Способ контактной стыковой сварки оплавлением Советский патент 1991 года по МПК B23K11/04 

Изобретение относится к контактной стыковой сварке оплавлением и может быть использовано при сварке изделий из разнородных материалов.

Цель изобретения - повышение качества сварного соединения.

На чертеже представлена принципиальная конструктивная схема устройства для осуществления способа со следующими обозначениями, где 1 - пластина из материала с более высокой температурой плавления; 2 - пластина из материала с более низкой температурой плавления; 3 - прокладки из материала пластины 1; 4 - неподвижная зажимная губка неподвижной колонны; 5 - подвижная зажимная губка неподвижной колонны; 6- неподвижная зажимная губка подвижной колонны; 7 - подвижная зажимная губка подвижной

колонны; 8 - гибкая шина токоподвода неподвижной колонны; 9 - жесткий токопод- вод неподвижной колонны; 10 - гибкая шина токоподвода подвижной колонны; 11 - жесткий токоподвод подвижной колонны; 12 - гибкая шина токоподвода подвижной колонны; 13 - клеммы вторичной обмотки сварочного трансформатора; 14 - сварочный трансформатор.

Позицией А показано направление силовых линий электромагнитного поля вторичного контура сварочного трансформатора; позицией В - направление силы, действующей на токопроводящую жидкую перемычку.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

При отсутствии в искровом зазоре внешнего электромагнитного поля последоON Ю 00 О

О

вательность состояний образовавшегося при нагреве контакта (жидкой перемычки) определяется следующими факторами. В начальной стадии образования контакта благодаря большой плотности тока натоко- проводящем участке происходит интенсивное тепловыделение и местное плавление контакта. При достаточном нагреве торцов деталей контакты приобретают вид жидких перемычек. На жидкую перемычку действуют силы поверхностного натяжения и объемные электромагнитные силы, которые возникают в связи с протеканием через перемычку тока. Сила поверхностного натяжения стремится увеличить диаметр перемычки, а электромагнитные силы сжать перемычку. В результате этого сечение перемычки в середине становится меньше, чем у основания. При этом возникает осевая составляющая электромагнитных сил, которая стремится разорвать перемычку. Стягивание перемычки приводит к повышению плотности тока и интенсивному нагреву. При достаточно большой плотности тока металл в центре перемычки испаряется и происходит ее разрушение.

При разрушении перемычек, образовавшихся при оплавлении между торцами прокладок и пластин из материала с более высокой температурой плавления, капли жидкого металла попадают на оплавляемый торец пластины из материала с более низкой температурой плавления. При этом происходит кристаллизация выплесков металла. с более высокой температурой плавления на торце пластины из материала с более низкой температурой плавления.

Создание в искровом зазоре электромагнитного поля с силовыми линиями, направленными перпендикулярно плоскости контакта прокладок и детали из материала с более низкой температурой плавления, позволяет воздействовать на жидкие перемычки и перемещать их, поскольку они представляют собой проводники с током. Указанная ориентация силовых линий электромагнитного поля обеспечивает возникновение силы, воздействующей на перемычки по направлению, лежащему в плоскости торцов вдоль прокладок. Таким образом удается ориентировать движение перемычек и направленность их выбросов.

Перемещение перемычек из материала с более высокой температурой плавления вдоль торца прокладки и выброс капель расплавленного металла в том же направлении позволяет свести к минимуму процент образования включений из материала с более высокой температурой плавления на оплавляемом торце пластины из материала с более низкой температурой плавления.

Наиболее целесообразным приемом создания необходимого электромагнитного

поля в зазоре является использование для этой цели электромагнитного поля вторичного контура сварочного трансформатора.

Осуществлялась сварка разнородных материалов стали Ст,3 и алюминия марки

0 А7. Из двух материалов алюминий имеет более низкую температуру плавления. К стальному блюмсу сечением 150x200 м приваривался алюминиевый токоподвод - пластина толщиной 70 мм. Толщина прокладок

5 из материала с более высокой температурой плавления (сталь Ст.З) составляла 16 мм.

Сварка производилась на серийной машине К-607 при сварочном напряжении 6,8 В. Для создания сварочного контура исполь0 зевались два серийных трансформатора от машины К-190П.

В первом случае трансформаторы подключались к деталям симметрично относительно плоскости пластины. При этом

5 вторичные контуры сварочных трансформаторов создавали электромагнитные поля с силовыми линиями, направленными в искровом зазоре встречно друг другу, что исключало воздействие на жидкие перемычки

0 поля вторичного контура.

Во втором случае оба сварочных трансформатора подключались с образованием одного вторичного контура, причем силовые -линии были направлены перпендикулярно

5 плоскости контакта прокладок из материала сталь Ст.З и алюминиевой пластины, что обеспечивалось расположением свариваемой пластины в одной плоскости со вторичным контуром сварочных трансформаторов..

0 Качество сварки контролировалось двумя способами: по визуальному контролю оплавленных торцов пластин из алюминия; по падению напряжения на сварном соединении готовых изделий при технологических

5 значениях пропускаемого.тока.

Для визуального контроля оплавление прерывалось на конечной стадии оплавления перед осадкой. В случае сварки по первому способу характер движения и взрывов

0 перемычек определялся протеканием теп- лофизических процессов и воздействием на перемычки только сил поверхностного натяжения и собственных объемных электромагнитных сил. Окисленный металл материала

5 сталь Ст.З был обнаружен на 10-20% площади торца пластины из алюминия А7.

Во втором случае, при действии в искровом зазоре электромагнитного поля, к жидким токопроводящим перемычкам прикладывалась сила в плоскости стыка параллельно

плоскости контакта прокладок и детали из материала с более низкой температурой плавления. Следы материала сталь Ст.З имелись на краях пластины из алюминия А7 с общей площадью не более 5%.

Испытание на падение напряжения проводилось при пропускании тока 5000 А через сваренное изделие. Такая величина тока соответствует его технологическому значению, при котором работает сваренное соединение в конструкции электролизера. Поскольку при производстве алюминия в электролизерах потребляется значительное количество электроэнергии, то даже незначительное снижение падения напряжения на элементах токоподвода позволяет снизить себестоимость производимого алюминия.

Применение сварки разнородных материалов по предложенному изобретению по сравнению со способом по прототипу позволяет снизить падение напряжения на сварном соединении на 20-25%.

Описанный способ позволяет повысить стабильность процесса образования качественного сварного соединения.

Формула изобретения Способ контактной стыковой сварки оплавлением деталей из разнородных материалов, включающий оплавление и осадку, при котором между деталью из материала с более низкой температурой плавления и зажимными губками машины устанавливают прокладки из материала детали с более высокой температурой плавления, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, при оплавлении в искровом зазоре создают электромагнитное поле с силовыми линиями, направленными перпендикулярно плоскости контакта прокладок и детали из материала с более низкой темпепятурой плавления.

Изобретение относится к контактной стыковой сварке оплавлением и может быть использовано при сварке изделий из разнородных материалов. Цель изобретения - повышение качества сварного соединения. Между деталью из материала с более низкой температурой плавления и зажимными губками машины устанавливают .тфокладки из материала детали с более высокой температурой плавления. При оплавлении в искровом зазоре создают электромагнитное поле с силовыми линиями, направленными перпендикулярно плоскости контакта прокладок и детали из материала с более низкой температурой плавления. Электромагнитное поле создают подключением свариваемых деталей ко вторичному контуру сварочного трансформатора. В результате обеспечивается направленность выбросов металла в процессе оплавления и уменьшается количество неметаллических включений в стыке. 1 ил. w и

14