СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ Российский патент 2008 года по МПК B23K9/16 B23K31/02 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено для сварки изделий с замкнутым внутренним объемом, в том числе при герметизации изделий активных зон ядерных реакторов, как в обычных, так и в дистанционных условиях.

Известен способ сварки плавлением [Решетников Ф.Г., Головнин И.С., Казенов Ю.И. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Кн.2. М.: Энергоатомиздат, 1995, с.212], при котором сварку плавлением ведут в несколько проходов и регулируют в процессе формирования шва плотность энергии в пятне нагрева источника тепла. При первом проходе, выполняемом с меньшей плотностью энергии, происходит оплавление кромок на небольшую глубину и удаление с них продуктов, переходящих в газообразное состояние. Последующим проходом с большей плотностью энергии обеспечивается максимальное проплавление материала. Данный технологический прием позволяет уменьшить вероятность выплеска свариваемого материала и улучшить внешний вид сварного шва. Этот способ позволяет также уменьшить образование пор в свариваемых металлах за счет газов, влаги, продуктов возгонки, находящихся на свариваемых кромках. Однако, при сварке металлов, склонных к порообразованию (например, сталей, изготовленных методом порошковой металлургии) за счет внутренних источников образования дефектов, данный способ не обеспечивает решение задачи уменьшения порообразования, что значительно снижает качество и работоспособность сварных соединений.

Известен способ сварки плавлением [Карамян Р.С., Воропай Н.М., Рабкин Д.М. Особенности технологии сварки алюминиевых сплавов в аргоне повышенного давления. М.: «Сварочное производство», 1970, №1, с.11-15], принятый за прототип, при котором сварку алюминиевых сплавов выполняют в камере при повышенном давлении защитного газа. С повышением концентрации растворенного в алюминии водорода, давление инертного газа в камере увеличивают. Таким способом создают необходимые условия для обеспечения требуемой сплошности сварного шва. Однако, при применении данного способа для герметизации изделий с замкнутым внутренним объемом неизбежно возникновение в них избыточного давления газа, что может привести к снижению работоспособности сварных соединений изделий.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества и работоспособности сварных соединений изделий с замкнутым внутренним объемом путем улучшения их сплошности.

Сущность предлагаемого способа сварки плавлением изделий с замкнутым внутренним объемом заключается в том, что сварку ведут в несколько проходов в защитном газе, при этом после первого прохода повышают давление газа и выполняют, по меньшей мере, один последующий проход, причем переплавляют металл сварного шва предшествующего прохода в объеме, соответствующем глубине расположения образовавшегося дефекта, но не более чем на 98%. В качестве защитного газа используют преимущественно инертные газы, углекислый газ.

Первый проход сварки выполняют в среде защитного газа при атмосферном давлении на требуемую для данного вида изделий и сварного соединения глубину.

Избыточное давление газа над сварочной ванной, применяемое при последующих проходах, позволяет создать условия, при которых происходит уменьшение размеров пор, образовавшихся в сварном соединении при первом проходе, а зарождение новых не происходит. Величина давления определяется экспериментальным методом и зависит от склонности материала к порообразованию.

Если при последующих проходах выбрано атмосферное давление защитного газа, то при сварке изделий это может привести к увеличению размеров пор, образовавшихся в сварном соединении при первом проходе, и зарождению новых дефектов, что приведет к снижению его качества и работоспособности.

Переплавляя металл сварного шва, сформированного при первом проходе, на глубину не более 98%, исключается возможность возникновения избыточного давления внутри изделия. Также исключается возможность участия не переплавленного ранее объема металла, имеющего повышенную склонность к порообразованию, в формировании сварного соединения при повторном проходе.

При превышении 98% глубины проплавления сварного шва, сформированного при первом проходе, возникает вероятность проникновения защитного газа внутрь изделия за счет прохождения газа через расплавленный металл, в результате чего может возникнуть его избыточное давление внутри изделия, что недопустимо.

Такое сочетание новых признаков заявляемого решения с известными позволяет повысить качество и работоспособность сварных соединений изделий с замкнутым объемом путем улучшения их сплошности.

Предлагаемый способ сварки плавлением может быть применен в процессе герметизации ампул из сплавов, изготовленных методом порошковой металлургии (например, алюминиевый сплав САП-1), и состоящих из оболочки диаметром 6,9 мм толщиной 0,4 мм с торцевой конструкцией концевых элементов. Загерметизированную сваркой плавлением при первом проходе ампулу (сварка аргонодуговая неплавящимся электродом, режим: ток сварки - 270-280 А, время сварки - 0,7 с, длина дуги - 3 мм, расход аргона 6 л/мин), имеющую в сварном соединении поры браковочного размера, помещают в камеру установки сварки в условиях повышенного давления защитного газа и закрепляют в зажимном устройстве. Затем в замкнутом объеме камеры создают избыточное давление защитного газа (например, гелия, аргона или их смеси). Для данного изделия экспериментальным путем определена оптимальная величина избыточного давления - 0,5 МПа. Далее устанавливают режим сварки, обеспечивающий переплавление расплавленного при первом проходе металла в объеме, соответствующем глубине расположения образовавшегося дефекта, но не более чем на 98%. Затем выполняют сварку (режим: ток сварки - 140 А, время сварки - 0,9 с, длина дуги - 3 мм, давление гелия - 0,5 МПа). При таких условиях сварки уменьшаются размеры ранее образовавшихся пор и не происходит образование новых дефектов, что повышает объемную сплошность сварного шва и улучшает качество и работоспособность сварных соединений изделий из сплавов, изготовленных методом порошковой металлургии. При этом сохраняется требуемая форма сварного соединения и не происходит проникновения избыточного давления внутрь замкнутого объема изделий. При необходимости выполняют следующий проход сварки.

Качество сварных соединений, полученных с применением данного способа, оценивали рентгенографическим контролем и металлографическими исследованиями послойно при увеличении до ×100, на 50 образцах. Результаты контроля показали, что дефекты в виде пор недопустимого размера, имевшиеся после первого прохода во всех сварных соединениях изделий, после второго прохода, по предлагаемому способу, отсутствовали.

Предлагаемый способ обеспечивает технический эффект и может быть осуществлен с помощью известных в технике средств. Следовательно, он обладает промышленной применимостью.

Изобретение может быть применено для сварки изделий с замкнутым внутренним объемом, в том числе при герметизации изделий активных зон ядерных реакторов, как в обычных, так и в дистанционных условиях. Сварку ведут в несколько проходов в защитном газе. После первого прохода повышают давление газа и выполняют, по меньшей мере, один последующий проход. Переплавляют металл сварного шва предшествующего прохода в объеме, соответствующем глубине расположения образовавшегося дефекта, но не более чем на 98%. В качестве защитного газа используют преимущественно инертные газы, углекислый газ. Технический результат изобретения заключается в повышении качества и работоспособности сварных соединений изделий с замкнутым внутренним объемом путем улучшения их сплошности. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ сварки плавлением изделий с замкнутым внутренним объемом, характеризующийся тем, что сварку ведут в несколько проходов в защитном газе, при этом после первого прохода повышают давление газа и выполняют, по меньшей мере, один последующий проход, причем переплавляют металл сварного шва предшествующего прохода в объеме, соответствующем глубине расположения образовавшегося дефекта, но не более чем на 98%.2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве защитного газа используют, преимущественно, инертный газ, углекислый газ.