СПОСОБ ПРЕССОВОЙ СВАРКИ Российский патент 2016 года по МПК B23K9/08 B23K11/02 

Предлагаемый способ является одним из способов прессовой сварки, при котором источником нагрева свариваемых деталей является сварочная дуга, управляемая магнитным полем, и может быть использован в таких отраслях народного хозяйства, как автомобилестроение, строительство водонагревательных котлов, промышленное и гражданское строительство, при сооружении трубопроводов с применением труб малого и среднего диаметра, для сварки деталей со сплошным и развитым сечением, а также для соединения деталей в тавр.

Известен способ сварки дугой, управляемой магнитным полем, при котором для повышения качества полученных сварных соединений, используют сигналы звуковой частоты, генерируемые при перемещенных сварочной дуги по торцам свариваемых деталей. В процессе движения дуги характер, частота и сила звука изменяются, сигнал расходимости полученных характеристик звука с заранее известными и заданными используется как критерий регулирования силой сварочного тока, напряжением дуги и величиной промежутка между свариваемыми деталями (ГДР, "Schweistechnik," №6, 1980 г.).

Недостатком этого способа является сложность реализации системы управления, низкая вероятность повтора системы с учетом акустических свойств помещения, где функционирует система управления и свойств измерительной аппаратуры, которая используется.

Также известен способ управления процессом сварки дугой, управляемой магнитным полем с подсчетом энергии, которая использована на нагрев деталей (ZIS - Mitteilungen №10, 1982 г. Стр. 1051-1055). Способ управления качеством осуществляют в следующем алгоритме.

Обработанные и преобразованные сигналы сварочного тока и напряжения в процессе нагрева деталей поступают в вычислительное устройство, где они накапливаются, и рассчитывается электрическая мощность, выделяемая на кромках свариваемых деталей. Дискретность поступления преобразованных сигналов составляет 0,1 сек.

В процессе нагрева выполняют приведение электрической мощности, которая выделяется на кромках деталей, к тепловой энергии нагревания. Накопленный эквивалент энергии анализируется в ЭВМ и по мере достижения предварительно рассчитанного значения, служит параметром управления процессом нагрева. Система управления анализирует соответствие накопленной энергии эталонному значению. При отклонении накопленного значения от эталонного более чем на 10%, выполняется отбраковка полученного с нарушениями технологии соединения.

Недостатком этого способа является то, что в процессе нагрева сварочный ток и напряжение дуги не являются постоянными, их значение в значительной степени зависят от положения дуги относительно сечения свариваемых деталей. Опытным путем установлено, что напряжение дуги изменяется в течение всего цикла сварки. Это изменение напряжения в течение цикла сварки имеет характерную зависимость.

В ходе лабораторных исследований установлено, что на начальном этапе перемещения дуги по кромкам деталей (это касается деталей с трубчатым сечением) дуга перемещается с внешней на внутреннюю кромку. При этом отклонение напряжения дуги может достигать 20% от значения, устанавливаемого в момент начала стабильного движения дуги по торцам изделий. Также установлено, что качество полученных соединений в значительной степени зависит от положения дуги в процессе нагрева относительно кромки сечения свариваемых деталей. Таким образом, при одном и том же значении затраченной энергии на достижение пластического состояния деталей качество полученных соединений может иметь значительные разногласия с прогнозируемыми значениями.

Прототипом заявленного изобретения принят способ прессовой сварки, при котором нагревают свариваемые детали, при этом определяют момент достижения деталями необходимой температуры нагрева на торцах деталей и выполняют осадку путем проведения многократных встречных движений соединяемых деталей, встречные движения повторяют через промежутки времени, в течение каждого из которых получается заданная скорость сближения деталей, после чего она снижается до нуля и выполняется повторное сближение, а частота поступательных движений за весь период осадки поддерживается на уровне не ниже 10 Гц (Патент на изобретение №100278 «Способ прессовой сварки», Кучук-Яценко С.И., Качинский B.C., Коваль М.П., 10.12.2012).

Способ сварки, который выбран в качестве прототипа, осуществлялся следующим образом. Опытным путем определяют необходимую продолжительность нагрева деталей, после его прохождения, увеличивают сварочный ток (форсирование) и включают устройство, выполняющее осадку (деформация деталей).

Недостатком данного способа сварки является невозможность получения устойчивого формирования сварного соединения, которая становится причиной значительных отклонений качественных параметров полученных соединений, которые определяются путем проведения механических испытаний.

Кроме того, на характер формирования сварного соединения, а соответственно и на механические свойства, значительно влияет продолжительность фазы формирования соединения после нагрева.

В основу изобретения положена задача повышения качества сварных соединений.

Суть изобретения в том, что после выполнения нагрева деталей выполняют осадку путем проведения многоразовых встречных движений деталей, которые свариваются, встречные движения повторяют через промежутки времени, в течении которого достигается заданная скорость сближения деталей, а частота поступательных движений за весь период осадки поддерживается на уровне не ниже 10 Гц, согласно изобретению осадку выполняют путем проведения многоразовых встречных движений одной детали относительно другой детали, которые свариваются, при этом закрытие дугового зазора и формирование сварного соединения на толщину слоя расплавленного металла достигается заданным количеством встречных движений со скоростью не ниже 20 мм/с. Данная скорость перемещения обусловлена необходимостью предотвращения образования термических дефектов материала шва.

Способ осуществлялся следующим образом. Вначале детали устанавливают в устройствах удержания деталей сварочной машины вплотную (без зазора). С началом сварочного цикла детали автоматически разводятся на промежуток, при котором падение напряжения на сварочной дуге будет равно заранее установленному.

После возбуждения сварочная дуга начинает перемещаться по кромкам свариваемых деталей под воздействием магнитодвижущей силы, созданной магнитной системой сварочной машины.

В момент, который определяется программно, выполняется форсирование сварочного тока. После конца форсирования включается устройство осадки, которое выполняет программно заданное количество встречных движений свариваемых деталей со скоростью не ниже 20 мм/с.

Испытания сваренных деталей происходило в соответствии с существующими нормами и правилами.

Анализ сварных соединений, выполненных с применением прототипа и предлагаемого способа показал, что качество соединений, выполненных предложенным способом, выше в сравнении с прототипом.

Предложенный способ обладает следующими по сравнению с прототипом преимуществами:

1. Высокая стабильность процесса нагрева на начальной стадии.

2. Стабильно равномерный нагрев кромок изделий по всей площади сечения.

3. Стабильное перемещение дуги.

4. Низкие требования к подготовке торцов свариваемых деталей (на перетекание процесса мало влияют наличие ржавчины, масел, грязи и неровности сечения).

Изобретение может быть использовано при сооружении трубопроводов с применением труб малого и среднего диаметра, для сварки деталей со сплошным и развитым сечением, а также для соединения деталей в тавр. Нагрев торцов свариваемых деталей осуществляют дугой, управляемой магнитным полем. В процессе формирования сварного соединения осадку выполняют путем проведения многократных встречных движений одной детали относительно другой детали. Закрытие дугового промежутка и формирования сварного соединения на толщину слоя расплавленного металла достигается заданным количеством встречных движений со скоростью не ниже 20 мм/с. Способ обеспечивает повышение качества сварных соединений, полученных прессовой сваркой за счет высокой стабильности процесса на начальной стадии сварки и равномерного нагрева кромок свариваемых деталей по всей площади сечения.

Способ прессовой сварки, включающий нагрев свариваемых деталей дугой, управляемой магнитным полем, при этом определяют момент достижения деталями необходимой температуры нагрева на их торцах и выполняют осадку путем проведения многоразовых встречных движений свариваемых деталей, причем встречные движения повторяют через промежутки времени, в течении которого достигается заданная скорость сближения деталей, а частоту поступательных движений за весь период осадки поддерживают на уровне не ниже 10 Гц, отличающийся тем, что осадку выполняют путем проведения многоразовых встречных движений деталей с амплитудой, соответствующей дуговому зазору, при этом закрытие дугового зазора и формирование сварного соединения на толщину слоя расплавленного металла достигают заданным количеством встречных движений со скоростью не ниже 20 мм/с.