СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ Российский патент 2006 года по МПК B23K28/02 B23K37/06 

Изобретение относится к сварке плавлением (электродуговой, аргонно-дуговой, лазерной и др.) с присадочным и без присадочного материала, в процессе которой при соединении свариваемых деталей образуется сварочная ванна расплавленного металла.

Известен способ сварки (А.с. №1597254, МПК В 23 К 9/08, бюл. №37, 1990 г.), при котором на сварочную дугу воздействуют поперечным импульсным магнитным полем, отклоняя ее вдоль свариваемого стыка с частотой 1-5 Гц.

Недостатком этого способа является низкое качество металла шва, т.к. затруднены процессы дегазации и диспергирования окисных плен.

Известен способ сварки с присадочным материалом (a.c. 1106612, МПК В 23 К 9/08, бюл. №29, 1984 г.), при котором в период прекращения его подачи на дугу воздействуют импульсным магнитным полем, причем в период подачи присадочного материала воздействие магнитного поля прекращают.

Недостатком этого способа также является низкое качество металла шва из-за резкого увеличения объема сварной ванны в момент подачи присадочного материала, затруднены процессы дегазации и диспергирования окисных плен.

В обоих способах воздействие импульсным магнитным полем осуществляют на электрическую дугу, а не на расплавленный металл сварного шва, улучшая электрофизические характеристики дуги, поэтому качество металла сварного шва не улучшается.

Основными дефектами, возникающими в сварочном шве и околошовной зоне в процессе кристаллизации металла, являются: наличие пор, неравномерная литейная структура, остаточные термические напряжения.

В основу изобретения поставлена задача улучшить качество сварного шва за счет изменения структуры, повышения механических свойств и снижения уровня остаточных напряжений.

Данная задача решается за счет того, что в способе сварки плавлением на зону расплавленного металла при кристаллизации воздействуют импульсным магнитным (ИМП) полем с периодичностью импульсов разряда 0,5-2 секунды. При этом воздействуют на зону кристаллизации металла импульсным магнитным полем либо в продольном направлении, либо в поперечном по отношению к сварному шву.

При воздействии ИМП на металл в процессе кристаллизации в нем, как результат действия наводимых вихревых токов, возникают внутренние дополнительные источники тепла, а действие интенсивных металлопотоков из-за электродинамических сил приводит к дроблению зарождающихся зерен, увеличению центров кристаллизации, то есть в конечном счете измельчению структуры как в самом шве, так и в околошовной зоне. При этом за счет изменения направленности воздействия ИМП имеется возможность управления источниками дополнительного нагрева и металлопотоками. Как показали эксперименты из условий кристаллизации и скорости сварки частота следования импульсного воздействия должны быть не менее 1 Гц.

На фиг.1 представлена схема реализации предложенного способа,

на фиг.2 - вид сверху.

В процессе сварки зону сварочного шва можно условно разбить на два участка: 1 - участок расплавления соединяемых металлов (зона дуги); 2 - участок затвердевания (кристаллизации). Второй участок в процессе сварки находится позади первого, то есть за зоной дуги, зоной расплавления металла. Сварочная ванна 3. Сварной шов 4, протяженность его зависит от марки материала и толщины свариваемых деталей 5 и 6 от нескольких до десятков мм. К сварочной головке 7 примыкает индуктор 8, подключенный с помощью гибкого кабеля к магнитно-импульсной установке 9. Индуктор 8 закреплен на сварочной головке 7 и движется синхронно с ней.

Расплавление металла в зоне 1 происходит путем воздействия на металл дуги сварочной головки 7. Сварочная головка 7 движется непрерывно в процессе сварки, при необходимости подача присадочной проволоки происходит также непрерывно.

Под сварочной головкой 7 металл расплавляется, а в зоне индуктора 8 металл охлаждается и кристаллизуется. В этой зоне (зона кристаллизации) на индуктор 8 с частотой не менее 1 Гц разряжается батарея конденсаторов МИУ. Возникающее вокруг индуктора 8 магнитное поле наводит в кристаллизующемся металле вихревые токи. Токи распределены по глубине неравномерно: на поверхности максимальны, а в глубину убывают по экспоненциальному закону.

Пример конкретного выполнения:

Для эксперимента в качестве сварного оборудования использовалась установка УСА-500С. Одновитковый индуктор подсоединялся к магнитно-импульсной установке МИУ-1С.Использовались образцы из листового материала АМГ-6 толщиной 4 мм. После фиксации образцов включали установку УСА-500С, при выходе ее на стационарный режим сварки на ванночку расплавленного металла подавались импульсы с частотой разряда 1 Гц и периодичностью импульсов 0,5-2 секунды, энергией 300 Дж; 470 Дж; 920 Дж. Далее сваренные пластины разрезались на образцы, были получены микрошлифы, сравнительный анализ которых показал изменение структуры в самом шве.

При воздействии ИМП на металл в процессе кристаллизации в нем, как результат действия наводимых вихревых токов, возникают внутренние дополнительные источники тепла, а действие электрических сил вызывает интенсивные металлопотоки, что приводит к дроблению зарождающихся зерен, увеличению количества центров кристаллизации, то есть в конечном счете изменению структуры в самом шве. При этом за счет изменения направленности и величины воздействия ИМП имеется возможность управления источниками дополнительного нагрева и металлопотоками. Как показали эксперименты наибольший эффект воздействия ИМП был получен на режиме обработки 920 Дж и периодичностью импульсов разряда 0,5-2 секунды.

Силовое воздействие, во-первых, уплотняет металл, во-вторых, под действием металлопотоков происходит его перемешивание, способствующее дегазации, равномерности химсостава, кроме того, металлопоток дробит зарождающиеся (столбчатые) зерна. Осколки зерен являются центрами кристаллизации. Все это вместе взятое способствует измельчению структуры в околошовной зоне и устраняет появление остаточных термических напряжений, что способствует повышению качества металла шва.

Изобретение относится к сварке плавлением с присадочным или без присадочного материала. Способ включает воздействие в процессе сварки импульсным магнитным полем. Импульсным магнитным полем воздействуют на зону кристаллизации расплавленного металла сварного шва с периодичностью импульсов разряда 0,5-2 секунды в продольном или поперечном направлении по отношению к сварному шву. Это позволит улучшить качество сварного шва за счет изменения структуры, повышения механических свойств и снижения уровня остаточных напряжений. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ сварки плавлением, включающий воздействие импульсным магнитным полем, отличающийся тем, что импульсным магнитным полем воздействуют на зону кристаллизации расплавленного металла сварного шва с периодичностью импульсов разряда 0,5-2 с.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что импульсным магнитным полем воздействуют на зону кристаллизации в продольном направлении по отношению к сварному шву.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что импульсным магнитным полем воздействуют на зону кристаллизации в поперечном направлении по отношению к сварному шву.