СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНОГО ИЗДЕЛИЯ Российский патент 2013 года по МПК B23K9/07 B23K31/02 B23K33/00 B23K37/04 

Изобретение относится к электросварке, в частности, к изготовлению сварного изделия посредством дуговой прихватки и сварки одновременно несколькими источниками тепла (горелками, электродами) преимущественно соосно установленных труб из разнотолщинных и разнородных по химическому составу материалов.

Известен способ изготовления сварного изделия посредством многоэлектродной дуговой сварки, в котором перед началом сварки включают поперечное магнитное поле на дуговые промежутки, подают сварочное напряжение одновременно на все электроды, а дугу зажигают на каждом из электродов по заданной программе путем последовательного отключения поперечного магнитного поля на рабочем электроде. После каждого цикла все электроды смещают на величину шага, обеспечивающего перекрытие сварных точек. Циклы повторяют до тех пор, пока не будет выполнен сварной шов, (см. а.с. СССР №1779504, кл. В23К 9/08, 9/09, 1991), принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе источник энергии (тепла) передвигают по отношению к свариваемому изделию. В результате этого в изделии возникает подвижное температурное поле, обуславливающее появление подвижного термодеформационного поля, искажающего геометрические размеры изделия даже при применении прихваток, фиксирующих требуемую геометрию изделия при сборке. Это обстоятельство затрудняет получение точных по геометрии сварных узлов типа корпусов гироскопов, кузовов автомобилей, многослойных труб, в том числе сварных изделий в виде соосно установленных труб из разнотолщинных и разнородных по химическому составу материалов, и др., а также служит причиной замедления скорости кристаллизации металла шва, что приводит к появлению литой крупнозернистой структуры и ухудшению механических свойств и снижению качества сварных соединений.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение скорости тепловой обработки, в частности прихватки и сварки, за счет ведения процесса посредством разнесенных в пространстве кратковременных импульсов при неподвижных источниках энергии (тепла) и собранном под сварку изделии.

Технический результат - улучшение геометрии сварного изделия и повышение качества сварного соединения вследствие сокращения времени на нагрев и охлаждение металла шва и изделия в целом, что снижает энергозатраты и время на производство единицы продукции.

Для достижения указанного технического результата при изготовлении сварного изделия посредством многодуговой прихватки и сварки обработку неподвижного изделия в виде соосно установленных труб из разнотолщинных и разнородных по химическому составу материалов производят кратковременными импульсами одновременно несколькими неподвижными точечными источниками тепла (горелками, электродами), разнесенными в пространстве на достаточно большом расстоянии друг от друга, при котором тепловое взаимодействие между одновременно горящими дугами исключается и, соответственно, не приводит к термической деформации свариваемых кромок и изделия, при этом каждый источник тепла подключается отдельно к своему источнику питания.

В результате кратковременного воздействия нескольких разнесенных в пространстве неподвижных источников энергии (тепла) на обрабатываемое изделие обеспечится быстрый дискретный нагрев и затвердевание небольших порций металла, что приведет к исключению тепловой деформации (коробления) обрабатываемого изделия, получению мелкозернистой структуры металла шва, требуемых механических свойств, качества и эксплуатационных характеристик сварного шва, а также к повышению производительности и снижению энергетических затрат, а, следовательно, и себестоимости изделия.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Способ изготовления сварного изделия, включающий многодуговую прихватку и сварку, заключается в том, что ее осуществляют от нескольких неподвижных источников энергии (тепла) в виде горелок или электродов, например, при высокоскоростной дуговой сварке посредством кольцевого шва по торцу соосно установленных труб из разнородных (по химическому составу) и разнотолщинных (в том числе тонкостенных) материалов. При этом обрабатываемое изделие также оставляют неподвижным. Причем, обработку ведут посредством кратковременных дуговых импульсов тока от источников энергии (тепла), разнесенных в пространстве, чем исключают тепловое взаимодействие между одновременно горящими дугами и обеспечивают предельно короткие сварочные циклы, обуславливающие минимальные термические деформации свариваемых кромок, а также наиболее благоприятные микроструктуру (мелкое зерно) и химический состав металла шва, что, в свою очередь, способствует получению требуемых механических свойств шва, эксплуатационных характеристик и качества изделия. Дуговые импульсы происходят единовременно.

Устройство для осуществления способа содержит несколько источников питания, от каждого из которых на соответствующее количество источников энергии (тепла), например горелок или электродов, отдельно подают кратковременные импульсы тока требуемой мощности и продолжительности в зависимости от осуществляемого технологического процесса, то есть каждый источник тепла подключается отдельно к своему источнику питания.

Заявляемый способ многодуговой сварки предполагается применить в машиностроении также при изготовлении различных изделий посредством кратковременного импульсного теплового воздействия, например при приварке арматуры к трубам, нанесении футеровки на емкости и проч.

Изобретение возможно осуществить с помощью упомянутых в заявке и известных в настоящее время средств и методов.

Пример осуществления способа. Изготовлено устройство со специальными горелками и источниками питания для осуществления заявляемого способа при дуговой прихватке и сварке двухслойной трубы, состоящей из соосных труб: наружной толстостенной с сечением в виде окружности и внутренней тонкостенной с сечением в виде шестигранника. Получен опытный образец с мелкозернистой структурой качественного кольцевого сварного шва по торцу вышеуказанных труб, изготовленных из разнотолщинных и разнородных по химическому составу материалов.

Использование изобретения приводит к тому, что исключается движение дуги и, следовательно, движение температурного поля. Сварочная ванна формируется от неподвижных источников тепла, и затвердевание металла в ней происходит с большей скоростью, чем при движущейся ванне, поэтому металл сварной точки имеет более благоприятную структуру. Разнесенные по длине шва тепловые импульсы уменьшают тепловой поток в изделие, в результате чего практически исключается деформация свариваемых кромок и деформирование изделия в целом, а, значит, повышается его качество. Это особенно ярко проявляется при сварке кольцевых и криволинейных швов на тонкостенных конструкциях типа днищ баков ракет, шаробаллонов, сильфонов с фланцами, многослойных трубопроводов в горизонтальном положении и т.п. Процесс сварки единицы длины шва происходит в несколько раз быстрее, чем при движущемся электроде (повышается производительность) при значительной экономии электроэнергии. Снижение затрат на производство достигается также за счет исключения устройств для приведения в движение электрода или изделия.

Изобретение относится к изготовлению электросваркой, преимущественно, тонколистовых изделий из разнотолщинных и разнородных по химическому составу труб. Трубы соосно устанавливают. Осуществляют дуговую прихватку свариваемых кромок и последующую дуговую сварку кольцевого шва по торцу труб кратковременными импульсами тока. Прихватку, а также сварку осуществляют одновременно несколькими неподвижными источниками тепла в виде горелок или электродов. Источники тепла разносят на такое расстояние друг от друга, при котором тепловое взаимодействие между одновременно горящими дугами исключено. Каждый источник тепла подключают отдельно к своему источнику питания. Технический результат - улучшение геометрии сварной конструкции и повышение качества сварного соединения вследствие сокращения времени на нагрев и охлаждение материала шва и изделия в целом. 1 пр.

Способ изготовления сварного изделия, отличающийся тем, что соосно установленные трубы из разнотолщинных и разнородных по химическому составу материалов получают посредством дуговой прихватки свариваемых кромок и последующей дуговой сварки кольцевого шва по торцу труб кратковременными импульсами тока, при этом прихватку, а также сварку осуществляют одновременно несколькими неподвижными источниками тепла в виде горелок или электродов, разнесенными на таком расстоянии друг от друга, при котором тепловое взаимодействие между одновременно горящими дугами исключено, причем каждый источник тепла подключают отдельно к своему источнику питания.