Способ дуговой сварки плавлением
Использование: для электродуговой сварки металлов и сплавов штучными и неплавящимися электродами деталей различных толщин в различных пространственных положениях. Сущность способа: способ осуществляется с периодическим уменьшением и повышением плотности тока. Для этого сварку ведут от управляемого источника питания преимущественно со штыковой хаМзобретения относится к электродуговой сварке металлов и сплавов штучныг ., и неплавящимися электродами различных толщин в различных пространственных положениях и может быть применено в различных отраслях машиностроения и монтажных работах. В современном производстве сварных конструкций в различных пространственных положениях применяют способы сварки с поперечным и продольным колебаниями конца электрода с целью удержания жидкого металла в ванне без воздействия на источник питания дуги (см. Справочник по сварке под ред. Е.В.Соколова , т.2, М,: Машиностроение. 1961, с.163-
СОЮЗ СОПГ- 1 СКИХ
СОЦИИ ИС ИЧЕСКИХ
РеспуБлик (5t) s В 23 K 9/167, 9/173
ГОСУДАРСТ8ЕННЫй КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
J., ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДETEflbCTBY (21) 4913972/08 (22) 25.02.91 (46) 23,11.92, Бюл. N. 43 (71) Ростовский-на-Дону институт сельскохозяйственного машиностроения (72) B.À.Ëåíèâêèí, П.И.Петров и А.Г.Олейников (56) А.В,Петров, Г,А.Славин. Автоматическая сварка тонколистовой стали импульсной дугой в среде аргона. Сварочное производство, N 2, 1961, с,18-21. (54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ (57) Использование: для электродуговой сварки металлов и сплавов штучными и неплавящимися электродами деталей различных толщин в различных пространственных положениях. Сущность способа: способ осуществляется с периодическим уменьшением и повышением плотности тока. Для этого сварку ведут от управляемого источника питания преимущественно со штыковой хаИзобретение относится к электродуговой сварке металлов и сплавов штучньи ., и неплавящимися электродами различных толщин s различных пространственных положениях и может быть применено в различных отраслях машиностроения и монтажных работах.
В "îâðåìåííîì производстве сварных консгрукций в различных пространственных положениях применяют способы сварки с поперечным и продольным колебаниями конца электрода с целью удержания жидкого металла в ванне без воздействия на источник питания дуги (см.
Справочник по сварке под ред. Е.В,Соколова, т.2, М,; Машиностроение, 1961, с.163164). Известные способы сварки
„., Æ, 1776517 А1 рактеристикой в диапазоне рабочих параметров режима. Предварительно устанавливают граничные величины тока
=(0,2-0,5)lvov и lg = (1.1-1,5)IHoM. Затем возбуждают дугу и ведут сварку на токе l2 При образовании сварочной ванны заданных размеров, которые определяются условиями удержания жидкого металла в ванне, увеличивают длину дуги до напряжения 01 —.
=Ока + Кхд(1,5 — 2,5}бэ. При этом ток дуги ступенчато снижают до 1 в течение времени. равного времени кристаллизации (0,5 — 0,9) объема металла ванны. Снижают напряжение дуги до напряжения уставки Uz = 0„+
+Кд(0.1 — 0,3)d> путем сокращения длины дуги. Затем ток дуги дискретно увеличиваи1Т до Ь и по мере образования сварочной ванны снова увеличивают длину дуги, и процесс повторяют. Оха — сумма приэлектродных падений напряжений, В; Кд — градиент потенциала столба g,óãè, В/мм; б., — диаметр электрода, мм. 1 фиг.,1 табл. плавлением в большинстве случаев не обеспечивают получение качественных сварных швов вследствие неравномерности проплавления и нарушения защиты дугой кристаллизующегося металла в ванне.
Наиболее близким к предлагаемому является способ дуговой сварки неплавящимся электродом в за.цитных глзах, заключающийся в том, что периодически уменьшают и повышают плотность тока таким образом, что во время высокой пл )тности тока металл шва расплавляется, а в период низкой плотности тока — затвердевает, Величины низкой и высокой плотностей тока регулируются по жесткой программе (см. петров А.l3., Славин Г.А. Автоматическая сварка тонколис1овой стали импульс1776517 ной дугой в среде аргона, Сварочное производство, ¹ 22, 1961. с.18-21).
Однако этим способам присущи недостатки, связаннь1е с тем, что снижение плотности тока при относительно большой длине дуги приводит к блужданию дуги, нарушению защиты металла шва и условий кристаллизации металла в сварочной ванне, а при сварке плавящимся электродом приводит к затягиванию короткого замыкания дуги каплей расплавленного электродного металла, Кроме того, укаэанные способы сварки осуществляются по жесткой программе, что не позволяет учитывать различных возмущений, действующих на систему 15 электрод — дуга-ванна. Указанные недостатки снижают качество сварного соединения.
Целью изобретения является повыше-. ние качества шва при сварке в различных пространственных положениях, расширение технологических возможностей процесса, диапазона свариваемых толщин штучными и неплавящимися электродами.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе дуговой сварки плавлением, при котором сварку выполняют с периодическим уменьшением и повышением плотности тока, сварку ведут от управляемых источников преимущественно со штыковыми характеристиками в рабочем диапазоне параметров режима. Для этого предварительно устанавливают граничные величины тока !1 =- (0,2-0,5)lppM и l2 =
=(1.1-1,5)IHQM, где I/ 0л — номинальный ток дуги, величину которого задают в эависимости от толщины свариваемых деталей и допустимого тока для выбранного электрода.
Затем возбуждают дугу и ведут сварку на токе Iz, При образовании сварочной ванны заданных размеров, которые определяются условиями удержания жидкого металла в ванне, увеличивают длину дуги до напряжения уставки U1 = Ока + K д(1,5 2,5)г!э. При этом ток дуги ступенчато уменьшаЮт до I1 и в течение времени, равного времени кристаллиэации (0,5 — 0,9) объема металла ванны, снижают напряжение дуги до напряжения уставки Uz = U<> + Кд(0,1-0,3)d> путем сокращения длины дуги. Затем ток дуги ступенчато увеличивают до lg и по мере образования ванны снова увеличивают длину дуги, П роцесс повторя ют.
U a — сумма приэлектродных падений напряжений;
Кд — градиент потенциала столба дуги; с!э — диаметр электрода.
При осуществлении процесса сварки на токе ниже !1 и длине дуги, равной (1,5-2,5)d, уменьшается сечение дуги, снижается ее пространственная устойчивость. Это вызы20
50 вает нарушение защиты расплавленного металла и ухудшает качество сварного соединения. На токе выше !2 увеличивается вероятность образования прожогов при сварке тонкостенных элементов и вытекание металла из ванны при сварке средних и больших толщин в положениях, отличных от нижнего, При напряжении на дуге более U> при неизменном токе увеличивается время пребывания металла шва в расплавленном состоянии. Это способствует выгоранию легирующих элементов и образованию пор, Снижение напряжения на дуге до Ug, что соответствует длине дуги (0,1-0,3)ds при токе сварки, равном I<, приводит к длительному короткому замыканию, ухудшению условий разрыва перемычки, нарушению процесса сварки и качества шва, Периодические изменение обьема расплавленного металла сварочной ванны от 1 до 0,5 за счет изменения тока от I> до Ig способствует измельчению структуры металла шва и направлению роста кристаллов.
На чертеже схематично изображены вольт-амперные характеристики питающей системы: I1, lz — граничные значения тока режима сварки; 01, Uz — уставки наибольшего и наименьшего напряжения дуги, при которых производится дискретное изменение тока.
Особенность предлагаемого способа заключается в том, что предварительно устанавливают ток дуги выше номинального.
После возбуждения дуги происходит интенсивное проплавление основного металла и рост обьема сварочной ванны. Одновременно увеличивают длину дуги при постоянном токе Iz. При увеличении длины дуги расширяется зеркало сварочной ванны. Это приводит к снижению удельного давления дуги на ванну, образованию под активным пятном дуги большей прослойки жидкого металла, снижению глубины проплавления с одновременным увеличением зеркала ванны. Это все приводит к улучшению условий удержания металла в ванне. При достижении ванной заданных размеров, которые определяются из условий удержания жидкого металла в ванне в зависимости от пространственного положения при неизменном напряжении дуги U1, дискретно уменьшают ток дуги до !1. Сварочная ванна начинает
-кристаллизоваться от периферии к центру, Площадь зеркала ванны сокращается и одновременно начинают уменьшать длину дуги при постоянном токе! 1, что обеспечивает надежную защиту металла ванны, За время кристаллизации 0,5-0,9 обьема ванны длину дугового промежутка сокращают до (0,11776517
I1 = (0,2 — 0,5)1лсм
1г = (1,1 — 1,5)1ном, Характер процесса свар ки. наличие дефектов, формирование шва
Доля закристаллизовавшегося металла ванны
Напряжение ги U, В
Ток ги1, А
Ог
26
120
120
0,5-0,9
20-22
135
1
25 26
20-22
19-19,5
19-19,5
0,9-0,9
0.5-0,9
0,5-0,9
26
135 ннн, 0,3)d3, При достижении напряжения дуги величины уставки Ог дискретно увеличивают ток дуги от I> до Iz. Начинается интенсивное плавление металла, Растет объем сварочной ванны. Процесс затем повторяют. 5
Пример. Проводилась сварка стыковых соединений иэ стали Ст3 в вертикальном положении штучными электродами
УОНИИ13/55 диаметром 3 мм от управляемого инверторного источника питания со 10 штыковыми вольтамперными характеристиками в диапазоне рабочих режимов.
Контроль электрических параметров режима сварки осуществляется по приборам с одновременной записью осциллограмм и 15 синхронной киносьемкой процесса. Размеры шва, формообразование, структуру металла шва оценивали по макро- и микрошлифам поперечных и продольных сечений швов. Наличие пор и несплошно- 20 стей металла шва оценивали визуальным осмотром и ультразвуковым контролем.
Исходные данные и результаты иссле-. дований сведены в таблицу.
Использование предложенного спосо- 25 ба сварки плавлением за счет управления теплопередачей и плавлением основного и электродного металлов обеспечивает повышение качества сварного соединения; расширение диапазона свариваемых толщин: 30
-возможность сварки в различных пространственных положениях.
Формула изобретения
Способ .дуговой сварки плавлением, при котором сварку выполняют с периоди- 35 ческим уменьшениеM и повhløeèèåì плотности тока, от л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества при сварке в различных пространственных положениях и расширения технологических возможностей при сварке от управляемых источников, преимущественно со штыковыми характеристиками в рабочем диапазоне параметров режима, предварительно устанавливают граничные величины тока где I>
=Ока+ Кд(0,1 0,3)da сокращением длины дуги, где Ока — сумма приэлектродных падений напряжения, В:
Кд — градиент потенциала столба дуги, В/мм;
d — диаметр электрода, мм, затем процесс повторяют.
Рекомендуемый режи сварки для толщины 4 мм, диаметр электрода 3 мм. Наблюдается вытекание металла из ванны.
Дуга пространственно неустойчивая, появляются поры в металле швэ.
Образуются длительные короткие замыкания дугового промежутка, ухудшается формирование шва. появляется неравномерность проплэвле1776517
Ток ги1, А
Доля закристэллизо вавшегося металла ванны
28
20-22
0,5-0,9
0,5-0,9
135
20-22
20 — 22
20-22
0,5-0,9
0,3-0.4
135. 37
20-22
0,5-0,9
28
32
135
0,5-0,9
26
19-19,5
0,5-0,9
150
26
20-22
0,5-0,9
20-22
0,5-0,9
20-22
0,5-0,9
0,5-0,9
22-20
28
32
20-22
0,5-0,9
37
20-22
0,5-0,9
20-22
0,3-0,4
I
0,5--0,9
180
19-19.5
Нап яжениеgyr U, В
Продолжение таблицы
Характер процесса сварки, наличие дефектов, формирование шва
Повышается пространственная устойчивость дуги, формирование шва равномерное, поры в шве отсутствуют, структура металла шва более измельченная, чем при сварке на номинальном токе
Структура металла.шва не измельчается
Появляются перерывы в горении дуги, образуются поры, снижается качество шва
Наблюдаются наплывы металла из ванны,начинает вытекать металл из ванны
Образуются длительные коротки замыкания дугового промежутка. неравномерность проллавления
Дуга пространственно неустойчивая, появляются поры в металле шва
Повышается пространственная устойчивость дуги, формирование шва равномерное, поры в шве отсутствуют, структура металла шва более измельченная, чем при сварке на номинальном токе
Наблюдаются наплывы, металл из ванны начинает вытекать
Появляются перерывы в горении дуги, образуются поры, снижается качество шва.
Структура металла по сравнению с непрерыв- ным током неиэменяется;
Образуются длительные короткие замыкания дугового промежутка, неравномерность проплавления соединения.
1776517
Продолжение таблицы арактер процесса сварки. Наличие дефектов, формирование шва
Напряжение дуги О, В д ги 1, А
Дуга пространственно неустойчивая, появляют-, ся поры в металле шва,, 4
Повышается пространст- венная устойчивость ду-
1 ги, формирование шва равномерное, поры в шве отсутствуют, структура металла более измельченная, чем при сварке на номинальном токе.
Металл из ванны вытекает, формирование wea затруднено, шов не качественный, Структура металла шва по сравнению с неизменяющимся током не измельчается.
Формирование шва неравномерное, металл вытекает из сварочной ванны.
0,5-0,9
20 — 22
20
28
0,5-0.9
20-22
0,5-0,9
20 — 22
180
0,5-0.9
20-22
28
32
0,5-0,9
20-22
180
0,3-0,4
20-22
45
0,5-0,9
20-22
2S-36
190
ca@ m@N vox
Схеиа переклоче ния статических ВАХ
Составитель О, Мееровский
Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Н. Слободяник
Редактор
Заказ 4092 Тираж Подписное
ВНИИПИ 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
