СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ ПОЛОС С ПОДАЧЕЙ ЗАЩИТНОГО ГАЗА В ЗОНУ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК B23K11/04 B23K101/16 

Изобретение относится к сварочному производству, а именно, к способам и устройствам для контактной стыковой сварки оплавлением полос, выполняемых на специализированных сварочных машинах, которые устанавливаются в высокопроизводительных металлургических линиях, например, в агрегатах укрупнения рулонов и агрегатах продольной или поперечной резки.

Периодическая сварка задаваемых в такие агрегаты рулонированных полос обеспечивает непрерывность их работы, при этом длительность стыковки рулонов не должна допускать простоев или замедления темпа работы агрегата. Высокая производительность сварочных машин в этих условиях достигается за счет автоматизации сварочного процесса и механизации вспомогательных операций. Качество сварных швов и их пригодность во многом зависит от многих факторов: от правильности установки полос, от точности настройки и воспроизводимости режимов сварки и многих других факторов.

Одним из условий получения качественного сварного соединения является обеспечение надежной газовой защиты оплавляемых торцов от окисления, чтобы избежать появления на торцах трудноудаляемых из стыка окисных пленок. Форсирование скоростей оплавления перед осадкой помогает улучшить защиту торцов в случаях, когда свариваемые металлы имеют достаточное количество углерода для образования газовой среды при его выгорании или других газообразующих элементов. При сварке полос контактной стыковой сваркой низкоуглеродистых хорошо раскисленных сталей создание надежной газовой защиты - задача трудновыполнимая без подачи в зону оплавления дополнительного защитного газа. Для защиты оплавляемых торцов используют газы-восстановители (H₂, C₃Н₈, NH₃), нейтральные газы Ar, N₂ или смеси нейтральных газов с углеводородами. При сварке оплавлением, помимо водорода и нейтральных газов, для защиты от окисления можно использовать пропан, продукты разложения бензина и другие смеси.

Известен способ подачи газа при сварке труб сопротивлением с использованием специальной проходной камеры, укрепленный на одном из зажимов машины (см., например, книгу Кабанов Н.С., Слепак Э.Ш. Технология стыковой контактной сварки. «Машиностроение», 1970, стр.82-83). При сварке газ подается в камеру непрерывно, так как состав газа у нагреваемой поверхности из-за испарения или выгорания адсорбированных веществ изменяется. Перемещение газа у нагреваемых поверхностей меняет парциальное давление и ход реакций окисления и восстановления.

Недостатком применения такого устройства при сварке полос оплавлением является загрязнение замкнутого объема камеры частицами расплавленного металла, выбрасываемого из искрового промежутка при оплавлении кромок полос. Использование такой камеры при сварке оплавлением потребует тщательной зачистки внутренней поверхности камеры перед каждой сваркой, что делает невозможным ее применение в непрерывных металлургических агрегатах, где промежуток между сварками составляет не более 3…5 минут. Точно также загрязняются отверстия подачи газов через каналы, изготовленные в сварочных электродах машины, что делает такой способ защиты невыполнимым.

Известен также способ сварки плавлением в среде защитных газов, при котором на кромки свариваемых изделий наносят предварительно раствор хлорного железа в этиловом спирте, что повышает качество металла шва /патент RU 2277035 C1, МПК B23K 9/16, B23K 35/38. Опубл. 27.05.2006/.

Однако использовать предварительное нанесение на кромки полос, свариваемых стыковой сваркой оплавлением, в металлургических агрегатах, также не представляется возможным, так как кромки полос перед сваркой обрезают и устанавливают в электродах сварочной машины, где нанесение покрытия в замкнутом пространстве между электродами весьма затруднительно. Кроме этого, нанесенное покрытие при нагреве концов полос, интенсивно выгорая при оплавлении, не сможет создать защиты в самый ответственный момент формирования соединения, а именно при осадке.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является предупреждение появления окисных пленок на торцах полос при контактной стыковой сварке оплавлением за счет создания дополнительной защитной атмосферы при подаче в зону сварки восстановительного или нейтрального газов с избыточным давлением.

Технический результат достигается тем, что в способе контактной стыковой сварки оплавлением полос с подачей защитного газа в зону сварки, включающем установку концов полос в электроды и их зажатие, ввод в пространство между электродами снизу полос соплодержателя с соплом поворотом соплодержателя до горизонтального положения, включение подачи защитного газа, включение сварочного трансформатора и перемещение подвижного зажима на оплавление и осадку, а после осадки, отключение сварочного трансформатора и прекращение подачи защитного газа, при этом соплодержатель поворачивают в вертикальное положение, выводят его из пространства между электродами, затем сопло вынимают из колец соплодержателя, очищают сопло от осевших частиц расплава, подготавливают сопло к следующей сварке, после чего вставляют сопло в кольца соплодержателя, сварку производят устройством для его осуществления, содержащим электроды с механизмами зажатия и перемещения при оплавлении и осадке, сварочный трансформатор, соплодержатель с соплом, которое выполнено в виде заглушенной на одном конце медной трубки с отверстиями вдоль ее образующей, а другой конец штуцером соединен со шлангом и баллоном защитного газа, при этом трубка установлена в кольцах соплодержателя, выполненного в виде желоба, который консольно установлен на горизонтально закрепленной оси, с возможностью размещения его в горизонтальное рабочее положение между нижними электродами сварочной машины и расположения в вертикальное исходное положение после сварки, при этом отверстия сопла могут быть выполнены с увеличением их диаметра в направлении от штуцера подвода газа, а сопло установлено в соплодержателе с направлением отверстий в сторону, обратную свариваемому стыку.

Заявляемый способ контактной стыковой сварки полос с подачей защитного газа в зону сварки и устройство для его осуществления поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 схематично показан разрез по оси заявляемого устройства перед сваркой с установленными полосами и размещенным под ними соплодержателем с соплом (механизмы зажатия и перемещения электродов, а также сварочный трансформатор условно не показаны);

- на фиг.2 схематично показан соплодержатель с соплом в рабочем (горизонтальном) положении (шланг и баллон с защитным газом условно не показаны).

Устройство для осуществления заявляемого способа контактной стыковой сварки полос с подачей защитного газа в зону сварки содержит электроды 1 и 2 с механизмами зажатия и перемещения при оплавлении и осадке, сварочный трансформатор, соплодержатель 3 с соплом 4, которое выполнено в виде заглушенной на одном конце медной трубки с отверстиями 5 вдоль ее образующей, другой конец штуцером 6 соединен со шлангом и баллоном защитного газа, при этом трубка установлена в кольцах 7 соплодержателя 3, выполненного в виде желоба, который консольно закреплен через шарнир 8 на горизонтально расположенной оси 9, с возможностью размещения его в горизонтальное рабочее положение между нижними электродами 1 сварочной машины и расположения в вертикальное исходное положение после сварки, при этом для выравнивания давления выходящего газа по длине сопла 4, отверстия 5 сопла 4 выполняют с увеличением их диаметра в направлении от штуцера 6 к заглушке, а для получения ламинарного истечения газа сопло 4 устанавливают в соплодержателе 3 с направлением отверстий в сторону, обратную свариваемому стыку.

Заявляемый способ контактной стыковой сварки полос с подачей защитного газа в зону сварки в заявляемом устройстве осуществляется следующим образом:

- после обрезки и подачи в зону сварки полос 10 их зажимают в нижних 1 и верхних 2 электродах;

- вводят в пространство между электродами 1 снизу полос 10 сопло 4 поворотом соплодержателя 3 вокруг оси 9 шарнира 8 до горизонтального положения;

- включают подачу газа, который вытекает из отверстий 5 сопла 4, и создают при подаче нейтрального газа соответствующую защитную атмосферу вблизи торцов полос 10, для получения восстановительной атмосферы подают горючие газы, например водород, который поджигает искра в начале оплавления;

- включают сварочный трансформатор и перемещение подвижного зажима на оплавление и осадку и сваривают полосы 10;

- после осадки, отключения сварочного трансформатора и прекращения подачи защитного газа соплодержатель 3 поворачивают в вертикальное положение и выводят из пространства между электродами 1, освобождая его для прохода устройства для зачистки стыка от грата;

- затем сопло вынимают из колец 7 соплодержателя 3, при этом кольцо 7, находящееся у штуцера 6, сдвигает с поверхности сопла 4 частицы расплава, осевшие в процессе оплавления, и очищает поверхность и отверстия 5 сопла 3, тем самым подготавливают сопло 3 к следующей сварке;

- после чего вставляют сопло 3 в кольца 7 соплодержателя 3 и устройство готово к следующей сварке.

Таким образом, предложенный способ контактной стыковой сварки оплавлением полос с подачей защитного газа в зону сварки и устройство для его осуществления позволяют создать дополнительную газовую защиту для предупреждения окисления нагретого металла торцов и возникновения на них окисных пленок, чем расширяют возможности получения качественных сварных соединений без форсирования режимов оплавления и создания особых условий деформации при осадке для вытеснения окисных пленок из стыка.

Изобретения могут быть использованы при контактной стыковой сварке оплавлением полос на специализированных сварочных машинах в высокопроизводительных металлургических линиях, например, в агрегатах укрупнения рулонов и агрегатах продольной или поперечной резки. Концы свариваемых полос 10 зажимают в электродах 1 и 2. Снизу в пространство между электродами вводят сопло 4 поворотом соплодержателя 3 до горизонтального положения. Сопло 4 выполнено в виде заглушенной на одном конце медной трубки с отверстиями 5 вдоль ее образующей, другой конец которой штуцером 6 соединен со шлангом и баллоном защитного газа. Соплодержатель 3 снабжен кольцами 7, в которых установлено сопло 4, и выполнен в виде желоба, консольно закрепленного через шарнир 8 на горизонтальной оси 9, с возможностью размещения его в горизонтальном рабочем положении между нижними электродами 1 и в вертикальном исходном положении после сварки. Кольца 7 соплодержателя выполнены с возможностью очистки сопла от осевших частиц расплава при его извлечении из колец. Создание дополнительной защитной атмосферы при подаче в зону сварки восстановительного или нейтрального газа с избыточным давлением обеспечивает отсутствие окисных пленок на торцах полос. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ контактной стыковой сварки оплавлением полос с подачей защитного газа в зону сварки, при котором устанавливают концы свариваемых полос в электроды и зажимают их, снизу свариваемых полос в пространство между электродами вводят сопло, размещенное посредством колец в соплодержателе, поворотом его до горизонтального положения, включают сварочный трансформатор и осуществляют подачу защитного газа, при этом производят оплавление и осадку, а после осадки, отключения сварочного трансформатора и прекращения подачи защитного газа соплодержатель поворачивают в вертикальное положение и выводят его из пространства между электродами.

2. Устройство для контактной стыковой сварки оплавлением полос с подачей защитного газа в зону сварки, содержащее электроды с механизмами зажатия и перемещения при оплавлении и осадке, сварочный трансформатор, соплодержатель с соплом подачи защитного газа, выполненным в виде заглушенной на одном конце медной трубки с отверстиями вдоль ее образующей, другой конец которого штуцером соединен со шлангом и баллоном защитного газа, при этом соплодержатель снабжен кольцами, в которых установлено сопло, и выполнен в виде желоба, консольно закрепленного через шарнир на горизонтальной оси, с возможностью размещения его в горизонтальном рабочем положении между нижними электродами сварочной машины и расположения в вертикальном исходном положении после сварки, при этом кольца соплодержателя выполнены с возможностью одновременной очистки сопла от осевших частиц расплава при его извлечении из колец соплодержателя.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что отверстия сопла выполнены с увеличением их диаметра в направлении от штуцера подвода газа.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сопло установлено в соплодержателе с направлением отверстий в сторону, обратную свариваемому стыку.