода над внутренней свариваемой кромкой для каждого свариваемого материала.

Изобретение практически реализовано при сварке по отбортованным кромкам корпуса с крышкой малогабаритных химических источников тока. Высота корпуса, имеющего вид стакана, 45 мм, внутренний диаметр 8,7 мм, наружный диаметр крышки 8,7 мм. Перед сваркой изделия были собраны полностью в соответствии с отличительными признаками изобретения. Сварка осуществлялась в среде защитного газа на серийном генераторе ВЧГ-25/0,44 индуктором с ферритовыми концентраторами. Высокочастотный импульс реализовывался посредством устройства для сеточной модуляции генератора. Параметры импульса: длительность 20 мили/с, амплитуда анодного напряжения 7,5 кВ. В партии из 1000 шт. изделий выход годных составил 87%. Длина ребер жесткости, которые отчетливо видны на фиг. 2, составляла (0,2-0,3) радиуса крышки, высота "ребер" жесткости убывает от высоты кромок до нуля примерно по линейному закону.

Корпус источника тока выполнен из ст. 12Х18Н10Т, крышка - из никеля марки ЦП-2. Представленные для анализа образцы выполнены при различных технологических режимах. Целью анализа явилось определение характера сварного соединения и сравнение полученных структур со структурами, полученными при микроплазменной сварке, применявшейся ранее.

Приготовленные микрошлифы просматривались на микроскопе МИМ-8м (100-800 крат) при различных увеличениях с целью определения дефектов типа пор и разрывов сварного шва. Для определения характера кристаллизации сварных соединений металлографические шлифы травились путем погружения на 15-20 с в хим. реактив с последующей промывкой в проточной воде. В результате этих исследований никаких дефектов изделий в зоне сварного шва не обнаружено.

Изготовленные на данном устройстве изделия имеют высокую прочность и повышенную емкость по электролиту. При этом производительность технологического процесса увеличилась в десятки раз по сравнению с традиционно применяемой для тех же целей микроплазменной сваркой.

Изобретение может быть использовано при сварке, например, цилиндрического корпуса с крышкой. Устройство содержит индуктирующий провод с каналами охлаждения, а также магнитопровод и газовод с камерой защитного газа. Рабочая поверхность индуктирующего провода образована внутренним коническим и внешним вогнутым участками. Расположение линии сопряжения участков на продолжении внутренней стенки кромки крышки обеспечивает образование при сварке радиальных ребер жесткости на крышке. Угол наклона конического участка к плоскости крышки выбран исходя из расстояния от линии сопряжения участков рабочей поверхности индуктирующего провода до свариваемых кромок и заданной длины наплывов, образующих радиальные ребра жесткости на крышке. 2 ил.

Устройство для импульсной индукционной сварки по отбортованным кромкам преимущественно цилиндрического корпуса и крышки, содержащее замкнутый индуктирующий провод с каналами охлаждения, магнитопровод и газовод с камерой защитного газа, отличающееся тем, что рабочая поверхность индуктирующего провода образована внутренним коническим и внешним вогнутым участками, линия сопряжения которых расположена на продолжении внутренней стенки кромки крышки, а угол α наклона конического участка к плоскости крышки определен соотношением
α = arctg(l_кр+Δ):l,
где l_кр - высота кромки крышки; Δ - расстояние от линии сопряжения участков рабочей поверхности индуктирующего провода до плоскости свариваемых кромок; l - заданная длина наплыва, образуемого перемещением расплавляемого при сварке металла в радиальном направлении.