СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГЛУБИНЫ ПРОПЛАВЛЕНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 2007 года по МПК B23K15/04 B23K28/02 B23K31/12 G21C21/02 

Изобретение относится к области сварки и, в частности, к электронно-лучевой сварке стыкозамковых соединений тонкостенных оболочек с заглушками.

Известен способ контроля глубины проплавления при электронно-лучевой сварке по смещению шва относительно стыка, при котором выполняют сварку изделия с предварительным фиксированием места положения стыка с последующим нанесением риски на его поверхности лучом малой мощности (см. а.с. СССР 742075).

Недостатками этого решения являются:

- отсутствие возможности оперативного контроля за стабильностью глубины проплавления во время сварки при поточном производстве или в процессе сварки партии изделий, находящейся в вакуумной камере сварочной установки;

- невозможность определить наличие непровара или приближение глубины проплавления к минимально допустимому значению за счет уменьшения тепловложения или увеличения теплоотвода от сварочной ванны.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ контроля качества сварных соединений, заключающийся в сварке собранного образца-спутника, изготовленного в виде пакета листов, из которого затем выполняют шлиф сварного соединения и по отсутствию стыков между листами определяют геометрию сварного шва (см. а.с. СССР 638441, В23К 28/00 - прототип).

Недостатком известного способа является отсутствие возможности оперативного контроля за стабильностью глубины проплавления во время сварки при поточном производстве или в процессе сварки партии изделий, находящейся в вакуумной камере сварочной установки.

Технической задачей изобретения является повышение оперативности контроля за глубиной проплавления и предотвращение массового брака.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе контроля глубины проплавления при электронно-лучевой сварке, заключающемся в сборке свариваемых деталей в упор и последующей их сварке, согласно предлагаемому решению сборку осуществляют, по крайней мере, с одним местным зазором в стыке, распространяющимся на всю его глубину и имеющим протяженность в направлении сварки не менее величины сварочной ванны в этом направлении при ширине 0,2-0,4 толщины стенки оболочки, который создают за счет вертикального канала, выполняемого на свариваемом торце заглушки при ее изготовлении, при этом сварку в зоне зазора осуществляют с уменьшенной теплоотдачей в заглушку за счет выполнения при ее изготовлении на посадочном месте в оболочку лыски, соединяющейся с вертикальным каналом в нижней части стыка, а наличие требуемой величины проплавления определяют по отсутствию недопустимых наружных дефектов сварного шва в зоне расположения зазора.

Указанная совокупность признаков является новой, неизвестной из уровня техники и решает поставленную задачу, так как:

- наличие в стыке зазора на всю его глубину в виде канала на свариваемом торце заглушки при его протяженности в направлении сварки больше величины сварочной ванны в этом направлении уменьшает объем сварочной ванны на участке зазора и способствует образованию наружных дефектов сварного шва при уменьшении глубины проплавления. Увеличение ширины зазора более 0,4 от толщины оболочки приводит к образованию недопустимого провала сварного шва на участке стыка с зазором даже при нормальных условиях сварки. При ширине зазора менее 0,2 от толщины стенки возможно получение глубины проплавления менее требуемой при качественном внешнем виде сварного шва;

- нарушение теплоотдачи в заглушку за счет выполнения на ней лыски, соединяющейся с каналом в нижней части стыка, способствует быстрому оплавлению участка оболочки над лыской, что при наличии относительно холодной заглушки в этом месте приводит к образованию недопустимого наружного дефекта сварного шва в виде несплавления;

- появление наружных дефектов сварного шва в месте расположения зазора и лыски свидетельствует о недопустимом изменении режимов сварки и дает основание остановить сварку последующих изделий, что предотвращает либо массовый брак, либо попадание сварных швов с недопустимой величиной проплавления в годную продукцию.

Предлагаемый способ поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема реализации предлагаемого способа.

На фиг.2 показано сечение собранного соединения.

Способ реализуется следующим образом.

Оболочка 1 собирается в упор с заглушкой 2, на которой предварительно выполнен канал 3 и лыска 4. После сборки между торцом заглушки 2 и оболочки 1 образуется местный зазор, образованный каналом 3 и торцом оболочки 1, протяженностью в направлении сварки не менее величины сварочной ванны 5. Подготовленные таким образом изделия загружаются в вакуумную камеру сварочной установки, где после создания необходимого разряжения начинается их сварка по заданному режиму. Если в процессе сварки уменьшается тепловложение в сварной шов 6 по причинам, которые сложно определить аппаратурно, то при достижении критической величины проплавления, равной, как правило, толщине стенки оболочки, из-за уменьшения объема расплавленного металла в сварочной ванне при прохождении луча по зазору 3 и уменьшения теплоотвода в заглушку за счет зазора между внутренней поверхностью оболочки 1 и посадочным местом заглушки 2, в месте расположения лыски 4 в сварном шве формируется недопустимый дефект внешнего вида типа несплавления или провала. При появлении такого дефекта сварка последующих изделий прекращается до выяснения и устранения причины изменения условий сварки. Это позволяет недопустить появления большого количества изделий с непроварами сварного шва, которые, в лучшем случае, будут обнаружены и забракованы в дальнейшем неразрушающими методами контроля, а в худшем, если величина непровара соизмерима с предельной чувствительностью применяющихся методов неразрушающего контроля, могут попасть в годную продукцию и явиться причиной выхода из строя изделий при их эксплуатации. Конкретные величины лыски, зазора определяются экспериментально в зависимости от режима сварки, геометрии торца оболочки. Так, например, если торец оболочки перед сборкой обрабатывается со снятием фасок, уменьшающих объем расплавленного металла в сварочной ванне, размеры канала и лыски выбираются ближе к их минимальному значению.

Предлагаемый способ реализован в технологии производства тепловыделяющих элементов типа ВВЭР с оболочками из сплава циркония при приварке к ним электронно-лучевой сваркой заглушек. Толщина стенки оболочки составляет 0,65 мм. Наружный диаметр 9,15 мм. Торец оболочки обрабатывался со снятием фасок величиной 0,15-0,2 мм. Предварительно на заглушке при ее изготовлении выполняется канал и лыска. После сборки канал образует с торцом оболочки местный зазор шириной 0,25-0,15 мм, протяженность которого вдоль стыка составляет около 3,5 мм. Диаметр сварочной ванны составляет 3 мм. Величина лыски на посадочном месте заглушки в радиальном направлении находится в пределах 0,15-0,2 мм. По ширине канал и лыска совпадают. Сварка выполняется в установках камерного типа с одновременной загрузкой изделий в количестве более 100 шт. Сварка выполняется при ускоряющем напряжении 30 кВ, токе сварки порядка 15 мА и скорости сварки 1 оборот за 3 секунды. При уменьшении проплавляющей способности луча до величины, равной или меньшей толщины стенки оболочки, в месте расположения зазора и лыски образуются недопустимые, явно видимые наружные дефекты типа несплавления или провала, при появлении которых сварка прекращается до устранения причин, вызывающих эти дефекты.

Изобретение относится к области сварки, а именно к электронно-лучевой сварке стыкозамковых соединений тонкостенных оболочек с заглушками. Собирают в упор тонкостенную оболочку с заглушкой и сваривают их электронно-лучевой сваркой. Сборку осуществляют, по крайней мере, с одним местным зазором в стыке, распространяющимся на всю его глубину и имеющим протяженность вдоль стыка не менее величины сварочной ванны в этом направлении и ширину, составляющую 0,2-0,4 толщины стенки оболочки. Зазор получают за счет создания на свариваемом торце заглушки при ее изготовлении вертикального канала. Сварку в зоне нахождения зазора осуществляют с уменьшенной теплоотдачей в заглушку за счет предварительного выполнения на посадочном месте заглушки лыски, соединяющейся с вертикальным каналом в нижней части стыка. Требуемую величину проплавления определяют по отсутствию недопустимых наружных дефектов сварного шва в зоне расположения зазора. Повышается оперативность контроля за глубиной проплавления и предотвращается массовый брак. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ контроля глубины проплавления при формировании стыкозамкового сварного соединения тонкостенной оболочки с заглушкой, включающий сборку свариваемых электронно-лучевой сваркой деталей в упор и последующую сварку с контролем величины проплавления, отличающийся тем, что сборку осуществляют, по крайней мере, с одним местным зазором в стыке, распространяющимся на всю его глубину и имеющим протяженность вдоль стыка не менее величины сварочной ванны в этом направлении и ширину, составляющую 0,2-0,4 толщины стенки оболочки, при этом сварку в зоне нахождения зазора осуществляют с уменьшенной теплоотдачей в заглушку, а наличие требуемой величины проплавления определяют по отсутствию недопустимых наружных дефектов сварного шва в зоне расположения зазора.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зазор в стыке формируют за счет создания на свариваемом торце заглушки при ее изготовлении вертикального канала, а уменьшенную теплоотдачу в заглушку при сварке в зоне зазора обеспечивают за счет предварительного выполнения на посадочном месте заглушки лыски, соединяющейся с вертикальным каналом в нижней части стыка.