Способ сварки импульсной дугой Советский патент 1992 года по МПК B23K9/08 

Изобретение относится к области сварочного производства, а именно, к технологии дуговой сварки, включающей формирование высоко-концентрированной дуги подобно электронному или лазерному лучу.

Известен способ сварки магнитоуправ- ляемой дугой, при котором зажигают две дуги постоянного тока на концах двух плавящихся ручных электродов, расположенных параллельно друг другу с минимальным расстоянием между собой. За счет действия собственного магнитного поля двух параллельных дуг постоянного тока достигается повышенная стабильность протекания процесса каплепереноса и уменьшения блужданий пятна нагрева на изделии (1).

Недостатком способа-прототипа (1) является низкая степень сжатия (взаимного притяжения) двух дуг постоянного тока.

Целью настоящего изобретения является повышение производительности процесса сварки дугой за счет увеличения относительной глубины проплавления при увеличении плотности мощности дуги в пятне нагрева и качества шва за счет введения ультразвуковых колебаний в сварочную ванну.

Поставленная цель достигается тем, что при сварке импульсной дугой дугу питают импульсами тока с общей длительностью 4- 20 мкс и частотой 15- 20 кГц, при этом дугу формируют синхронным зажиганием двух или более дуг от параллельных электродов, расположенных в углах равностороннего многоугольника.

Производительность процесса дуговой сварки может быть увеличена за счет ряда факторов. Например, при увеличении тока дуги увеличивается глубина проплавления и масса расплава. Увеличение плотности тока в пятне нагрева вызываетувеличение давления и как следствие увеличение глубины проплавления. Увеличение напряжения приэлектродных областей за счет изменения состава защитного газа, приводит к увеличению мощности дуги и следовательно, производительности. Сварка короткой дугой уменьшает блуждание активных пятен и

сл

с

х| оо

ю

ю VI

повышает глубину проплавления. Введение ультразвука в сварочную ванну повышает жидкотекучесть расплава, а за счет этого и производительность. Плотность тока в пятне нагрева можно повысить путем введения динамических режимов работы, т.е. питанием дуги импульсами тока. Как показано в результатах исследования искрового разряда (2), диаметр канала, плотность тока и градиент напряжения связаны с временем, прошедшим после пробоя следующим образом:

Время после

пробоя газа (мкс) 0,50 2,00 8,00 Диаметр канала (см) 0,11 0,19 0,29 . Плотность тока

(кА/см )29,00 7,80 2,40

Градиент напряжения (В/см)125,00 60,00 30,00 Ток дуги 250 А изменялся на 1/2 за 10 мкс

(2)

При зажигании, например двух высокочастотных импульсных дуг, расположенных рядом друг с другом и параллельно друг другу, происходит их взаимодействие.

Это взаимодействие имеет электромагнитную основу, т е. за счет двух индуцированных магнитных полей от токов обоих дуг.

Давление, которое стремится сблизить эти дуги друг с другом, определяется по формуле:

Mjj

P .

8п 4п 4п

где Р - давление, Н - напряженность магнитного поля, I - ток импульса дуги, J - плотность тока дуги, х - расстояние между дугами Из формулы (1) следует, что сжатие (давление) прямопропорционально квадрату напряженности магнитного поля, квадрату тока, плотности тока и обратно пропорционально квадрату расстояния между электродами При числе дуг более двух эффект увеличения силы сжатия определяется геометрическим сложением действующих сил. В общем случае сила сжатия при числе электродов более двух пропорци- она льно числу электродов.

Из сравнения предлагаемого способа с rtpfrro™nOM можно выделить следующие отличительные признаки: формирование столба4 дуги из нескольких (более одной) высокочастотных импульсных параллельных дут , расположение дуг в углах равносто- ронн его многоугольника, использование собственного магнитного поля дуг для сжатия общего столба дуги, синхронизированные импульсы дуг совпадающей прямой и обратной полярности общей длительностью

4-20 мкс, частотой 15-25 кГц, которые соответствуют критерию существенные отличия. Аналоги, обладающие одним из этих признаков, отсутствуют, следовательно,

указанные выше признаки удовлетворяют критерию новизна.

Некоторые варианты технологических схем реализации способа показаны на фиг. 1, 2, 3, где обозначено. 1 - неплавящиеся

электроды, 2 - общее пятно нагрева на изделии при горении нескольких высокочастотных импульсных дуг, 3 - пятно нагрева от действия электрической дуги постоянного тока равной мощности, 4 - плавящийся

Электрод или лазерный луч

Технологические схемы состоят из электродов 1, с которых зажигают высокочастотные синхронизированные импульсные дуги. При взаимодействии собственных магнитных полей каждой горящей дуги последние притягиваются друг к другу и на изделии образуется пятно нагрева 1-.

В зависимости от числа дуг пятно нагрева изменяется по площади и по форме Для

сравнения на всех фигурах показано в виде окружности 3 пятно нагрева от дуги постоянного тока с равной мощностью При сварке плавящимся электродом может быть технологическая схема фиг, 1, когда оба

электрода плавящиеся или с одним плавящимся электродом 4, расположенным между электродами по центру. Аналогично реализуются технологические схемы комбинированной лазерно-дуговой сварки, когда

лазер подается по центру и между так же, как плавящийся электрод 4

Экспериментальная проверка способа осуществлялась на опытной установке, состоя щей из 4-х источников постоянного тока типа ВДУ-504 и блока из 4-х высокочастотных транзисторных ключей. Ключи реализованы каждый на 30 транзисторах типа КТ825. Ключи давали импульсы длительностью от 2 до 30 мкс и частоту от 5 до 30 кГц прямой и обратной полярности. Выходное напряжение устанавливалось на источниках ВДУ-504. В качестве горелки использовались два, три, четыре вольфрамовых

электрода диаметром 3 мм, установленных вокруг керамической трубки диаметром б мм и закрепленных керамическими прокладками. В трубку подавался аргон. Как показали исследования, давление, создаваемое одиночной импульсной дугой на отверстии у анода диаметром 0,5 мм при длительности импульса 5 мкс, частоте 20 кГц и среднем токе 80 А, равно 600 Паскалям, что в шесть раза больше, чем от дуги постоянного тока 80 А, равного 100 Паскалей,

Экспериментально полученные плотности мощности в пятне нагрева достигали 10е Вт/см , давление на отверстии у анода диаметром 0,5 мм при длительности импульсов прямой полярности 4 мкс и 10 мкс обратной полярности с частотой 20 кГц и токах с каждого из четырех электродов 20 А составила 4600 Паскалей. Относительная глубина проплавления на основе АМГ-б составила 4-6. скорость сварки достигала до 120-200 м/час.

Эффективность способа проявляется наиболее сильно при применении двухэлек- тродных технологических схем в ручном ведении процесса, трехэлектродных в механизированных процессах, и четырех- и

0

5

более электродные схемы в роботозирован- ных производствах.

Формула изобретения Способ сварки импульсной дугой, при котором дугу питают импульсами тока с общей длительностью 4-20 мкс и частотой 15- 20 кГц, отл и чающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества сварки путем повышения концентрации ввода энергии дуги в изделие за счет сжатия дуги собственным магнитным полем, дугу формируют синхронным зажиганием двух или более дуг от параллельных электродов, расположенных в углах равностороннего многоугольника.

.5

Использование: в технологии дуговой сварки. Сущность изобретения: способ состоит в том, что дугу питают импульсами тока общей длительностью 4-20 мкс и частотой 15-20 кГц. При этом дугу формируют синхронным зажиганием двух или более дуг от параллельных электродов, расположенных в углах равностороннего многоугольника. За счет сжатия дуги собственным магнитным полем возрастает концентрация ввода энергии дуги в изделие, что приводит к повышению производительности и качества сварки. 3 ил.