Способ электронно-лучевой сварки

 

Изобретение относится к электроннолучевой сварке труб, в частности к сварке вертикально установленного неповоротного нахлесточного соединения наружной и внутренней труб. Оно может быть использовано в отраслях промышленности, применяющих сварные трубы и трубные изделия из металлов с пониженной вязкостью в расплавленном состоянии, например из титана . Цель изобретения - обеспечение гарантированных размеров швов при сварке эллипсных соединений, лежащих в плоскости , расположенной под углом коси симметрии труб. Наружная 1 и внутренняя 2 трубы состыкованы с образованием неповоротного нахлесточного соединения с одной осью симметрии 1-1. Электронный пучок 3 двукратно преломлен относительно оси II-II электронного излучателя 4. Верхний торец 5 трубы 1 также наклонен к оси il-ll и имеет эллипсную конфигурацию, а трубы 1 и 2 состыкованы так, что верхний торец 6 трубы 2 расположен выше верхней точки 7 верхнего торца трубы 1. Линия сопряжения торца 5 и наружной поверхности трубы 2 является стыком, в пределах которого формируется эллипсный сварной шов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

СОЮЗ CO8F TCKVIX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

TsTTs В 23 К 15/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) /

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ..

% 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4477511/27 (22) 29.08.88 (46) 30.11,92.Бюл. М 44 (72) С.Д. Братчук, В.А. Виноградов и А.И.

Кузнецов (56) R, Mayer и др, New High-Speed Beam

Current Control and Оейес0оп systems

Impove Electron Beam Weldlnd Applications, Welding Journal, 1977, ¹ 6, с. 35, (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ

СВАРКИ (57) Изобретение относится к электроннолучевой сварке труб, в частности к сварке вертикально установленного неповоротного нахлесточного соединения наружной и внутренней труб. Оно может быть использовано в отраслях промышленности, применяющих сварные трубы и трубные изделия из металлов с пониженной вязкостью в рас„„Я2 „;, 1584263A1 плавленном состоянии, например из титана, Цель изобретения — обеспечение гарантированных размеров швов при сварке эллипсных соединений, лежащих в плоскости, расположенной под углом к оси симметрии труб. Наружная 1 и внутренняя 2 трубы состыкованы с образованием неповоротного нахлесточного соединения с одной осью симметрии 1 — 1. Электронный пучок 3 двукратно преломлен относительно оси II — II электронного излучателя 4. Верхний торец

5 трубы 1 также наклонен к оси i! — П и имеет эллипсную конфигурацию, а трубы 1 и 2 состыкованы так, что верхний торец 6 трубы 2 расположен выше верхней точки 7 верхнего торца трубы 1. Линия сопряжения торца 5 и наружной поверхности трубы 2 является стыком, в пределах которого формируется эллипсный сварной шов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1584263

Изобретение относится к электроннолучевой сварке труб, в частности к сварке вертикально установленного неповоротного нахлесточного соединения наружной и внутренней труб. Оно может быть использовано s оoтTр аBс л я х x пnр оoм ы Uшjл еeнHнHоotс:тTи, применяющих сварные труби изделия из металлов с пониженной вязкостью в расплавленном состоянии, например из титана.

Целью изобретения является обеспечение гарантированных размеров швов при сварке эллипсных соединений, лежащих в плоскости, расположенной под углом к оси симметрии труб.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа; нэ фиг. 2 — показано сечение

А — А на фиг. 1.

Наружная 1 и внутренняя 2 трубы состыкованы с образованием неповоротного нахпесточного соединения с единой осью симметрии I — 1. Сварочный электронный пучок 3 двукратно преломлен относительно оси II — И электронного излучателя 4. Ось il — И сдвинута относительно оси I — I на величину

А Ось пучка 3 после второго его преломления наклонена к внешней поверхности внутренней трубы 2.

Верхний торец 5 наружной трубы 1 выполнен наклонным к ее оси !-I и имеет, следовательно эллипсную конфигурацию, а трубы состыкованы с превышением торца 6 внутренней трубы 2 над верхней точкой 7 наклонного верхнего торца 5 наружной трубы 1, Точка 7 расположена на большой оси эллипса, нижняя точка которой индексирована цифрой 8.

Угол наклона пучка 3, направленного в точку 8, к наружной стенке трубы 2 равен а, а угол наклона пучка 3, направленного в точку 7, равен а g. В стенке трубы 2 выполнено технологическое отверстие 9, края которого во время сварки не должны быть оплавлены, Конфигурация верхнего (эппипсного} торца 5 наружной трубы 1 геометрически связана с пространственной ориентацией двукратно преломленного пучка 3 следующим соотношением:

h-2.Ь c?ga, где h — величина превышения точки 7 торца

5 над его точкой 8;

r — радиус наружной трубы 1;

Л- расстояние между осями I-I и И-!1, причем 0 ЯЬ< r.

Нэ фиг. 2 цифрой 10 индексировэны точки задержки пятна нагрева на наружной поверхности внутренней трубы 2. а цифровой

11 — точки задержки пятна нагрева на эллипсной траектории сварки. Расстояние между точками 10 и 11 индексировано символом 1, а радиус пятна нагрева, равного поперечному сечению пучка 3, индексировэн символом га.

Состыковав трубы 1 и 2 с превышением торца 6 трубы 2 над верхней точкой 7 трубы

1 и подготовив к сварке это неповоротное вертикальное соединение, устанавливают его так относительно излучателя 4, чтобы обеспечить расстояние Лмежду осями 1 — 1 и

It-И. После подготовки сварочной установки

15 к работе включают излучатель 4, генерируемый им пучок 3 дважды отклоняют относительно оси !Н! и направляют в нижнюю точку 8 торца 5. Угол а при этом должен обеспечить возможность перемещения пятна нагрева по эллипсообразной траектории, соответствующей контуру торца 5. Вращая дважды преломленный пучок 3 относительно оси II — It èçëó÷ýòåëÿ 4 и перемещения, тем самым, пятно нагрева 11 от нижней точки 8 большой оси эллипса к его верхней точке 7 со скоростью сварки ч,, сваривают половину шва (углы rp> и г, сумма которых равна

180 ), Во время сварки этого шва пучок периодически колеблют поперек оси шва с частотой 5 — 50. Гц, перемещая пятно нагрева не только по эллипсному торцу 5 трубы 1, но и по внешней поверхности трубы 2 на расстояние I, которое не должно превышать половину расстояния от торца наружной трубы 1 до технологического отверстия 9 (по малой оси эллипса), Период колебаний пучка 3 выбран экспериментально так, чтобы обеспечивалась необходимая для качественного формирования шва устойчивость

40 парагазового канала в зоне сварки. В процессе колебаний пучка образуемое им пятно нагрева задерживают и на верхнем торце 5 трубы (в этих положениях пятно нагрева индексировано цифрой 11) и на наружной поверхности трубы 2 (в этих положениях пятно нагрева индексировано цифрой 10). Длительность задержек пятна нагрева в положениях 11 в 10 — 12 раз превышает длительность его задержек в положениях

10. Таким путем осуществляют предварительный подогрев трубы 2, повышая смачиваемость ее поверхности. Кроме того, ток колеблющегося пучка 3 в пределах цикла колебаний изменяют так, чтобы в положе55 нии 11 величина тока пучка составляла 70807 от рабочего тока сварки, а в положении l0 20-30,ь от этого рабочего тока. Это обеспечивает качественное формирование сварного шва, 1584263

Начиная сварку в точке 8 при наклоне пучка к оси 11 — 11 под углом а плавно увеличивают наклон в первой четверти эллипса р< от 15 до 35, а во второй четверти этого эллипса угол а плавно уменьшают от 35 до 2 (в точке 7). Менее чем 2 этот угол не должен быть, так как обычно угол сходимости пучка 3 составляет 2 — 3, и поперечное сечение его фокального пятна в точке 7 больше, нежели в точке 8, поэтому необходимо предотвратить выход пятна нагрева на край торца наружной трубы 1 и его оплавление.

Сформировав половину эллипсного шва, отключают ток пучка и переключают отклоняющую систему излучателя 4 в такое положение, которое соответствует направлению пучка 3 в точку 8.

Затем формируют вторую половину сварного эллипсного шва, повторяя вышеописанные операции. Замыкание обеих половин шва осуществляют с некоторым перекрытием с соответствующим плавным уменьшением тока пучка (eo избежание появления кратеров), Г1 р и м е р. Изобретение было использовано, в частности при сварке титановых труб, Наружную трубу Я13х 1,5 мм состыковали с внутренней трубой 010 так, что они образовали вертикальное неповоротное нахлесточное соединение с эллипсным наклонным стыком вдоль верхнего наклонноготорца наружнойтрубы. В стенке внутренней трубы выполнено отверстие, расположенное внутри эллипсного стыка.

Верхняя точка большой оси эллипсного стыка выше нижней точки этой оси на 22 мм. На наружной трубе предварительно выполнили разделку обеспечившую перпендикулярФормула изобретения

1. Способ электронно-лучевой сварки вертикально установленного неповоротного нахлесточного соединения наружной и внутренней труб, включающий двойное преломление электрон ного пучка и его поперечные колебания относительно направления сварки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества соединения путем обеспечения гарантированных размеров швов при сварке эллипсных соединений, лежащих в плоскости, расположенной под углом к оси симметрии труб, верхний торец наружной трубы выполняют наклонным к ее оси, а состыковку труб производят с превышением торца внутренней трубы над верхней точкой наклонного верхнего торца наружной трубы, сварку каждой

40 ность кромки этой трубы к поверхности внутренней трубы. Свариваемое иэделие разместили в вакуумной камере с таким смещением между его осью и параллельной ей осью электронного излучателя, которое обеспечило возможность формирования эллипсного наклонного шва с заданным превышением верхней точки большой оси эллипса над нижней точкой. Сварку произвели двухкратно преломленным пучком с поперечными его колебаниями относительно траектории сварки, величину тока пучка во время сварки изменяли с помощью программатора, электрически связанного с управляющим электродом излучателя.

Качественное сварное соединение труб (без оплавления краев технологического отверстия в стенке внутренней трубы) получили при выполнении всех вышеуказанных требований к величинам углов а, силе тока пучка, частот его поперечных колебаний и времени задержек пятна нагрева на стыке труб на наружной поверхности внутренней трубы.

Технико-экономи зская эффективность изобретения определяется возможностью изготавливать сварные вертлкальные нахлесточные соединения тел вращения, в частности труб, с гарантированно высоким качеством шва и в геометрическом, и в металлургическом аспектах даже втек случаях, когда трубы изготовлены из металла с низкой вязкостью в расплавленном состоянли, например из титана. Стоимостное выражение этой эффективности в каждом конкретном случае зависит от размеров изделия и масштабов его промышленного применения. половины зллипсного шва производят, начиная ее в нижней точке большой оси эллипса и заканчивая в верхней ее точке, равномерно увеличивая в первой четверти эллипса угол наклона пучка от 15 до 35 в вертикальной плоскости, перпендикулярной к направлению сварки, и равномерно уменьшая во второй четверти эллипса этот угол от 35 до 2О, причем пятно нагрева, сформированное на изделии колеблющимся электронным пучком, перемещают по внешней поверхности внутренней трубы и по верхнему торцу наружной трубы, осуществляя поперечные колебания пучка с частотой 5-50 Гц и задерживая пятно нагрева на облучаемом верхнем торце наружной трубы на время, длительность которого в 10-12 раз превышает длительность задержек пят1584263

A-4

Фив. Я

Составитель Е.Мамутов

Редактор ТЛ(уркова Техред М.Моргентал Корректор O.Густи

Заказ 559 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 на нагрева на внешней поверхности внутренней трубы, а ток пучка в названных положениях в моменты задержки составляет соответственно 70-80 и 20-30 от рабочего тока пучка при сварке других зон эллипсного шва.

2. Способ по и. 1, î r л и ч а ю шийся тем, что, с целью исключения возможности оплавления технологических отверстий в стенке внутренней трубы, расположенных над эллипсным свариваемым соединением внутренней и наружной труб, пятно нагрева перемещают по внешней поверхности внутренней трубы на участке соединения от облучаемого верхнего торца наружной трубы до линии, проходящей по средней границе между стыком и ближайшей к нему кромкой технологического отверстия.