Способ дуговой сварки коллекторных крышек теплообменников с паяным пакетом Советский патент 1991 года по МПК B23K9/08 B23K101/14 

Изобретение относится к производству пластинчатых теплообменников и может быть использовано при изготовлении паяносварных конструкций пластинчатых теплообменников из алюминиевых сплавов.

Целью изобретения является повышение качества паяносварных соединений при изготовлении теплообменников из алюминиевых сплавов.

На чертеже показан паяносвэрной узел пластинчатого теплообменника.

Соединение коллекторных крышек с паяным пакетом осуществляют дуговой сваркой с присадочным металлом. При этом в местах пересечения паяных соединений сварным швом на дугу воздействуют продольным знакопеременным магнитным полем частотой свыше 25 Гц, напряженность которого (Н) выражается зависимостью: Н (1.0-1.5) Т„лосн + Тплприс (1-п)Т ПР1

I пл J,

где Тпл°сн - температура плавления основного металла, °С;

Тплприс - температура плавления присадочного металла, °С,

о Ј

hO

т ПР 1 пл

температура плавления припоя,

°С;

п - доля участия основного металла в формировании сварного шва, п 2,0..,0,4,

с

(п - у°с- , где Зобщ- площадь поперечного ообщ

сечения всего шва; SOCH - площадь поперечного сечения расплавленной части основного металла),

При этом присадочный металл выбирают с температурой плавления ниже температуры плавления основного металла в интервале температур (1,0-1,1)ТПлпр, а долю участия основного металла в формировании сварного шва пыбирают в пределах 0,2-0,4.

Применение знакопеременного магнитного поля обусловлено необходимостью обеспечения симметричной Формы усиления сварного iLiBd без подрезов и получения требуемой структуры сварных швов. Частота изменения магнитного поля при этом должна быть не менее 25 Гц При частоте менее 25 Гц наблюдается неравномерная кристаллизация расплавленного металла. Имеют место наряду с мелкими равноосными кристаллами крупные, вытянутые де- ндрити. При повышении частоты свыше 25 Гц структура сварного шва мелкозернистая по всему объему. Bepxnnvi предел частоты колебания магнитного поля составляет 200 Гц, а нижний 25 Гц. При частоте 20 Гц наблюдается значительное по сравнению с частотой 25.Гц количество течей после сварки.

Неравномерная кристаллизация сварного шва не наблюдается при сварке с магнитным полем частотой, находящейся в пределах 25-200 Гц. Известно также, что при кристаллизации металла в виде равноосных, мелкодисперсных крисгал/юв снижается склонность к трещинообразованию.

ч

Образование распаев в паяных швах при пересечении сварными швами в значительной мере зависит от величины напря- женности магнитного поля, причем величина напряженности магнитного поля, в свою очередь, связана с температурой плавления расплавляемых при сварка материалов: основного и присадочного металла и припоя, и подчинаяется зависимости Н -- -К Тпл°сн + Тпяприс (п-1)-Тплпр. Э. Обозначим К Тпл°СН + ТппПрИС (п-1)-ТРлпр f(Tl.

При значениях Н f(T) воздействие магнитного поля недостаточно для изменения условий кристаллизации расплавленного металла и обеспечения образования равноосного зерна. Образуются кристаллизационные трещины, приводящие к нарушению герметичности паяносварных соединений, При Н f(T) происходит нарушение стабильности процесса сварки, вытекание припоя

из паяных швов и, как следствие, нарушение герметичности.

Для предотвращения трещинообразо- вания в паяносварных соединениях нарушение сплошности паяных швов в местах

0 пересечения со сварными швами сварку необходимо выполнять с присадочным металлом, причем температура плавления его должна быть ниже температуры плавления осного металла и находится в интервале

5 (1,0-1,1)7™.

При температурах плавления присадочного металла меньше температуры плавления припоя вследствие значительной доли легкоплавкого металла увеличивается тем0 иературный интервал хрупкости кристаллизующегося металла. Это приводит к повышению трещинообразования паяносварных соединений и, как следствие, увеличению числа течей.

5При температурах плавления присадочного металла выше 1,1 ТПлпр при кристаллизации расплавленного металла шва происходит вытекание припоя из паяных швов в местах пересечения со сварными.

0 Образуются несплошности, приводящие к нарушению герметичности паяно-сварных соединений.

Доля участия основного материала в формировании сварного шва должна быть

5 не более 0,4. В случае, если.доля участия основного материала превышает 0,4, пая- носварные швы имеют смешанную структуру (равноосное зерно с крупными дендритами), а в паяносварных соединени-.

0 ях наблюдается значительное число течей. Все ограничительные величины подтверждаются экспериментально (см. таблицу).

Под воздействием знакопеременного

5 магнитного поля увеличивается подвижность расплавленного металла сварочной ванны, что приводит к снижению химической неоднородности металла шва в местах пересечения с паяным соединением и тем

0 самым к снижению склонности к образованию трещин и газовых полостей.

Вследствие учета теплофизических свойств свариваемых материалов и колебаний дуги расширяется возможность регули5 рования глубины проплавления и, тем самым, снижения вероятности нарушения целостности паяного соединения.

Уменьшение трещинообразования, сокращение количества газовых полостей и предотвращение распаев приводит к повышению герметичности паяносварных соединений.

П р и м е р. Из набора пластин и гофров из алюминиевого сплава АМц паяют припоем СИЛ-0 при Т 630°С пакеты теплообменников 1 размером 100x350x500. К торцам паяных пакетов приваривают аргонодуго- вой сваркой коллекторные крышки 2 из сплава АМц толщиной 2,0 мм, при этом сварные швы 3 пересекают шестнадцать паяных швов 4 с каждой длинной стороны крышки. Режим сварки: ток переменный 1Св 180-190 А; Уев 10 м/ч; ид 13 В.

В качестве присадочных материалов используют проволоки диаметром 2,0 мм из сплавов АК-5 с ТПл 630°С и прутки диаметром 1,5 мм из сплавов СИЛ-0 с Тпл 580°С. АЛ-4 с ТПл 610°С, температура плавления которых не превышает температуру плавления основного материала (ТПлосн 654°С) и находится в пределах (1,0-1,1) ТПлосн.

В момент касания переднего края сварочной ванны с паяным швом с помощью сопла-соленоида, установленного на сварочную горелку, производят наведение на сварочную дугу импульсного магнитного поля напряженностью 25-90 Э.

В момент полного прохождения сварочной ванны через паяный шов (касание паяного шва хвостовым краем ванны) магнитное поле отключают Частота магнитного поля составляет 25-200 Гц. При К 1 оптимальную напраяженность магнитного поля определяют расчетным путем из выра- жения Н Тплосн + Тплприс (1-п)-Тплпр. где осн - температура плавления сплава

i пл

прис

АМц, С; Тпл - температура плавления присадочного металла, °С; ТПлпр - температура плавления припоя (в данном случае СИЛ-0), °С; л - доля участия основного металла в формировании сварного шва (определяют путем измерения планиметром площадей поперечного сечения наплавленного и расплавленного основного металла, при этом п не превышает 0.4.

В таблице приведены экспериментальные данные по сварке макетов теплообменников с воздействием магнитного поля в местах пересечения сварных швов с паяными.

Предлагаемый способ изготовления пластинчатых теплообменников из алюминиевых сплавов, например из сплава АМц, позволяет в 1,5-2 раза сократить производ0 ственный цикл изготовления теплообменников за счет сокращения ремонтных работ, а также обеспечить получение вакуумно- плотной структуры всех пэчносварных соединений изделия, что, в свою очередь,

5 повысит эксплуатационную надежность по сравнению с известными конструкциями и снизит не менее чем в два раза себестоимость выпускаемой продукции.

Формула изобретения

0Способ дуговой сварки коллекторых

крышек теплообменников с паяным nake- том, при котором используют присадочный металл, отличающийся тем, что, с целью повышения качества паяносварных

5 соединений при изготовлении теплообменников из алюминиевых сплавов, в моменты пересечения сварным швом паяных соединений на дугу воздействуют знакопеременным продольным магнитным полем с

0 частотой импульсов 25-200 Гц и напряженностью, определяемой из математического выражения

Н - (1,0...1,5) Тплс

+ т,

прис M-nV(1-п)5 где Т, ос

т 1 3 I пл J, о,

I

температура плавления основного металла, °С;

Гплприг - температура плавления присадочного металла, °С;

Тплпр - температура плавления припоя 0 в паяных соединениях, °С;

п 0,2.,.0.4 - доля участия основного металла в формировании сварного шва, при этом выбирают присадочной металл с температурой плавления ниже температуры 5 плавления основного металла в интервала температур (1,0-1,1) ТПлпр.

Сварка по ОБЩЕПРИНЯТОЙ технологии неплавящимся электродом на переменном токе с присадочной проволокой ЛНц

Сварка неплавящимся электродом на переменном токе с магнитным полем и гтнсадоччой проволокой ЛК-5

Сварка неплянящинся электродом на переменном токе с магнитным полем н прн- сядочной проволокой АК-5

То же

74

35

50

20

12

0,88

Изобретение может быть использовано при изготовлении паяносварных конструкций пластинчатых теплообменников. Цель изобретения - повышение качества паяносварных соединений при изготовлении теплообменников из алюминиевых сплавов. Соединение коллекторных крышек с паяным пакетом осуществляют дуговой сваркой. В моменты пересечения сварным швом паяных соединений воздействуют на дугу знакопеременным магнитным полем частотой не менее 25 Гц и напряженностью H, которая выражается зависимостью H = (1,0...1,5) [T_пл + T_пл (1 - N) - T_пл], где T_пл - температура плавления основного металла, °С

T_пл - температура плавления присадочного металла, °С

T_пл - температура плавления припоя, °С

N = 0,2...0,4 - доля участия основного металла в формировании сварного шва. Температура плавления присадочного металла должна быть ниже температуры плавления основного металла и находится в интервале (1,0 - 1,1) T_пл. В способе учитываются теплофизические свойства свариваемых материалов и колебания дуги, вследствие чего расширяется возможность регулирования глубины проплавления. В результате снижается вероятность нарушения целостности паяного соединения. 1 ил., 1 табл.

Сварки неплажюцпчся электродом на переменном токе с магнитным полем н присадочной проволокой АК-5

То же

Сварке неплавящимся электродом на переменном токе с магнитным полем и приселочным металлом СШ1-0

Сварка неплавяпшмся электродом на переменном гоке с магнитным полем и присадочным металлом

Сварка неплавящимся тпектдом на переменном токе с магнитным полем н присадочным металлом 115 75Л

Примечай

и е. и1 |чь1 чаючie получены при сварке пакетов теплообменников размером

(Ч мм по 3 шт па каждый вариант сварки. Режим сварки: Ico B

л/ i; dnpMO 2,0 мч.

20

25

50

1,25

40

40

50

1,0

15

20

50

1,34

4