Способ сварки плавлением Советский патент 1992 года по МПК B23K9/16 

(54) СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Использование: машиностроение, изготовление конструкции теплообменникос, содержащих пересекающиеся сварные и паяные швы. Сущность: скачкообразное перемещение источника тепла при сварке плавлением на участках поперечных паяных швов. Перемещение начинают от границы паяного шва. Амплитуду перемещения выбирают из соотношения i В - (VCB т.), мм, где В - ширина паяного шва, мм; VCB - скорость сварки, мм/с; t - время скачкообразного перемещения, Ј. (0,1-0,5)с. Участс , прилегающий к паяному шву, ведут наклоненным к вектору скорости сварки источником энергии в течение времени Т . 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к сварке плавлением (аргоно-дуговая, электронно-лучевая, световым лучом, лазерная) и может быть использовано во всех отраслях промышленности при изготовлении паяно- сварных пластинчатых теплообменников.

Известен способ изготовления пластинчатых теплообменников, при котором детали, полученные пайкой, соединяются с деталями, не содержащими паяных соединений, дуговой сваркой со смещением неплавящегося электрода со стыка в сторону основного металла и выполняют оплавление паяной детали на глубину, не превышающую l/n, где I - длина сварочной ванны, мм; п - количество паяных соединений, приходящихся на длину I.

Этот способ не позволяет осуществить качественную сварку тонкостенных стыков, пересекающих паяные швы. Под действием тепла дуги паяный шов расплавляется и припой вытекает. Конструкция теряет герметичность.

Известен способ лазерной сварки, при котором тепловложением управляют по участкам соединения. В местах радиусов и в углах свариваемой детали скорость сварки изменяют.

Недостатком способа является отсутствие регламентированных параметров режима, предотвращающих перегрев участков соединения.

Известен способ сварки плавлением, при котором источник нагрева скачкообразXJ

4 Ю

ной периодически перемещают по участкам соединения в направлении вектора скорости сварки для изменения тепловложения.

Недостатком этого способа является отсутствие регламентированных параметров режима, при которых предотвращается расплавление заданных участков (например, паяного шва) и снижение качества соединений. После скачкообразного перемещения источника на холодный стык в начале этого участка образуются непровары.

Цель изобретения - повышение качества сварных соединений паяных тонкостенных конструкций с пересекающимися сварными и паяными швами.

Указанная цель достигается тем, что в способе сварки плавлением, при котором источник нагрева скачкообразно и периодически перемещается по участкам соединения в направлении вектора скорости сварки, скачкообразное перемещение источника нагрева начинают на границе паяного шва, а амплитуду отклонения выбирают из выражения

,l B-(VCB t), мм,

где В - ширина паяного шва, мм; Уев.- скорость сварки, мм/с; т- время скачкообразного перемещения источника нагрева, равное 0,1-0,5 с, при этом отклонение источника нагрева прекращают через промежуток времени, равный Т -гт-, с.

VCB

Применение изобретения позволит повысить качество сварных соединений. Иск- лючается попадание расплавленного припоя в сварной шов и образование трещин. Предотвращается вытекание припоя из паяного шва и потеря герметичности конструкции. Устраняются непровары и повер- хностные дефекты на участках прерывистого шва.

На фиг. 1 показана схема сечения паяного шва и свариваемый стык; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1.

Способ состоит в сварке плавлением с постоянной скоростью источника нагрева стыка 1, пересекающего паяные швы 2, формирование сварных швов 3 по участкам соединения между -паяными швами 2. На границе 4 паяного шва 2 источник нагрева (дугу или луч) скачкообразно с постоянной скоростью перемещают на расстояние, меньшее ширины паяного шва I B-(VCB t), мм, где В - ширина паяного шва, мм; VCB - скорость сварки, мм/с; t - время перемещения в направлении VCB. На фиг. 3 перемещение из т. А в т. Вт. Наклонным в сторону вектора сварки (УСв) источником нагрева

выполняют сварку стыка 1 в течение времени Т В/Уев и формируют участок шва длиной В (отрезок БК). Затем отклонение источника нагрева мгновенно прекращают, он ориентируется в неотклоненное положение, а формирование шва опять начинают из т. Б, т.е. начальный участок стыка от паяного шва на длине В источник нагрева проплавляет дважды.

Время t скачкообразного перемещения источника нагрева выбирают равным (0,1- 0,5)с. Оптимальное значение t зависит от скорости сварки VCB, мощности источника и его плотности в пятне нагрева и ширины

паяного шва В. С увеличением VCB, мощности источника нагрева и его плотности оптимальная величина t уменьшается. При t 0,1 с в диапазоне минимальной VCa 10-12 м/ч не происходит оплавление свариваемых кромок на участке паяного шва. При t 0,5 с

в диапазоне VCB 40-45 м/ч происходит расплавление припоя от термического цикла сварки и вытекание его из паяного шва. На участке паяного шва АБ сварной шов формируется при меньшем, чем на участке

основного металла, тепловложении, так как скорость перемещения источника нагрева в несколько раз превышает оптимальную VCB. Скачкообразное перемещение источника нагрева из т. А с амплитудой i В - С

обеспечивает начало формирования сварного шва на границе паяного шва (т. Б). Если отклонять источник нагрева из т. А на расстояние I В, то формирование шва начинается на некотором удалении от границы

паяного шва (т. Е) и отрезок стыка С между точками БЕ остается нерасплавленным. Учитывая, что отрезок С VCB t, и задавшись временем t и скоростью VCe, определяют оптимальную амплитуду I, при которой

сварной шов формируется у края паяного шва (т. Б).

Из-за неустановившегося процесса сварки на участке БК наклонным источником нагрева не удается полностью проплавить стык 1. В начале участка образуются непровары. Повторной сваркой участка БК источником нагрева, ориентированным нормально к свариваемой поверхности, ус- трг тет дефект.

П р и м е р. Из набора пластин и гофров из алюминиевого сплава АМц паяли припоем СИ Л-0 при Т 630°С пакеты теплообмен- ников размера 400 200х 100 мм. Расстояние между паяными швами составляет 14 мм, а их ширина 6 мм. Пакеты между собой сваривают в секции аргоно-дуговой и электронно-лучевой сваркой по верхним пластинам толщиной 1,2 мм. Режим аргонодуговой сварки: ток переменный, Св 50-55 А, 11д 12 В. Режим электронно-лучевой сварки: л 31 ±1 мА, иуск 25 кВ. Также к торцам сваренных секций нахлестомным швом приваривают коллекторные крышки из лис- та АМц толщиной 3 мм. Режим аргоно-дуго- вой сварки: св 150-160 A, UA 13-14 В, присадочная проволока d 2 мм. Режим электронно-лучевой сварки: л 50 ±2 мА, UycK 25 кВ. При переходе через паяный шов сварочную дугу или луч на границе паяного шва отклоняли поперечным магнитным полем напряженностью 0,015-0,6 Тл. Скорость отклонения источника нагрева регулируют напряженностью магнитного по- ля. Наблюдение за дугой осуществляют визуально. При электронно-лучевой сварке включение, выдержку и отклонение магнитного поля осуществляют автоматически по заданной программе. Для этого изготовлен программатор режима скачкообразного перемещения луча. Включение и отключение магнитного поля осуществляют с помощью реле времени.

В таблице приведены эксперименталь- ные данные по сварке пакетов теплообменников по данному способу, где показано, что при Т B/VCB, течи по паяным швам отсутствуют. При Т B/VCB выявлены течи по паяным швам, т.е. припой расплавляется и вытекает. При Т B/VCe выявлены непро- вары стыка на начальном участке и течи по сварному шву.

Оптимальную VCB выбирают в пределах 10-45 м/ч. Ширина паяного шва В известна и выбирается не менее 3,8 мм из условия конструктивной прочности соединения. От0,06

0,0k

0,015

0,085

11

11 11 11

сюда выбирают оптимальное значение времени Т. Оптимальный интервал времени t 0,1-0,5 с выбран экспериментально. При t 0,1 ев диапазоне минимальной VCB не происходит оплавление свариваемых кромок на участке паяного шва. При t 0,5 с в диапазоне максимальной VCB происходит расплавление припоя от теплового цикла сварки и вытекание его из шва.

Применение способа сварки плавлением позволяет повысить герметичность паяных конструкций в 10 раз.

Формула изобретения

Способ сварки плавлением преимущественно тонкостенных конструкций, содержащих пересекающиеся сварные и паяные швы, при котором источник нагрева скачкообразно и периодически перемещают по участкам сварного соединения, пересекаемым поперечными паяными швами, в направлении вектора скорости сварки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений, скачкообразное перемещение источника нагрева начинают на границе паяного шва, а амплитуду отклонения выбирают из выражения

I В - (VCB -t), мм, где В - ширина паяного шва, мм;

VCB скорость сварки, мм/с;

t - время скачкообразного перемещения источника нагрева

Ј (0,1-0,5) с,

при этом сварку участка, прилегающего к паяному шву, ведут наклонным к вектору скорости сварки источником энергии в течение времени Т B/VCe.

,1

0,5

2 0,5 ,5 0,5 05 0,6

3,9

2,8 0,Ь 5,Ь

TV че

Течи по паяным швам

Расплавление свариваемых кромок отсутствует

Формирование удовлетворительное, течей нет, непроеаоы отсутствуют

То хе

Течи по паяным шзам

То we

Непроаары и т-чи по шву

Формирование удоэлет верительное, течей нет, непровары отсутствуют

То we То же

Расплавление свариваемых кромок отсутствует

3,3

6 6

3,3

6 6

0, 0,1 0,1

0,1

0,1

Фиг.1

Продолжение таблицы

3,5

3,9

Течи по паяным швам

Непровары, течи по сварному шву

Течи по паяным швам

То же

Нелровары, течи по сварному шву

Фие.2

Виёб

Фиг.З