Способ сварки сжатой дугой Советский патент 1981 года по МПК B23K9/16 

Изобретение .относится к плазменно-дуговой обработке металлов, преимущественно к плазменно-дуговой сварке, и может быть использовано при однопроходной механизированной плазменной сварке металлов, толщиной до 20 мм. Известны способы механизированно плазменной сварки металлов непроникающей и проникающей дугой 1. Для плазменной сварки непроникаю щей дугой характерны малая степень сжатия столба дуги, малые расходы стабилизирующего и плазмообразукяцего газа. Активное пятно плазменной дуги (анодное в случае сварки на прямой полярности, катодное в случа сварки на обратной полярности) располагается на поверхности сварочной ванны., т.е. плазменная дуга предста ляет собой поверхностный источник -нагрева. Этот способ в основном находит применение при плазменной сва ке бортовых и угловых соединений, о нопроходНой сварке стыковых соедине ний метсшлов, толщиной до 5 мм, а также для выполнения второго и последу1 хдего швов при многократной сва ке металла больших толщин. Недостатком плазменной сварки непроникакяцей дугой является то, что при сварке металла большей толщины резко ухудшается коэффициент формы шва (увеличивается ширина шва, увеличивается отношение ширины шва к глубине проплавления), ухудшается формирование сварного шва, ужесточается требование к защите сварочной ванны. При плазменной сварке проникающей дугой скорости истечения плазмообразующего.и стабилизирующего газа значительно выше, а расходы плазмообразуквдего и стабилизирующего газа в 3-10 раз превышают расходы при сварке непроникающей дугой. Столб проникакицей дуги проходит через всю толщину свариваемого металла, при этом на передней кромке сварочной ванны образуется сквозное отверстие, через которое выходит факел плазмообразующего и стабилизируквдего газа. От вытекания расплавленный металл удерживается силами поверхностного натяжения. Основнойобластью применения Разменной сварки проникающей дугой является однопроходная сварка без

разделки кромок стыковых соединений из нержавеющих и легированных сталей, толщиной 12 мм и титана, толшиной до 20 мм. При этом обеспечиваются минимальное отнсяяение ширины шва к глубине проплавления,незначительная зона термического влияния и высококачественная защита поверхности сварочной ванны.

Основным недостатком сварки . проникающей плазменной дугой является жесткие требования к поддержанию режима сварки: тока дуги, расхода плазмообразующего и стабилизирующего газа, скорости сварки. Отклонение любой из этих величин от оптимальной при сварке металла заданной величины приводит либо к прожогу из-за того, что вес расплава сварочной ванны начинает превышать силы поверхностного натяжения, либр к образованию двойной дуги из-за того, что металл проплавляется не на всю глубину, образуется высокотемпературный фыкел отраженного газа, замыкающий промежуток между соплом и изделием.

Известен также способ сварки сжатой дугой, являющийся усовершенствованием предыдущего, при котором создают непрерывную пульсацию давления на ванну расплавленного металла,для Чего расход плазмообразующего газа периодически уменьшают и увеличивают 12J .

Силовое воздействие на сварочную ванну осуществляется за счет непрерывной пульсации расхода плазмообразующего газа. Это позволяет за счет изменения мгновенных значений расхода плазмообразующего газа по синусоидальному закону повысить действующе значение расхода и получить в среднем дугу, занимающую промежуточное положение между непроникающей и проникающей дугой.

Недостатком способа является закон , по которому происходит изменение мгновенных значений расхода плаэмообразующего газа. Для сверления кратера еобходимо, чтобы время воздействия повышенного расхода плаэмообразующего газа на сварочную ванну было больше времени релаксации процесса образования в расплаве кратера заданного размера.При времени действия пониженного расхода равном времени воздействия повышенного расхода происходит полное заполнение образованного ранее кратера. Это приводит к тому, что при сварке глубина пропла;вления колеблется вместе с колебаниями расхода плазмообразующего газа Для снижения этого отрицательного эффекта необходимо. серого согласовывать скорость сварки с параметрами процесса изменения расхода плазмообразующего таза, током дуги, диамет-. ром канала ст-абилизирующего сопла. Поэтому усовершенствованный способ

обеспечивает сварку стыков, толщиной не более 12 мм.

Цель изобретения - обеспечение постоянной заданной глубины проплавления с одновременным качественным фор, мированием сварного шва.

Поставленная цель достигается тем, что увеличение расхода производят за время Т, а уменьшение расхода производят за время Т, удовлетворяющие co|Отношение

Т Т Т, где 1: - время релаксации, определяемое в соответствии с глубиной проплавления/ вязкостью расплавленного металла и поверхностным натяжением расплавленного металла. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Сварка производится при относительном перемещении деталей и сжатой дуги, горящей в потоке плазмо0 образующего и защитного газа между электродом плазмотрона, снабженного стабилизирующим соплом, и свариваемым изделием. Подача плазмообразующего газа непрерывно меняется так, 5 что время Т увеличения расхода плазмообразующего газа и время Т уменьшения расхода плазмообразующего газа соответствуют соотношению, приведенному выше. Время силового Q воздействия плазменной дуги на ванну расплавленного металла выбрано так, что в момент повышения давления происходит образование кратера заданной глубины, а за время уменьшения давления, образованный ранее кратер не успевает изменить своей конфигурации за счет инерционности расплавленного металла.

При сварке сталей, алюминия и меди время релаксации кратера заданной глубины, образованного в расплавленном металле, связано вязкостью и поверхностным натяжением расплавленного металла и может быть определено по формуле

t-H-l oL где Н - глубина кратера, см;

ч - вязкость.расплавленного ме-аллаталла, сма

oL-. поверхностное натяжение

расплавленного металла,- . Величина Т имеет размерность времени и равна времени релаксации образования в расплаве кратера заданной глубины Н.

При осуществлении предлагаемого способа Длина столба дуги, в том числе и части-столба дуги, погруженной в металл, не -меняется во времени, В результате максимально используется тепловая энергия дуги, а такжв;. .. гарантируется постоянная глубина проплавления. .Пульсация расхода плазмообразукяцего газа и связанная с этим пульсация силового воз5 действия плазменной дуги на ванну