Способ сварки магнитоуправляемой дугой Советский патент 1993 года по МПК B23K9/08 

Изобретение относится к двухдуговой сварке стыковых и других соединений и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение производительности и качества сварного соединения путем управления размерами и формой сварочной ванны.

При дуговой сварке ток дуги, протекая по жидкому металлу сварочной ванны, позволяет осуществлять на нее силовое воздействие за счет наложения внешнего магнитного поля. Однако из-за неконтролируемого растекания этого тока в ванне и основном металле трудно осуществить целенаправленное силовое воздействие на металл ванны.

Для осуществления целенаправленного силового воздействия на металл ванны необходимо обеспечить в ней регламентированное распределение линий тока. Выполнить это условие можно, если использовать схему

со

сварки двумя электродами, вкпючив обе сварочные дуги последовательно в цепь одного источника питания. При этом линии тока в сварочной панне будут, в основном, сконцентрированы в области между активными пятнами дуг, расположенными на поверхности ванны. Изменяя пространственное положение электродов (например, положение их относительно вектора скорости сварки) и направление магнитного потока, создаваемого искусственно в зоне горения дуг, можно управлять характером силового воздействия на металл сварочной ванны. При этом необходимо обеспечить условия невозможности перехода дугового разряда из промежутков между изделием и электродами в межэлектродное пространство, минуя изделие. Для этого устанавливают расстояние между электродами таким, чтобы с энергетической точки зрения дугам было бы целесообразней существовать только в промежутках между электродами и изделием. Выполнить это условие можно подавая различные защитные среды в меж- электродный промежуток и пространства между изделием и электродами, или сдувая дугу в требуемую зону струей газа. Причем эти защитные среды могут быть созданы за счет подачи в активные зоны различных газов, флюсов и т.д.

Учитывая, что условия горения обеих дуг и плавления электродов различны из-за того, что одна дуга горит при прямой полярности сварочного тока, а вторая - при обратной, обеспечить стабильное протекание процесса можно, подавая электроды в зоны горения дуг со скоростями, пропорциональными коэффициентам расплавления соответствующей полярности или пропуская импульсы тока по электроду с меньшей скоростью плавления или производя сварку переменным током. При этом фаза и частота переменного магнитного потока должна быть согласована с фазой и частотой сварочного тока.

На фиг.1 представлена схема разветвления линий тока в изделии при сварке одной дугой; на фиг.2 - схема возникновения сил, вращающих сварочную ванну; на фиг.З

- схема разветвления линий тока в изделии при сварке двумя дугами, подключенными к двум, включенным последовательно (со средней точкой) источниками; на фиг.4 - схема разветвления линий тока в изделии при сварке двумя последовательно включенными дугами, подключенными к одному источнику; на фиг.5 - схема перехода двухдугового процесса в однодуговой; на фиг.6

- схема возникновения двух отдельных сварочных ванн и двух швов; на фиг.7 - схема

подачи дополнительной защитной среды, на фиг.8 - схема подачи основной защитной среды с разными скоростями: на фиг.9 - схема сварки в различных пространственных положениях; на фиг.10 - схема сварки горизонтальных швов; на фиг.11 -схема поворота электродов вокруг оси симметрии.

При горении одной неподвижной дуги, фиг.1 (поз. 1) между электродом 2 и изделием

3 носители электричества проходят через электрод, дугу и разветвляются (поз.4) в изделии равномерно во все стороны. При наложении продольного, по отношении к дуге, магнитного поля Ф (поз.5) в соответствии с

5 правилом левой руки на жидкую сварочную ванну, являющуюся проводником с током (поз.6, фиг.2) будут действовать силы Г (поз.7), вращающие металл ванны против хода часовой стрелки. Такой поток переносит

0 тепло во все стороны равномерно формируя круглую сварочную ванну. Обеспечить на правленный перенос тепла в этом случар весьма затруднительно.

При сварке двумя электродами (фиг.З

5 поз.2.8) от двух последовательно включенных источников (поз.9, 10) (что соответствует одному источнику со средней точкой) линии тока разветвляются аналогично случаю, приведенному на фиг.1, а продольное

0 магнитное поле Ф (поз..5) будет вращать металл ванны вокруг оси электрода (поз.2) против хода часовой стрелки, а вокруг оси электрода 8 по ходу часовой стрелки. Такие потоки будут переносить тепло от дуг

5 (фиг. 1,11) во все стороны равномерно, а движущиеся согласно в зоне между электродами потоки металла взаимодействовать между собой практически не будут. Следовательно обеспечить направленный пере0 нос тепла, как и в случае использования одной дуги, весьма затруднительно.

Для реализации целенаправленного силового воздействия на жидкий металл сварочной ванны необходимо обеспечить в ней

5 ток определенного направления. Выполнить это условие можно, если использовать схему сварки двумя электродами, расположенными параллельно или под углом а друг к другу (фиг.5), включив обе сварочные

0 дуги (фиг.4, поз. 1. 11) последовательно в цепь одного источника питания (поз. 10).

В этом случае электрический ток от положительного полюса источника питания (фиг.Ю) протекает через электрод (поз.2),

5 дугу (поз.1), изделие (поз.З), вторую дугу (поз.11), электрод (поз.8) и к отрицательному полюсу источника (-). Между катодным пят ном (поз. 12), дуги (поз.1) и анодным пятном (поз. 13) второй дуги (поз. 11) ток протекает по жидкой сварочной ванне, по пути нэп

меньшего сопротивления. Поэтому линии тока в сварочной ванне (поз. 14) сгущаются в верхней ее части между электродами (поз.2.8). Магнитное поле Ф (поз.5) направ- ленное вдоль дуг будет перпендикулярным линиям тока (поз. 14) в сварочной ванне. В соответствии с правилом левой руки на проводник с током (часть сварочной ванны заключенной между активными пятнами на ее поверхности) действует сила F (поз.15). Она создает поток жидкого, перегретого металла в направлении расплавляемой поверхности сварочной ванны. Благодаря этому тепло, накопленное сварочной ванной, бо- лее эффективно используется на плавление свариваемого изделия, увеличивается глубина проплавления, скорость сварки, уменьшается длина сварочной ванны, что позволяет резко увеличить производитель- ность сварки, снизить расходы на электроэнергию. Интенсивное перемешивание сварочной ванны снижает вредное влияние ликвационных процессов снижает склонность к образованию горячих трещин, повы- шает качество сварных соединений.

Расстояние между электродами определяет расстояние между активными пятнами на поверхности ванны, а это расстояние Ьэ (фиг.5) существенно влияет на концент- рацию линий тока в верхней части ванны и на разветвление этих линий вглубь изделия. Причем с уменьшением расстояния между активными пятнами концентрация линий тока (плотность тока) в верхней части ванны увеличивается, а разветвление их вглубь изделия уменьшается. Это позволяет формировать поток именно с верхних, перегретых активными пятнами, слоев металла и интенсифицировать перенос тепла от дуг к поверх- ности плавления. С этих позиций расстояние между электродами должно быть как можно меньше, однако при достаточно малом расстоянии энергетические потери дуги горящей между электродами фиг.5 (поз. 16), (foa Ьэ) могут оказаться меньше суммы потерь первой дуги (поз.1) и второй дуги (поз.II). В этом случае в соответствии с принципом наименьшей работы дуги, горящие между электродами и изделием погаснут, а будет гореть дуга между электродами. Запишем равенство этих мощностей:

Рд 1 Јд2 - длина дуг первой, второй, мм: Ь3 - длина дуги, горящей между электродами, мм.

С целью упрощения примем, что источник питания стабилизирует ток независимо от того, горят две или одна дуга. Предположим, что длина дуг горящих между электродами и изделием одинакова. Это позволит упростить выражение (1):

2(Ua + UK + Кд &0 Ua + UK + Кд Ь, (2)

Если в системе будет соблюдено это равенство, то возможно существование и двух и одной дуги. Предположим, что существует одна дуга, горящая между электродами (поз. 16). Тогда исчезает прикатодноё падение напряжения дуги 1 (поз.1) на поверхности сварочной ванны (поз. 12) и прианодное падение напряжения дуги 2 (поз.11) на поверхности сварочной ванны (поз. 13), а также ток в сварочной ванне (поз. 1-4). Дуга становится косвенной, изделие нагревается только излучением дуги, а отсутствие тока в ванне делает невозможным создание потоков металла. Следовательно, необходимо обеспечить стабильное существование 2-х дуг, горящих между электродами и изделием. Для этого необходимо, чтобы энергетические потери одной дуги, горящей между электродами были равны или больше суммы энергетических потерь двух дуг, горящих между электродами и изделием, т.е. необходимо условие:

2(Ua + UK + Кд Рд) Ua + UK + Кд Ьэ (3)

Из этого неравенства можно определить величину расстояния между электродами, обеспечивающую устойчивость двухдугового процесса:

Ьэ

2(Ua + ик + Кд -Ь) - (U + UK)

(4)

Если в зоне сварки имеется одна защитная среда, назовем ее основной, а параметры дуги (Ua. UK, Кд), определяемые этой средой обозначим индексом Uao, UKo, Кдо, то окажется, что расстояние между электродами Ьэ должно быть:

Использование: двухдуговая автоматическая сварка стыковых и других соединений. При подаче в сварочную ванну двух электродов с наложением продольного магнитного поля электроды подключают последовательно к одному источнику питания и подают к изделию, причем расстояние между электродами в зоне горения дуг связано с расстоянием между электродами и изделием зависимостью Ьш ЬЭ 5: - Кдо + (Uao + + Uko) - (иад + Ukfl) Кдд, где Ьш - ширина шва при сварке одним электродом, мм, Ьэ расстояние между электродами, мм, д - расстояние между электродом и изделием, или длина дуги, мм, Кдо - градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в основной защитной среде, В/мм; Кдд - градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В/мм, Uao, UKO - приэлектродное (анодное и катодное) падение напряжений дуги, горящей в основной защитной среде. В. (Jap,, Пкд - приэлектродные (анодное и катодное) падение напряжений дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В. Защитную среду в зону между электродами подают со скоростью, превышающей скорость подачи ее в зону дуги в 2-20 раз, а векторы этих скоростей составляют в пространстве угол 0-90°, магнитную индукцию (В) продольного магнитного поля устанавливают по зависимости В К cos а, где К - коэффициент пропорциональности, а-угол между вектором скорости сварки и направлением сил гравитации. °. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.. 2 табл. 00 М XJ ю

(Ua + UK + Кд foi) 3g+ (Ua + UK+

+ Кд Ь2) Зд - (U, + UK + Кд Ьэ) Эд (1)

где Ua - прианодное падение напряжения, В; UK - прикатодноё падение напряжения. В: Кд - градиент падения напряжения в

столбе дуги, В/мм;

55

Ьэ Uao+UKO+2fc

(Чдо

(5)

Следовательно, расстояние между электродами должно быть больше или равно сумме длин двух дуг на величину суммы прианод- ного и прикатодного падения напряжения

деленной на градиент падения напряжения в столбе дуги. Эта составляющая может быть довольно большой, что отрицательно влияет на формирование сварочного шва и возможность управлять переносом тепла. Если расстояние между электродами окажется настолько большим, что от теплового воздействия каждой дуги будут формироваться две отдельные сварочные ванны фиг.6 (поз. 17, 18) и два шва (поз. 19, 20), то эффективность управления переносом тепла снижается. Поэтому расстояние между электродами должно быть меньше или равно ширине отдельного шва:

Ьш 3:ЬЭ 2 +

Ua +UK

Кп

(6)

где Ьш ширина шва при сварке одной .дугой, мм.

Следовательно, может возникнуть противоречие, когда по условию существования двухдугового процесса расстояние между электродами должно быть больше или равно ширине шва:

Ьш S Ьэ

(7)

Для устранения этого противоречия предлагается в зону между электродами (фиг.7, поз.21) вводить дополнительную защитную среду в виде газа или флюса, обеспечивающую увеличение прианодного (Da), прикатодного (UK) падения напряжения, а также градиента падения напряжения в столбе дуги (Кд) в сравнении с этими же параметрами основной среды. Обозначим параметры дополнительной среды индексом д. Тогда расстояние между электродами определится, формулой:

ь„, Ьэ - 2fo Kflo + (Uao + UKO) Цд + UW)

w

СЯ1

где иад, UKA - прианодное, прикатодное падение напряжения дуги, горящей в дополнительной среде, В;

Кдд - градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в дополнительной среде, В/мм.

Как следует из формулы (8) расстояние между электродами уменьшается в случае, если прианодное, прикатодное падение напряжения и градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в дополнительной среде, превышает соответствующие параметры дуги, горящей в основной защитной среде.

Если отношение этих параметров дуги, горящей в дополнительной среде к этим же параметрам дуги, горящей в основной среде, меньше в 1,3 раза, то эффект от применения дополнительной среды крайне незначителен. Он недостаточен для получения общей сварочной ванны и управления процессом переноса тепла. При увеличении этого отношения выше 1,3 раза расстояние

0 между электродами уменьшается, образуется общая сварочная ванна и появляется возможность формировать поток металла, стимулировать перенос тепла в требуемом направлении и таким образом управлять

5 формой сварочной ванны, повысить производительность и улучшать качество сварного соединения. Если эти параметры выше, чем в 4 раза, то расстояние между электродами значительно уменьшается, т.к. умень0 шается длина линий тока в сварочной ванне, расположенных перпендикулярно магнитному потоку, вследствие чего уменьшается возможность формирования потока жидкости в сварочной ванне и возможность управ5 лять формой ванны.

Если это соотношение превышает 4, то величина перпендикулярных линий тока становится настолько малой, что управление формой ванны и качеством сварного

0 соединения становится невозможным. Высокое качество сварных соединений обеспечивается при соблюдении соотношений свойств дополнительной и основной защитных сред в указанных пределах. Ситуация

5 не изменится, если в зону сварки подавать защитную среду с высокими параметрами, а в зону горения двух дуг подавать среду с низкими параметрами.

.Если свариваемые материалы не допу0 екают применения дополнительного газа, то стабилизировать горение дуг между электродами и изделием предлагается увеличением скорости защитного газа в зоне между электродами. При незначительном увеличе5 нии скорости газа менее, чем в 2 раза дополнительное охлаждение межэлектродного промежутка мало и дуга может существовать между электродами. Это, как показано выше, снижает качество сварных соедине0 ний и негативно отражается на производительности процесса. При увеличении скорости газа в межэлектродном промежутке более чем в 2 раза, дуга под воздействием холодных масс газа начинает смещаться в

5 сторону изделия, контактирует с изделием и возникает двухдуговой процесс обеспечивающий возможность управлять переносом тепла в сварочной ванне. При увеличении скорости газа более чем в 20 раз струя его оказывает значительное воздействие ня

сварочную ванну, выплескивая ее, что снижает качество сварного соединения. С целью уменьшения этого воздействия струю газа направляют под углом от 0 до 90°, как это показано на фиг.8, по мере роста скорости газа. Дополнительный газ поз.22, основной поз.21. При изменении угла ниже Оо дополнительная защитная среда, подаваемая с большой скоростью, окажет большое силовое воздействие на жидкий металл сварочной ванны, что приведет к снижению стабильности дугового процесса и качества сварного соединения. Увеличение угла больше 90° нецелесообразно, так как вызовет снижение стабильности дугового процесса и плохое качество сварного соединения.

При сварке в различных пространственных положениях на формирование сварочной ванны и соответственно сварного шва большое влияние оказывают силы гравитации. При сварке в нижнем положении силам гравитации противодействует нерасплавившийся металл свариваемых кромок. Это наиболее благоприятные условия формирования ванны. При изменении положения сварочной ванны, например, при сварке вертикального шва на спуск, силы гравитации создают поток металла из хвостовой части в зону плавления он подтекает под дугу, уменьшает глубину проплавления, ухудшает формирование сварного шва, снижает производительность. Давление дуги не может компенсировать влияние этого потока, так как воздействует на поверхность ванны, а не на ее объем.

Для компенсации влияния сил гравитации, фиг.9. поз.23 предлагается направить встречно ему поток, формируемый в ванне между активными пятнами дуг силой F поз.15.

Для этого достаточно изменить направление магнитного поля сил или направление тока. Если сохранять магнитное поле постоянным, то при сварке в других пространственных положениях будет наблюдаться перекомпенсация сил гравитации, осевая (по оси шва) составляющая которых изменяется по косинусоидальному закону. Поэтому предлагается магнитную индукцию (В) изменять по косинусоидальному закону:

В Ксо$ог; В Ј .

где К - коэффициент пропорциональности;

Ф - магнитный поток;

S - площадь;

а- угол между вектором скорости свар ки и направлением сил гравитации.

В соответствий с этим законом поток, формируемый магнитным полем, изменяет

свою величину и направление, обеспечивая компенсацию вредного влияния сил гравитации, что улучшает качество сварного соединения и повышает производительность. 5 Изменение свойств сварочных материалов параметров режима учитывается коэффициентом пропорциональности. Если закон изменения магнитной индукции будет отличаться от косинусоидального, то воз- 0 никнет недокомпенсация или перекомпенсация составляющей сил гравитации, что ухудшает качество сварного соединения и снижает производительность.

При сварке горизонтальных швов в ван5 не возникают поперечные потоки металла, вызываемые силами гравитации фиг.10. (поз.24), что приводит к возникновению подрезов (поз.25) на вертикальной стенке (поз.26). Для компенсации этих потоков, ис0 ключения подрезов, т.е. для повышения качества сварных соединений предлагается поток металла направлять вверх в хвостовую часть ванны. Для того, чтобы направить поток вверх к подрезу плоскость, в которой

5 расположены электроды, располагают вдоль шва с наклоном к горизонтальной плоскости в 30-45°, фиг. 10.

При увеличении угла.наклона электродов более 45° давление дуг направлено на

0 увеличение подрезов, снижение качества и производительности сварки. При уменьшении угла наклона менее 30° поток направляется почти вертикально, а не в сторону подреза, что снижает эффективность уп5 равления сварочной ванной, снижает качество и производительность сварки. Оптимальные углы поворота находятся в пределах 30-45°.

Для направления потока в сторону хво0 стовой части сварочной ванны электроды поворачивают оси симметрии электродов на 30-60° относительно направления сварки, фиг.11.

При углах наклона менее 30° поток ме5 талла направлен вертикально вверх в зону, где металл изделия еще плавится, что не способствует устранению подрезов. При угле поворота более 60° поток направляется не в зону образования подрезов, а несколь0 ко ниже, что увеличивает усиление шва, но не исключает появления подрезов, снижает . качество и производительность. Следовательно, повышение качества сварных соединений и производительности сварки обеспечивается

5 при угле поворота электродов вокруг оси сим-1 метрии на угол 30-60° относительно направления сварки.

Время существования металла в жид-: ком состоянии определяется его теплофизическими свойствами, параметрами режима и гидродинамической обстановкой в сварочной ванне. При большом времени пребывания металла в жидком состоянии предлагается уменьшить его температуру, подавая его в зону затвердевания по дну сварочной ванны. Это повышает глубину прсплавления, исключает подрезы, а следовательно, повышает качество и производительность сварки. При малом времени существования металла в жидком состой янии направляют поток по поверхности ванны.

При сварке плавящимися электродами их скорости плавления на прямой и обратной полярности различны, так как различны падения напряжения в приа модной и при катодной областях. Поэтому в процессе сварки длина одной дуги будет уменьшаться, а другой увеличиваться, что приведет к короткому замыканию одного электрода на изделие. Для поддержания стабильного двухдугового процесса предлагается подавать электрод, в активном пятне которого выделяется больше энергии, со скоростью, пропорциональной этой энергии. Если пропорциональность нарушится, процесс становится нестабильным, вследствие чего снижается качество и производительность сварки.

Как показано выше, при равных скоростях подачи плавящихся электродов длина дуги горящей на электроде с меньшей скоростью плавления, будет уменьшаться до короткого замыкания. Для устранения этого недостатка по цепи изделие - электрод пропускают импульсы тока, мощность которых пропорциональна разности скоростей плавления электродов. Если пропорциональность нарушится двухдуговой процесс становится нестабильным вследствие чего снижается качество сварных изделий и производительность процесса сварки.

При сварке переменным током направление его изменяется с частотой промышленной сети; Для сохранения направления электромагнитных сил, создающих поток металла, магнитный поток необходимо изменять по закону изменения сварочного тока. Величину переменного тока регулируют изменяя величину индуктивного сопротивления, что приводит к изменению величины смещения тока относительно напряжения, а параметры обмотки электромагнита постоянны. Поэтому сварочный ток и магнитный поток будут смещаться относительно друг друга. В результате уменьшится их взаимодействие и согласованность в момент, когда они находятся в противофазе, Следствием этого будет уменьшение потоков жидкого металла, снижение эффективности управления формой сварочной ванны, снижение качества и производительности. Для сохранения параметров управления потоком металла предлагается по обмоткам магнитной системы пропускать ток той же частоты, а фазу тока относительно напряжения питающей сети сдвигать на величину смещения тока сварочной цепи, то есть пропорционально индуктивности сварочной цепи.

Способ осуществляют следующим образом.

Над свариваемым изделием (3) см.фиг.4, устанавливаются электроды (2.8) с

соблюдением условия отличительной части 1 пункта формулы изобретения. К электродам подключают источник питания (10)-ь - . При необходимости в зону горения дуг подают защитную среду, например, газ, флюс АН- 348 и др., аргон, углекислоту. Возбуждают дуги прямой и обратной полярности между электродами и изделием. Увеличивают скорость газа или подают другой газ в пррме-- жуток между электродами в соответствии с

п.З формулы изобретения. По обмоткам магнитной системы пропускают ток, он создает продольное магнитное поле Ф (поз.5). В соответствии с законом Ампера, по правилу левой руки на верхнюю часть сварочной

ванны, в которой сконцентрировались линии тока, действует сила, направленная к передней (при реверсе к задней) кромке сварочной ванны. Она создает поток металла, переносящий тепловую энергию в направлении сварки. Поток разворачивается силами поверхностного натяжения, гравитации и омывая зону плавления отдает ей тепло- , вую энергию, плавит кромки и устремляется в зону затвердевания. Благодаря направленному переносу тепла глубина проплавления увеличивается, а ширина шва уменьшается. При наплавке поток реверсируют, вследствие чего глубина проплавления уменьшается, длина сварочной ванны увеличивается,

процессы легирования приближаются к состоянию равновесия, качество наплавленного металла повышается. С целью возможности формирования шва в любом пространственном положении магнитную индукцию продольного магнитного поля устанавливают по косинусоидальному закону, для исключения подрезов при формировании горизонтальных швов плоскость, в которой расположены электроды, наклоняют в соответствии с п.4 формулы изобретения. Для повышения стабильности процесса электроды подают со скоростями, прямо пропорциональными коэффициентам расплавления соответствующих электродов и в случае равенства скоростей электродов, выполняя условие п.6. формулы изобретения. При сварке на переменном токе катушки электромагнита питают током в соответствии с условием п.7. формулы изобретения.

Примеры, В условиях лаборатории Мариупольского металлургического института были проведены испытания, подтверждающие связь отличительной части формулы изобретения с целью.

Для сварки использовали вольфрамовые электроды марки ВТ-1 диаметром 5 мм. В качестве основной защитной среды использовали аргон, дополнительной - углекислый газ. Ток дуги в обоих случаях 110-130 А, напряжение на дуге 8-14 В. Расход аргона при сварке одной дугой 6-8 л/мин, двумя дугами 12-16 л/мин. Магнитное поле создавалось катушкой, содержащей 500 витков медного провода диаметром 1 мм, по которой пропускали ток до 1 А. При сварке одной дугой пластин из ст.З глубина проплавлеимя составляла 3-4 мм.

Сварку двумя дугами осуществляли в соответствии с предлагаемой в заявке схемой, при этом изменяли расстояние между электродами, а расстояние между электродами и изделием оставалось равным 2 мм.

Результаты эксперимента представлены в табл.1.

Как видно из результатов экспериментов, при расстоянии между электродами менее 3 мм (пример 2.1) горит одна дуга между вольфрамовыми электродами. Формирование шва плохое, вследствие незначительного теплового воздействия дуги на металл. При расстоянии между электродами 3 мм горят две дуги между электродами и изделием, образуется общая сварочная ванна глубиной мм (пример 3).

При расстоянии между электродами 5 мм появляется граница между сварочными ваннами и качество формирования ухудшается (пример 4). Увеличение расстояния до 7 мм привело к формированию двух отдельных швов с уменьшенной глубиной проплав- ления (пример 5).

Сварку двумя электродами осуществляли на параметрах, приведенных выше при использовании основной защитной среды (Аг). Дуга горела между электродами и переходила в двухдуговой процесс при расстоянии между электродами более 14 мм. При этом формировались два сварных шва снижалась возможность управления формой сварочной ванны. Скорость центральной части защитного потока увеличивали за счет введения вспомогательного сопла диаметром 5 мм. При скорости центрального потока, превышающего скорость периферийного в 9-20 раз однодуговой процесс переходил в двухдуговой. При скорости центрального потока в 10-20 раз превышающей скорость 5 периферийного его направляли в сторону нерасплавившихся кромок под углом от 0 до 90° относительно направления подачи основного потока. Что исключило воздействие скоростного напора на сварочную ванну. 0 Результаты эксперимента представлены в табл. 2.

Сварку в различных пространственных положениях осуществляли двумя электродами на режимах, приведенных выше. Про- 5 странственное положение собранной конструкции показано на фиг. 9. Как видно из фигуры при сварке в различных пространственных положениях силы гравитации создают металлостатическое давление. 0 часть которого компенсируется реакцией твердых кромок стыка. При взаимодействии сил гравитации и кромок стыка возникает скатывающая сила изменяющаяся по коси- нусоидальному закону, вели угол отсчиты- 5 вать между направлением сил гравитации и вектором сварки. Сварку производили по направлению вращения часовой стрелки, фнг.9. Электромагнитные силы должны быть направлены против скатыммощей силы, обус- 0 ловленной силой гравитации. Коэффициент К определяли опытным путем, в зависимости от параметров режима и способа сварки он изменялся в пределах от 1.2 до 5. Сварку горизонтальных швов осуществляли двумя 5 электродами на режимах, приведенных выше. Пространствен нов положение конструкции показано на фиг.10.11. Пластины установлены перпендикулярно друг другу и сваривались угловым горизонтальным 0 швом. Изменяли угол наклона плоскости, в которой расположены электроды относительно горизонтальной плоскости ($ фиг. 10 и поворачивали электроды вокруг оси симметрии относительно направления сварки 5 (А), фиг.11.

Результаты экспериментов представлены в табл. 3.

Как следует из результатов экспериментов, хорошее и удовлетворительное форми- 0 рование обеспечивается при наклоне плоскости электродов к горизонту (угол $ от 30° до 45°, а вокруг общей оси симметрии от 30° до 60° (Я).

Сварку плавящимся электродами диа- 5 метром 2 мм производили в среде углекислого газа при токе 330-350 А и напряжении на дугах 24-26 В. Коэффициент расплавления на обратной (+) полярности (13 г/Ач) меньше коэффициента расплавления на

прямой полярности (22 r/Ач), что соответствует скоростям плавления 0,05 до 0,085 м/с. При постоянной скорости (0,085 м/с) подачи электрода прямой полярности изменяли скорость подачи электрода обратной полярности.

Результаты опыта приведены в табл. 4.

Следовательно для обеспечения устойчивого дугового процесса электроды необходимо подавать со скоростями, пропорциональными их скоростям плавления.

Для усреднения скоростей плавления сварку производить переменным током.

Сварку производили плавящимися электродами марки Св-08Г2С диаметром 2 мм в среде углекислого газа с одинаковой скоростью подачи (0,085 м/с). По цепи электрод (+), подключенный к положительному полюсу источника - изделие пропускали дополнительный ток.

Результаты эксперимента представлены в табл. 5.

Как следует из результатов экспериментов, при протекании дополнительного тока (240 А) через электрод, подключенный к плюсу источника обеспечивается равномерное плавление электродов. При меньшем дополнительном оке (пример 2.1) начинаются периодические замыкания электрода на изделие и затем процесс становится неустойчивым. Если дополнительный ток превышает оптимальный (240 А), то длина дуги увеличивается и начинаются замыкания электрода подключенного к минусу источника.

Сварку производили переменным током величиной 150 А двумя неплавящимися электродами диаметром 5 мм из вольфрама ВТ-1. Индуктивность сварочной цепи была постоянной и оценивалась косинусом p(cos p 0,6). Косинус электромагнита изменяли от 0,3 до 0,9, Эффективность взаимодействия тока и магнитного потока оценивали по изменению глубины проплав- ления.

Результаты экспериментов приведены в табл. 6.

Как видно из результатов экспериментов, максимально взаимодействие сварочного тока и магнитного потока при совпадении фаз, то есть при соблюдении пропорциональности индуктивности электромагнита и сварочной цепи.

Предлагаемый способ позволяет повысить производительность сварки и качество сварных соединений за счет более эффективного использования тепла сварочной ванны, поступающей от дуги, за счет управления формой сварочной ванны, процессами затвердевания, направленного переноса металла сварочной ванны.

Формула изобретения 1. Способ сварки магнитоуправляемой дугой в защитной среде, при котором в сварочную ванну подают два электрода, электроды подключают к одному источнику, но к разным полюсам, а на дуги и сварочную ванну воздействуют продольным магнитным полем, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и

улучшения качества сварного соединения путем управления размерами и формой сварочной ванны, в межэлектродный промежуток и пространство между электродами и изделием подают основную и дополнительную защитные среды, причем расстояние между электродами в зоне горения дуг связано с расстоянием между электродами и изделием зависимостью

ьь ь. ЗЬ +(Uao )ЬЦц +ицд)

ЯРА

где Ьш - ширина шва при сварке одним электродом, мм;

Ьэ - расстояние между электродами, мм; 1д - расстояние между электродом и изделием или длина дуги, мм;

Кдо - градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в основной защитной среде, В/мм;

Кдд - градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В/мм;

Uao, UKO - приэлектродные (анодное и катодное) падения напряжений дуги, горящей в основной защитной среде, В;

Узд. икд - приэлектродные (анодное и катодное) падения напряжений дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В. 2. Способ по п.1,отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности протекания процесса, в зону между электродами защитную среду подают со скоростью, превышающей скорость подачи ее в зону дуги в 2-20 раз, а векторы этих скоростей располагают в пространстве под углом 0-90°.

В К cos a,

где К - коэффициент пропорциональности; а- угол между вектором скорости сварки и направлением сил гравитации.

сти процесса сварки с равными скоростями подачи электродов, по цепи изделие - электрод с меньшей скоростью плавления пропускают импульсы тока, мощность которых пропорциональна разности скоростей плавления электродов.

Т а б л и ц а 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

Фиг/

Фиг.2.

Таблица б

%

8

пш П

Фиг.З

Фиг.Ь

1817742

MI

Ш.-3

Фиг.5.

но

5йг.6,

Фиг. 7

л

л.