Способ изготовления особотонкостенных труб малого диаметра Советский патент 1992 года по МПК B21C37/08 

Изобретение относится к сварке,efac- тности к способу дуговой сварки особотон- костенных (капилляров) труб малого диаметра от 4 мм и ниже, с толщиной стенки 0,1 - 0,2 мм, предпочтительно для изготовления медицинских игл разового принШне- ния. При этом основным требованием к сварному шву является его формирование заподлицо с основным материалом при применении высоких скоростей сварки (200 м/ч и более).

Известен способ сварки прямошовных особотонкостенных труб малого диаметра от 5 до 20 мм с толщиной стенки 0,5 -1,5 мм.

Недостатком известного способа является необходимость использования подкладки,, формирующей обратную сторону сварного шва, что создает значительную силу трения в паре подкладка - труба и приводит при скоростях сварки 8-20 м/мин к потере устойчивости свариваемого стыка и,

как следствие, к некачественному формированию сварного шва по геометрии.

Известен также способ производства сварных труб малого диаметра, включающий операции формовки ленты в трубную заготовку, сварки, обжатия 8 профилирующих роликах и последующего волочения. Формовка ленты в трубную заготовку, сварка, обжатие в профилирующих роликах и последующее волочение производятся на одном и том же деформируемом стержне, который извлекают из готовой трубы растяжением.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ регулирования процесса дуговой сварки, в котором в качестве регулируемого параметра берут ширину сварнбго шва, величина которого не должна превышать своего критического значения

Bz Вкр,

СЛ

С

VI

ел ел

VJ

о о

to

которое определяют по формуле

Вкр 2,7ак,

где В - ширина шва, м;

Вкр - критическая ширина швэ, м;

Эк - капиллярная постоянная сваривав- мого металла, м

Физический смысл этого способа регу лирования заключается в том, что з процессе сварки измеряют и контролируют параметры, определяющие качество гори- зонтального шва - его ширину и количество наплавленного металла. При отклонении этих параметров от заданных проводят корректировку режимов сварки. Однако применение известного способа не обеспечивает качество сварного шва и его формирование заподлицо с основным материалом, особенно при сварке особотонкостенных капиллярных труб, поскольку не учитывается влияние тока дуги как самого существенно- го параметра, определяющего давление дуги на поверхность сварочной ванны, а изменение геометрии сварного шва регулируется скоростью подачм присадочной проволоки,

Цель изобретения - расширение диапазона свариваемых труб и повышение качества сварного шва путем формирования сварного шва заподлицо с основным материалом.

Указанная цель достигается тем, что сварку производят микроплазменной дугой с диаметром столба дуги 0,001 м, расходом плазмообразующего газа 0,00001 - 0,000017 мэ/с. со скоростью 0,055 - 0,069 м/с, и токе I, определяемом из соотношения

s

К б .

Физический смысл нижнего предела тока дуги в том, что при выбранных значениях параметров, существенно влияющих на процесс проплавления, величина тока дуги устанавливается такой, чтобы при сварке получилось проплавленное на всю топщину свариваемого изделия при минимально до- пустимой ширине сварочной ванны (с учетом возможного смещения стыка свариваемого изделия).

Критерий Ki 40000. - , определяю-

(j

щий нижнюю границу коэффициента К, получен после отработки большого количества экспериментов по сварке особотонкостенных (капиллярных) труб (часть из них представлена в табл.1). Численное значение критерия Ki: 40000 учитывает влияние близко расположенных деталей сварочной оснастки. Физический смысл верхнего предела для тока дуги в том, что давление дуги при

выбранном токе дуги не только не превышает давления сил поверхностного натяжения материала сварочной ванны, но и не вызывает прогиба поверхности сварочной ванны.

Численное значение критерия Ка: 74000 включает в себя результат перерасчета радиуса прогиба сварочной ванны на ширину сварочной ванны и, кроме того, учитывает размерности физических величин, определяющих верхний предел тока дуги.

Верхний предеп для тока дугк получен после обработки результатов большого количества экспериментов по сварке особо- тонкостенных (капиллярных) труб (часть из них представлена в табл 2)

Критерий К2 74000. --GCT - получен с

учетом зависимости

Рд где Рд - сила давления дуги, Н;

К - коэффициент, -к А

- ток дуги, А.

с учетом допустимой деформации поверхности сварочной ванны +10% от толщины свариваемой трубы (см. чертеж).

Нз чертеже поз.1 обозначено поперечное сечение сварочной ззнны, поз.2 - основной материал свариваемой трубы.

Применим теорему Пифагора для треугольника А ОС1

R

+(Р-01д )2,

где Р5 - допустимый радиус прогиба поверхности сварочной ванны, РИ;

В - ширина сварного шва, м, 6 - толщина свариваемого материала, м.

Отсюда находим связь между допустимым радиусом прогиба и шириной сварочной ванны Пренебрегая величиной 0,01 д , получим о2

Тогда давление сил поверхностного натяжения определится из соотношения Р а 0,8ст-сЗ

р . где о- коэффициент поверхностного натяжения свариваемого материала, Н/м;

д - толщина свариваемого материала, м;

В - ширина сварного шва, м

Численное значение критерия «2 учитывает следующие факторы: 1) расход плазмообразующего газа (чем выше расход плазмообразующего газа, тем ближе к нижнему пределу следует брать значение коэффициент); 2) скорость сварки (чем выше скорость сварки, тем ближе к верхнему пределу следует брать значение коэффициента).

В известном техническом решении нет сравнения сил поверхностного натяжения с силами давления дуги и нет вывода условий, обеспечивающих отсутствие прогиба сва- рочной ванны под действием сил давления дуги с учетом ширины счарного шва.

Существенное отличие предлагаемого способа производства особотонкостеяных (капиллярных) труб малого диаметра заклю- чается в том, что нижний предел тока дуги должен гарантировать проплавлвниесвариваемого изделия на всю толщину, а верхний предел тока дуги устанавливают из условия обеспечения ширины сварного шва, форми- рующегося заподлицо с основным материалом.

При этом нижний и верхний пределы тока дуги и все значения тока дуги, леэкащие между ними, гарантируют формирование сварного шва заподлицо с основным Материалом.

Предлагаемый способ сварки особотон- костенных (капиллярных) труб малого диаметра реализуется следующим образом.

Ленту из стали 12X18Н10Т устанавливают в кассету трубосварочного стана,запраа- ляют в проводку ввода и далее подают в профилирующие пары роликов. Профилирующие ролики постепенно от пары к паре сворачивают ленту в трубную заготовку необходимой формы. Окончательную свертку ленты в трубу осуществляют в фильерном узле, который одновременно является микрокамерой и обеспечивает эффективную за- щиту сварного шва от окисления.

В качестве плазмообразующего газа применяют инертный газ-аргон, в качестве защитного - смесь газов аргон+водород или аргон. Для защиты корня шва во внут- реннюю полость свариваемой трубы подают защитный газ аргон.

Режимы сварки представлены в табл.1

о

Режимы сварки даны при диаметре столба дуги 0,001 м.

Использование предлагаемого способа производства особотонкостенных (капиллярных) труб малого диаметра по сравнению с существующими дает ряд преимуществ.

1.Обеспечивает формирование сварного шва заподлицо с основным материалом и повышает качество сварных труб до уровня цельнотянутых.

2.Упрощает трубосварочное оборудование, что обеспечивает непрерывность процесса за счет исключения заклинивая труб в фильерном узле.

3.По сравнению с цельнотянутыми трубами аналогичного дшниетра себестоимость изготовлений снижена более чем в 4 раза.

4.Повышается промжюйитеяшость изготовления заготозов дяв tens за счет исключения многократных опврздм рвскаткн на дорнах, термообработки м травления.

5.Исключается шероховатость внутренней поверхности, что обесявчкгает чистоту внутренних noflocteft.

Формула изобретения

Способ изготовления особототоетен- ных труб маяото диемегрв, включающий формовку лздгга а трубную заготовку и сззр- ку ее кромок, отличающийся тем, что, с целью повдш&шя качества путем формирования ее сварного шва ширимой 0,004 - 0,006 м заподлицо с основным материалом, сварку кромок осуществляют микроплазменной дугой с диаметром столба дуги 0,001 м, расходом пдаэмообразующего газа 0,00001 - 0,000017 м/с, со скоростью 0,055 - 0,069 м/с и токе I, определяемом из соотношения

1 ,А,

где К 40000 - 74000 - коэффициент, учитывающий условия формирования сварного шва заподлицо с основным материалом, А/м;

д - толщина свариваемого материала, м.

Таблица 1

Изобретение относится к сварке, в частности к способам сварки особотонкостён- ных (капиллярных) труб малого диаметра, предназначенных преимущественно для изготовления медицинских игл разового применения. Цель изобретения - расширение диапазона свариваемых труб и повышение качества путем формирования сварного шва заподлицо с основным материалом. При ширине сварного шва 0,004 - 0,006 м сварку производят микроплазменной дугой с диаметром столба дуги 0,001 м, расходом плаз- мообразующего газа 0,00001 - 0,000017 м3/с и скоростью сварки 0.055 - 0,069 м/с, при этом сварочный ток определяют из соотношения (40000 - 74000). д . где 40000 - 74000 - коэффициент, учитывающий условия формирования сварного шва заподлицо с основным материалом, А/м; д -толщина свариваемого материала м. I ил., 3 табл.

t i

ПЕОфоЛжение табл.

-5-§ 2-и-5 2