Способ сварки Советский патент 1993 года по МПК B23K9/08 

со

с

Изобретёние относится к сварке, в частности к способам сварки, при которых в тестве источника нагрева свариваемых торцов изделий используется сварочная ду- гг, управляемая магнитным полем, и может )ть применено преимущественно в производстве сварных конструкций, свариваемые торцы которых имеют форму прямолиней- н их, криволинейных, замкнутых или незам- (утых сечений, при получении стыковых соединений, либо при сварке тавровых сое- нении, в которых свариваемые детали сполагаются в двух взаимно перпендику- рных плоскостях, причем торец одной из х (например, трубы, листовой, стержне- й или профильной детали незамкнутого нтура) примыкает к боковой поверхности д эугой (например, пластины).

Цель - расширение диапазона форм и размеров свариваемых деталей,-повышение качества сварных соединений, автоматизация управления процессом сварки.

На фиг. 1 показаносмещениесварочной дуги на наружные кромки свариваемых торцов стержней; на фиг. 2 - перемещение сварочной дуги по наружным кромкам, в процессе нагрева свариваемых торцов стержней; на фиг, 3 - смещение сварочной дуги в область осевой линии свариваемых стержней; на фиг. 4 - вращательное смещение сварочной дуги к наружным кромкам перед осадкой свариваемых деталей; на фиг. 5 - смещение сварочной дуги на наружные кромки свариваемых торцов труб; на фиг. 6 - перемещение сварочной дуги по наружным кромкам; на фиг. 7 - смещение сварочной дуги на внутренние кромки

оо со

00

о о о

(А)

свариваемых торцов труб; на фиг. 8-вращательное смещение дуги к наружным кромкам перед осадкой; на фиг. 9 - смещение сварочной дуги на наружные кромки свариваемых торцов пластин; на фиг. 10 - перемещение сварочной дуги по наружным кромкам; на фиг. 11 - смещение сварочной дуги к внутренней части торцов пластин, линейное перемещение дуги по осевой линии, на фиг. 12 - вращательное смещение сварочной дуги к наружным кромкам пластин перед осадкой; на фиг. 13 - смещение сварочной дуги на наружные кромки торцов уголков; на фиг. 14 - перемещение сварочной дуги по наружным кромкам; на фиг. 15

- смещение сварочной дуги к внутренней части торцов уголков, угловое перемещение по внутренней части; на фиг, 16 - вращательное смещение сварочной дуги к наружным кромкам угоАков перед осадкой; на фиг. 17а - график изменения напряжения на

. сварочной дуге в процессе сварки; на фиг. 176 - временная диаграмма изменения величины аксиальной Ва составляющей; на фиг. 17в - временные диаграммы изменения величины сварочного тока Ig (кривая 1) и перемещение S (кривая 2) подвижной плиты сварочной машины.

1,2- свариваемые детали; 3 - сварочная дуга; 4, 5 - магниты.

Способ сварки деталей сплошного сечения (например, стержней) встык осуществляется следующим образом.

Стрежни 1 и 2 (фиг. 1), подлежащие сварке, устанавливают с определенным дуговым промежутком 1,5-2 мм, который характерен практически для всех типов и размеров свариваемых деталей. Соосно со свариваемыми стержнями размещают магниты 4 и 5. Магниты устанавливают таким образом, что они создают, на начальном

этапе асимметричные потоки, направленные навстречу друг другу. В дуговом промё- жутке формируется управляющее магнитное поле В, состоящее из радиальной Вр составляющей и аксиальной Ва составляющей. ;

Затем стержи сводят до соприкосновения их торцов, включают источник питания сварочной дуги .(выпрямитель сварочный, имеющий падающую внешнюю характеристику, подключенный одним полюсом к де- талй, являющейся анодом, а вторым полюсом к детале являющейся катодом). После этого стержни разводят на установленный дуговой промежуток. Таким образом, с помощью короткого замыкания цепи возбуждается сварочная дуга 3.

0

5

0

5

0

50

5

0

5

Устанрвленная величина магнитной индукции смещает сварочную дугу на наружные кромки (фиг. 1). Процесс нагрева свариваемых торцов, происходит при перемещении сварочной дуги по наружным кромкам (фиг. 2), в зоне с повышенным значением Вр, что обеспечивает устойчивое с большой скоростью перемещение дуги. При перемещении сварочной дуги по наружным кромкам, ее положение контролируется по величине напряжения. Если происходит увеличение напряжения выше номинального, уменьшается величина магнитной индукции программного управляющего магнитного поля. В противном случае происходит обрыв сварочной дуги. При уменьшении напряжения ниже номинального, сварочная дуга смещается внутрь свариваемых торцов, происходит увеличение величины магнитной индукции программного управляющего магнитного поля. В противном случае процесс проходит неустойчиво, с короткими замыканиями.

За счет линейного расширения свариваемых торцов происходит изменение напряжения в установленном диапазоне. При достижении номинального значения напряжения, соответствующему необходимому, для пластической деформации, прогреву торцов, производится изменение величины магнитной индукции программного управляющего магнитного поля. Сварочная дуга смещается в область осевой линии свариваемых стержней (фиг. 3). Происходит изменение величины сварочного напряжения. При соответствии напряжения определенному диапазону значений происходит изменение величины магнитной индукции магнитной индукции и сварочного тока. Изменение величины магнитной индукции приводит к вращательному смещению сварочной дуги к наружным кромкам свариваемых торцов (фиг. 4). Одновременное увеличение тока приводит к очищению всей поверхности свариваемых торцов от окислов. По достижении определенного значения напряжения на дуге, производится осадка стержней.

Способ позволяет осуществляют сварку деталей замкнутого контура (например, труб), В данном случае способ заключается в следующем.

Трубы 2 и 1 (фиг. 5), подлежащие сварке, устанавливают с определенным дуговым промежутком. Соосно со свариваемыми трубами размещают постоянные магниты 4 и 5. Магниты устанавливают таким образом, что они создают, на начальном этапе, асимметричные потоки, направленные навстречу

друг другу. Вдуго вом промежутке формируете магнитное поле В.

Затем трубы сводят до соприкоснове- HV я их торцов, включают источник питания. После этого трубы разводят на определен- ннй дуговой промежуток, возбуждается ду- 3. Установленная величина магнитной иь дукции смещает дугу на наружные кром- Ki/ (фиг. 5). Процесс нагрева торцов происходит при перемещении сварочной дуги по ружным кромкам (фиг. 6). При этом ее ложение контролируется по величине на- яжения.

За счет линейного расширения свари- емых торцов происходит изменение на- яжения в определенном диапазоне. По стижении номинального значения напря- эния, соответствующего необходимому я пластической деформацуии, прогреву

Вс

Д ж

Д

тсрцов, происходит изменение величины м }гнитной индукции программного управ- ni ющего магнитного поля. Сварочная дуга смещается на внутренние кромки торцов Tf уб(фиг.7). Происходит изменение величи-

i сварочного напряжения. При соответствии напряжения определенному диапазону значений, происходит изменение величины мзгнитной индукции и увеличение сварочного тока. Изменение величины магнитной дукциии приводит к вращательному сме- аению сварочной дуги к наружным кромкам торцов труб (фиг. 8). Одновременное увеличение сварочного тока приводит к очище-1Ю всей поверхности торцов от окислов. П достижении определенного значения на- яжения на дуг производится осадка труб. Способ позволяет осуществлять сварку птастин встык. В данном случае сущность

юсоба заключается в следующем.

Пластины 1 и 2 (фиг. 9), подлежащие

зарке, устанавливают с определенным дуговым промежутком. Соосно со свариваемыми пластинами размещают магниты 4 и Магниты устанавливают таким образом

о они создают, на начальном этапе, асимметричные потоки, направленные навстре- ч/ друг другу. В дуговом промежутку формируется управляющее магнитное поле

. Затем пластины сводят до соприкосновения их торцбв, включают источник питания Сварочной дуги. После этого пластины на определенный дуговой промежу- т|ок. С помощью короткого замыкания возбуждается сварочная дуга 3.

Установленная величина магнитной ин- ;:укции смещает сварочную дугу на наружые кромки (фиг. 9). Процесс нагрева торцов, происходит при перемещении сва

с 0

0

0

5

5

5

0

5

0

рочной дугм по наружным кромкам (фиг. 10). При этом положение дуги контролируется по величине напряжения.

Засчетлинейного расширения свариваемых торцов пластин происходит изменение напряжения в определенном диапазоне. По достижении номинального значения напряжения на дуге, соответствующего необходимому для пластической деформации прогреву торцов, происходит изменение величин магнитной индукции программного управляющего магнитного поля. Дуга смещается к внутренней части свариваемых торцов пластин (фиг. 11), где начинает линейно перемещаться. Происходит изменение величины сварочного напряжения. При его соответствии определенному диапазону значений, происходит изменение величины магнитной индукции и увеличение тока. Изменение величины магнитной индукции приводит к вращательному смещению дуги к наружным кромкам торцов пластин (фиг. 12). Одновременное увеличение тока приводит к очищению всей поверхности торцов от окислов. По достижении определенного напряжения на дуге, производится осадка пластин.

Аналогично производится сварка уголков (фиг. 13-16), с той лишь разницей, что дуга совершает движение соответствующее поперечному сечению профиля уголка.

Пример. Свариваемые стержни диаметром 25 мм из Стали 45 устанавливают в зажимах машины, с зазором 1,3 мм и закрепляют силовыми устройствами машины. Затем с помощью короткого замыкания возбуждается дуга, при токе 200 А. При ее возбуждении на осевой линии свариваемых торцов, величина напряжения изменяется от 15 до 20 В, в зависимости от положения сварочной дуги. Установленная начальная величина магнитной индукции программного управляющего магнитного поля (Вр 75 ml, Ва 400тТ), смещает дугу к кромкам до тех пор, пока заданное значение напряжения не установится в пределах 22 29 В. После этого, в процессе нагрева торцов, при токе дуги 120 А, напряжение поддерживается в заданных пределах. При увеличении величины напряжения на дуге, в начальной стадии процесса 0...3 с. выше заданного значения происходит обрыв дуги. Чтобы этого не произошло, происходит уменьшение величины магнитной индукции в 1,3...2 раза, до величины возвращающей дугу в заданные по напряжению пределы. При уменьшении величины напряжения на дуге, в начальной

стадии процесса 0...3 с, ниже заданного значения происходит короткое замыкание. Чтобы этого не произошло, производится увеличение значения в 1.3...2 раза, до величины возвращающей дугу в заданные по напряжению пределы.

За счет линейного расширения свариваемых торцов, при их нагреве происходит понижение заданной величины напряжения на сварочной дуге в 1,05.,.1,4 раза, соответственно от Узад. Эти значения напряжения соответствуют необходимому для пластической деформации прогреву торцов, происходит уменьшение величины магнитной индукции в 10...20 раз. Дуга смещается в область осевой линии свариваемых торцов стержней, в течении 0,01...0,1 с. После достижения величины напряжения в 1,5 раза меньшей от Узад- производится увеличение магнитной индукции в 2.„4 раза от начальной величины и увеличение тока в 5...7 раз. Увеличение магнитной индукции приводит к вращательному смещению дуги к наружным кромкам торцов. Одновременное уве- личение тока приводит к очищению всей поверхности торцов от окислов. По достижении.напряжения на дуге величины, соответственно в 1,4...1,05 раза большей от Узад.. производится осадка стержней. В результате получается сварное соединение. Величина укорочения стержней, после сварки составляет 7 мм. Сжатие проводится со скоростью не менее 150 мм/с с усилием 70000 Н. Общее время сварки составило 11 сек. Сварка партии стержней диаметром 25 мм с применением данного способа показала, что при установке дугового промежутка между торцами свариваемых деталей с до- статочной точностью 1,3 ±0,1 мм качество соединений высокое и находится по основным показателям на уровне основного металла. Испытания стыков проводились по

существующим нормам и правилам.

Качество соединений улучшилось за счет более точного проведения процесса сварки, индивидуально для каждого стыка.

0

5 0 5 5 0

5

В результате применения предлагаемо- то способа сварки получили равномерное, без подрезов формирование шва по всему периметру соединения.

Металлографическим анализом в зоне сплавления не обнаружены несплавления и неметаллические включения.

Технико-экономическая эффективность от внедрения предлагаемого способа заключается в том, что возможна сварка труб, листовых, стержневых или профильных деталей незамкнутого контура.

Кроме того, предлагаемый способ упрощает систему управления и сварочное оборудование. Отпадает необходимость в использовании дополнительного устройства управления магнитным полем и импульсного источника тока стоимостью 1000 руб.

При сварке трубы диаметром 42x8 мм с пластиной толщиной 4 мм предлагаемым способом отпадает необходимость применения ферромагнитного сердечника, что сокращает время сварки 1 стыка на 3 с.

Формула изобретения

Способ сварки с нагревом дугой и последующей осадкой, при котором в зазоре свариваемого соединения создают управляющее магнитное поле с постоянной по направлению радиальной составляющей магнитной индукции, перемещая дугу по поверхности соединяемых торцов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона форм и размеров свариваемых деталей, повышения качества сварных соединений, автоматизации управления процессом сварки, дугу перемещают в направлении к наружной кромке свариваемых деталей, изменяя величину магнитной индукции, а момент изменения величины магнитной индукции определяют по достижении заданной величины напряжения на дуге.

1838060

Фиг.3

4

Фие.5

Фиг.1

Фиг. 5

Фиг. 7

Фиг. 9

Vut.10

fui.11

Фиг. 12Я3и г. /3

Фиг. ft

7ui 16

i

S ,мм

едактор

Составитель И.Пентегов Техред М.Моргентал

t,c

S.

t.f

JH

1

П

Фиг. /7

t.c

Корректор А.Мотыль