Способ сварки плавлением Советский патент 1988 года по МПК B23K9/08 B23K9/16 

со

00 00 N5

ISD

ND

Изобретение относится к сварке и может быть использовано преимущественно при сварке неплавящимся электродом в защитных газах с принудительным формированием металла сварочной ванны.

Цель изобретения - повышение качества сварного соединения путем обеспечения равномерного формирования и стабилизации величины провисания металла в корне шва.

На фиг. I изображена схема сварки неповоротного стыка; на фиг. 2 - сварочная ванна (поперечное сечение) и схема сил, действующих на ванну; на фиг. 3 - схема движения расплава в сварочной ванне вдоль левой ее кромки; на фиг. 4 - движение расплава вдоль правой кромки; на фиг. 5-7 - схемы чешуйчатых поверхностей сварного шва при различных скоростях сварки, причем vi,v,

Способ состоит в том, что по обе стороны от шва создают разность давлений, а на зону сварки воздействуют внешним аксиальным реверсируемым магнитным полем, величину индукции которого устанавливают в пределах 5-30 мТ, а интервал реверсирования магнитного поля устанавливают равным

1

K-V,

г

r 1 г

J

где Уев - скорость сварки, мм/с;

К - показатель качества формирования шва в 1/мм, причем /(3. Наложение на зону сварки внешнего аксиального магнитного поля делает дугу пространственно устойчивой, исключая смещение ее активного пятна на изделии вследствие «Блуждания. Вращение дуги в аксиальном магнитном поле сопровождается стабилизацией ее положения относительно оси электрода и стыка. Тем самым предупреждается нарушение баланса сил, определяющих гидродинамическое равновесие в ванне, связанное со смещением дуги от оси стыка. В этих условиях действие избыточного давления со стороны корня шва, препятствующего его провисанию, обе.спечивает стабилизацию заданной высоты- усиления корневой части шва. Вращение дуги в аксиальном магнитном поле происходит и при индукциях менее 5 мТ, однако эта величина явля- е1ся пороговой для перехода дуги в устойчивую колоколообразную форму со стабилизацией области ее активного пятна на изделии. С другой стороны, при сварке в защитных газах неплавящимся электродом значение индукции свыше 30 мТ делает дугу неустойчивой с нарушением ее формы и возможным срывом. Однако применение только аксиального магнитного поля в указанных пределах изменения индукции, но без избыточного давления защитного газа со стороны корня шва, также не обеспечивает получение одинаковой высоты усиления корня щва по длине стыка. В этом случае даже в условиях

0

5

стабилизации дуги относительно стыка при изменении, например, зазора между кромками отсутствие избыточного давления, препятствующего провисанию корня щва, приводит к различной высоте его усиления. Таким образом, ни наложение магнитных полей, ни создание разности давлений порознь не приводит к желаемому результату. Только при совокупном воздействии на жидкий металл сварочной ванны достигается равномерное усиление обратной стороны шва. Наложение внешнего, аксиального реверсируемого магнитного поля сопровождается воздействием не только на дугу, но и на металл сварочной ванны. Под действием реверсируемых объемных электромагнитных сил, возникающих в ванне, жидкий металл перемещается из головной части в хвостовую часть ванны поочередно вдоль одной или другой боковых кромов. В процессе перемещения перегретого металла из головной части его теплом производится равномерное по толщине кромки ее оплавление, что приводит к стабилизации щирины щва. Однако при реверсивном перемещении потоков жидкого металла в сварочной ванне затвердевание его в хвостовой части ванны сопровождается образованием чешуек на наружной поверхности шва. Расстояние между чешуйками и, следовательно, качество формирования поверхности шва при заданной скорости сварки зависит от интервала реверсирования ip магнитного поля. На основании экспериментальных данных применительно к сварке в защитных газах установлено, что для получения качественного формирования щва необходимо, чтобы значение tp устанавливалось в зависимости от скорости сварки из соотношения tp /K-Vc,, где К - показатель качества формирования, оцениваемый по числу чещуек на 1 мм длины шва. Значение К выбирают не менее 3. При /«3 поверхность шва становится грубоче- щуйчатой. С увеличением Л качество формирования поверхности шва несколько улучшается, вплоть до /(10. При существенных изменений в качестве формирования шва не наблюдается. Достижение качественного формирования шва путем назначес ния интервала реверсирования tp, зависимого от скорости сварки VCB, отличает предлагаемый способ сварки от прототипа, поскольку применение интервалов реверсирования, согласованных со скоростью сварки, обеспечивает равномерное формирование шва по

0 ширине путем дополнительного воздействия теплом перегретого металла головной части ванны.

При сварке напряжения от источника 1 питания дуги подводят к изделию 2 и горелке 3. Между электродом 4 и изделием возбуждается дуга (фиг. 1), Защитный газ (стрелка Аг) по магистрали 5 подают внутрь трубы и по магистрали 6 через регулятор0

5

0

стабилизатор 7 давления выводят наружу. Магистральные шланги, по которым поступает газ во избежание его потерь, плотно насаживают на торцы труб входа и выхода из полости. Регулятор-стабилизатор устанавливает требуемую величину избыточного давления защитного газа, которая в процессе сварки остается постоянной. Аксиальное магнитное поле (стрелка В, фиг. 1) создают соленоидом (электромагнитом) 8, подключенным к источнику 9 его питания. Избыточное (по отношению к атмосферному) давление заш.итного газа Рг прикладывается к жидкому металлу (на фиг. 2 показано поперечное сечение ванны в плоскости дуги) и наряду с силой поверхностного натяжения уравновешивает давление дуги Р и силы тяжести металла ванны Р. Магнитное поле сообш,ает пространственную устойчивость сварочной дуге, что исключает ее смещение поперек шва и нарушение баланса действующих сил. В этих условиях обеспечивается равномерное формирование корня шва и стабилизация его усиления.

При реверсировании магнитного поля перегретый металл из головной части ванны перемещается вдоль боковой кромки, обеспечивая ее равномерное оплавление по высоте (фиг. 3). В это время у противоположной кромки происходит затвердевание (на фиг. 3 зачерненный участок соответствует подплав- лению кромки, а заштрихованный - затвердеванию; знак «-}- указывает полярность магнитного поля). При перемене полярности магнитного поля (фиг. 4, знак «-) под- плавление и затвердевание происходят у кромок, противоположных по отношению к показанным на фиг. 3. Поочередное, с переменой полярности магнитного поля подплав- ление по длине ванны боковых кромок обеспечивает стабилизацию формы проплавления как по толщине стенки, так и по ширине щва.

Поочередное перемещение потоков вдоль каждой из боковых кромок ванны определяется из условия формирования наружной поверхности шва. Величина этих перемещений должна быть согласована с величиной перемещения сварочной ванны, определяемой скоростью сварки. На фиг. 5-7 иллюстрируется качество формирования наружной поверхности шва (сплошные, дугообразные линии) по числу чешуек, приходящихся на 1 мм его длины. При заданном интервале реверсирования с увеличением скорости сварки (V s на фиг. 6 больше на фиг. 5) число чешуек на i мм длины щва уменьшается. Число чешуек становится еще меньше с последующим увеличением скорости сварки (l/fa на фиг. 7 больше V на фиг. 6), что приводит к огрублению наружной поверхности щва и неудовлетворительному качеству формирования. Необходимое качество наружной поверхности соответствует количеству чешуек на 1 мм длины щва не менее

5

трех (фиг. 5). Зависимость интервала реверсирования от скорости сварки в каждом случае определяется выражением ;,, 1/КХ XWe, где К - показатель качества формирования, оцениваемый по числу чешуек на 1 мм длины шва.

Способ реализуют следующим образом. Производят сварку неповоротных стыков труб 8X1.5 мм. Сварку выполняют на установке «Восток-1СУХП4 с источником питания типа ВСВУ. Аксиальное магнитное поле в зоне сварки создают электромагнитом, который размещают в камере установки соосно со сварочной горелкой. Избыточное давление внутри трубы создают аргоном,

г который с помощью шланга подводят к одной трубной заготовке, а с выхода второй заготовки подают на регулятор-стабилизатор давления. В качестве регулятора-стабилизатора используют ротаметр, связанный с окружающей атмосферой дросселирующим

0 отверстием, сечение которого выбирают в зависимости от заданной величины избыточного давления в полости трубы. В процессе сварки это давление сохраняется постоянным.

Пример 1. Сварку выполняют импульсной дугой на следующих режимах: скорость сварки ,1 мм/с; время свар очного импульса 0,3 с; паузы 0,5 с; напряжение сварки 8- 10 В; ток дежурной дуги 6-8 А; сварочный ток изменяют по программе от значения Д.„,

0 равного 62 А в верхней точке орбиты стыка в начале сварки, до /с„, равного 32 А в конце сварки; величина избыточного давления внутри трубы Па, что обеспечивает высоту усиления в корне шва не более 0,1 мм. Параметры магнитного поля: индукция В

5 15 мТ; интервал реверсирования для скорости ,l мм/с согласно расчету принимают равным /р 1/3-4,,08 (с). Стыки труб 8X1,5 мм в этих условиях имеют качественные швы без внутренних дефектов (поры, включения и т. п.) с показателями

0 формирования: высота усиления корня шва 0,1 мм; ширина корня шва 3 мм; ширина наружной стороны щва 4 мм. Отклонения от указанных размеров по периметру стыков отсутствуют.

Пример 2. Исходные условия сварки аналогичны примеру 1. Параметры магнитного поля следующие: индукция ,9 мТ; интервал реверсирования /,,0,08 с. В этих условиях отдельные участки стыков труб не удовлетворяют требованиям равномерQ ного формирования и стабилизации величины провисания металла в корне шва. В местах с отклонениями наружной ширины щва от 4 до 5 мм и внутренней - с 3 до 2 мм усиление корня шва снижается от 0,1 мм до нуля. Участки с отклонениями указанных

5 показателей формирования при в 5 мТ практически отсутствуют.

Пример 3. При сохранении исходных условий параметры магнитного поля следую5

щие: ,1 мТ; ,08 с. Отклонения показателей качества формирования отсутствуют. Полученные в примере 2 результаты связаны с тем, что при индукциях магнитного поля до 5 мТ из-за недостаточной пространственной устойчивости сварочной дуги происходит ее смещение вследствие «блуждания в сторону одной из кромок, что приводит к отклонениям показателей формирования.

Пример 4. Сварку производят при аналогичных исходных условиях, но при индукции, близкой к верхней границе устойчивости дуги в магнитном поле. Параметры магнитного поля следующие: индукция ,l мТ; интервал реверсирования ,08 с. Швы в этих условиях имеют неудовлетворительное формирование. При уменьшении на отдельных участках наружной ширины щва с 4 до 2,5 мм и внутренней с 3 до 1,5 мм швы на этих участках имеют непровары, т. е. усиление корня шва отсутствует вообще. Со снижением индукции количество таких участков уменьшается и при мТ они практически отсутствуют.

Пример 5. При сокращении исходных условий параметры магнитного поля следующие: ,9 мТ;,,08 с. Отклонения в по- казателях качества формирования отсутствуют. Полученные в примере 4 результаты объясняются тем, что при индукции магнитного поля свыше 30 мТ наблюдаются периодические срывы сварочной дуги. Это сопровождается снижением теплопередачи в свариваемые кромки, что приводит к уменьшению сечения швов.

Как видно из примеров 1-5, поставленная цель достигается только в диапазоне

0

5

5

0

0

индукций 5...30 м1. При индукциях как ниже 5 мТ, так и выше 30 мТ равномерное формирование и стабилизация величины провисания металла в корне шва отсутствуют.

Предлагаемый способ сварки позволяет снизить дефектность формирования. Так, при базовом способе сварки в качестве которого принят прототип, она составляет 5- 7%, т. е. 5-7% общего количества сваренных стыков труб имеют отклонения по ширине шва, высоте усиления в корне шва и его равномерности по периметру стыка, выходящие за пределы допуска. Согласно предлагаемому спосооу по результатам производ- ственых испытаний дефектность отсутствует

Формула изобретения

Способ сварки плавлением с принудительным формированием, при котором по обе стороны от шва создают разность давлений защитного газа, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения путем обеспечения равномерного формирования и стабилизации величины провисания металла в корне шва, на зону сварки воздействуют внешним аксиальным реверсируемым магнитным полем, величину индукции которого устанавливают в пределах 5- 30 мТ, а интервал реверсирования магнитного поля устанавливают равным

1

где KCB - скорость сварки, мм/с;

К - показатель качества формирования шва в 1/мм, причем .

IP гг

Изобретение относится к сварке и может быть использовано, преимущественно, при сварке неплавящимся электродом в защитных газах с принудительным формированием металла сварочной ванны. 1Дель изобретения - повыщение качества сварного соединения путем обеспечения равномерного формирования и стабилизации величины провисания металла в корне щва. По обе стороны от шва создают разность давлений, например, подачей аргона в полость свариваемой трубы. На зону сварки воздействуют внешним аксиальным реверсируемым магнитным полем, величину индукции которого устанавливают в пределах 5- 30 мТ. Интервал реверсирования магнитного поля устанавливают равным tp /k Vce, где VCB - скорость сварки; К. - показатель качества формирования шва, причем . Вращение дуги в аксиальном магнитном поле сопровождается стабилизацией ее положения относительно оси электрода и стыка. Тем самым предупреждается нарушение баланса сил, определяющих гидродинамическое равновесие в ванне, связанное со смещением дуги от оси стыка. В этих условиях действие избыточного давления со стороны корня шва, препятствующее его провисанию, обеспечивает стабилизацию заданной высоты усиления корневой части шва. 7 ил. S (Л

CfJUS.l

сриг.2

УСВ ери г. 5

cpi/s.S

дуиг.

/А/Л

/л/л/

сриг.6

fffi/ff.7