Способ электронно-лучевой сварки
Использование: электронно-лучевая сварка ферромагнитных материалов, способных намагничиваться в процессе изготовления деталей, соединений больших толщин Сущность изобретения в способе электронно-лучевой сварки ферромагнитных материалов с подачей присадочного металла, при котором сварку деталей выполняют по гарантированному зазору в стыке со сквозным проплавлением и заполнением зазора расплавленным металлом, величину зазора устанавливают пропорционально величине остаточной магнитной индукции В, мТл, по закону A vB. MM, a скорость подачи присадочной проволоки определяют из выражения Vn п 4 VCB Д (5 + + пл + гк)/ dn п , где VCB - скорость сварки, мм/с, Ьл - высота усиления шва с лицевой стороны стыка, мм, Ик - высота усиления корневой части шза, мм 6- толщина стыка мм; dn п диаметр присадочной проволоки, мм. 3 ил. 1 табл (Л С
СО)03 СОВГТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК Ц,, 1779511 А1
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ::;:::;-. "- :/ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4909896/08 (22) 11.02.91 (46) 07.12.92. Бюл. ¹ 45 (71) Научно-исследовательский институт технологии машиностроения (72) И.М.Фролов. В.П.Морочко. С,Н.Ковбасенко, Б.Ф.Якушин, А.В.Кострубатов, Ю.Г.Куцан, О,M.Íîâèêîâ и В.О.Токарев (56) Электронно-лучевая сварка /Под ред. Б.Е,Патона. Киев: Наукова Думка, 1987, с, 196-199. Патент США ¹ 4251709. кл. В 23 К 15/00, 1981. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧ ЕВОЙ СВАРКИ (57) Использование: электронно-лучевая сварка ферромагнитных материалов. способных намагничиваться в процессе изготовления деталей, соединений больших Изобретение относится к сварке, а именно к технологии электронно-лучевой сварки (ЗЛС) ферромагнитных, материалов (сталей; спеченных порошков), способных намагничиваться в процессе изготовления деталей и обладающих остаточной магнитной индукцией. и может быть использовано в машиностроении. На практике приходится часто сталкиваться с отклонениями электронного луча или самой литой зоны от плоскости свариваемого стыка ферромагнитных материалов, обладающих относительно высокой коэрцитивной силой (не менее 10 А/м), В качестве основных причин, вызывающих отклонение электронного луча при сварке однородных материалов. рассматривается остаточная намагниченность самого иэделия. Известен способ электронно-лучевой сварки ферромагнитных сталей с присадочным Металлом, при котором сварку деталей толщин. Сущность изобретения: в способе электронно-лучевой сварки ферромагнитных материалов с подачей присадочного Металла, при котором сварку деталей выполняют по гарантированному зазору в стыке со сквозным проплавлением и заполнением зазора расплавленным металлом, величину зазора устанавливают пропорционально величине остаточной магнитной индукции В, мТл; по закону Л = уВ, мм, а заЂ скорость подачи присадочной проволоки определяют из выоажения Ч„„=- 4 Ч„Ь (д + + hn+ hv)/ dnn., где \/,„— скорость сварки, мм/с; h — высота усиления шва с лицевой стороны стыка, мм; h< — высота усиления корневой части шва, мм; д — толщина стыка. мм; dn,ï, — диаметр присадочной проволоки, мм. 3 ил. 1 табл. выполняют по гарантированному зазору в стыке со сквозным проплавлением и заполнением зазора расплавленным присадочным металлом. Недостатком этого способа является отсутствие регламентированных рекомендаций по выбору зазора в стыке и скорости подачи присадочной проволоки. Отсутствие таких рекомендаций не позволяет обеспечить высокое качество сварных соединений ферромагнитных сталей, склонных к намагничиванию в процессе изготовления деталей из-за несплавления свариваемых кромок, и провисание литой зоны шва. Величина остаточной магни1ной индукции в зазоре отклоняет электронный луч от плоскости стыка и в корневой части шва образуется дефект — несплавление. которы;; возможно устранить только повторной сваркой. Зазор в стыке необходимо заполнять присадочным металлом, подаваемым с 1779511 регламентированной скоростью. Проблема усугубляется при ЭЛС больших толщин и деталей сложной несимметричной конфигурации, тороидальной формы. образующих замкнутые магнитные системы, Размагничивание деталей перед сваркой не устраняет намагниченность (поперечный вектор остаточной магнитной индукции) всей сварной конструкции. Цель изобретения — повышение качества сварных соединений деталей больших тол щин, Поставленная цель достигается тем. что в способе электронно-лучевой сварки ферромагнитных материалов с подачей присадочного металла, при котором сварку деталей выполняют по гарантированному зазору в стыке со сквозным проплавлением и заполнением зазора расплавленным металлом, величину зазора в стыке устанавливают пропорционально величине остаточной магнитной индукции В, мТл, по Зг— закону Л = уЯ, мм, а скорость подачи нрисадочной проволоки определяют из выражения: 4Чсв Л д+11сл+ 1к1 /п.п. г Л 1пп где Vc — скорость сварки, мм/с; Пп — высота усиления шва с лицевой стороны стыка, мм; пк — высота усиления шва с корневой стороны стыка, мм; бп.п — диаметр присадочной проволоки, мм; д — толщина стыка, мм, В результате анализа известных технических решений не выявлена предлагаемая совокупность признаков, поэтому предложение соответствует критерию "существенные отличия". Заявленные признаки, характеризующие выбор величины зазора в стыке и скорости подачи присадочной проволоки, являются новыми и оптимальными при сварке ферромагнитных материалов. На фиг.1 показана схема процесса ЭЛС с присадочным металлом; на фиг.2 — график зависимости изменения максимальной индукции в зазоре стыка от его величины; на фиг,3 — площадь поперечного сечения шва и схема расчета чп,п, Способ состоит в сборке свариваемых деталей 1 и 2 (фиг.1) с зазором в стыке 3, замере величины намагниченности В в стыке 3 и устрновке зазора согласно выражению Л вЂ”.— Vf3, мм. Электронным лучом 4 расплавляют свариваемые кромки деталей 1 и 2 и заполняют зазор Л в стыке 3 присадочным металлом в виде проволоки 5, пода5 20 со скоростью Чп, ваемой 4Чсв, где Чсв скоро кнопп сть сварки, мм/с; Ьп — высота усиления шва с лицевой стороны стыка, мм; Лк — высота усиления шва с корневой стороны стыка, мм; бп,n. — диаметр присадочной проволоки, мм, д — толщина стыка, мм. Известно, что магнитное поле может быть создано постоянными магнитами, переменным электрическим полем и движущимися электрическими зарядами. При ЭЛС ферромагнитных материалов реализуются все эти условия. Свариваемые намагниченные детали можно рассматривать как постоянные магниты, переменное электрическое поле наводится колеблющимся лучом, а движущийся электрический заряд возникает при прохождении тока через свариваемую деталь. Изменение формы поверхности заряженных тел (свариваемых деталей) приводит к изменению конфигурации образующихся электромагнитных полей, которые прогнозировать становится практически невозможно, Наличие при ЭЛС нескольких источников возникновения электрического поля усугубляет трудности при разработке методов предотвращения отклонения луча. Наиболее распространенными методами являются размагничивание свариваемых деталей или компенсирование остаточного магнитного поля дополнительными электромагнитными источниками. Однако полностью устранить намагниченность 35 деталей не удается, т,к. она зависит от многих факторов и наводится непосредственно в процессе сварки. Если свариваемые детали отличаются размерами и формой, то ме40 тод размагничивания малоэффективен. Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции В, определяемый через силу F, действующую на заряд в магнитном поле, Индукция магнитного поля в вакууме называется напряженностью магнитного поля Н. Если намагниченные детали установить с зазором Л то Н ослабевает обратно пропорционально квадрату расстояния между деталями, Поэтому величина Н зависит от ширины зазора Ь между магнитами. Однако это отношение справедливо для простых магнитных полей, создаваемых прямолинейным током. В действительности магнитное поле в свариваемых трехмерных деталях ориентировано в разных плоскостях и имеет разную плотность, Например, магнитные силовые линии "гуще" на периферии деталей. По этой причине компенсировать остаточные магнитные поля по длине стыка с помощью дополнитель ных источников малоэффективно и дорого. Поэтому предлагаемый способ предотвращения отклонения луча остаточной магнитной индукцией за счет выбора оптимальной величины зазора в стыке явля- 5 ется наиболее эффективным и простым. В проводимых экспериментах по намагничиванию образцов различных размеров и формы из ферромагнитных сталей 35Х2Н4МД и АК33 установлена обратно 10 пропорциональная зависимость изменения остаточной магнитной индукции В в зазоре Л между деталями от величины этого зазора, Чем больше величина Ь,тем меньше В (фиг.2). Перед испытаниями образцы намаг- 15 ничивались до В = 50 МТл, Магнитные характеристики в зазоре стыка определялись на установке MNC-3M щупом. В интервале 2,5 > Л> О, наиболее приемлемом для ЭЛС, значения В изменялись по зависимости 20 vQ = Л/К, где 1> К > О, MM/ìÒë,— коэффициент пропорциональности, изменяющийся в зависимости от величины В. При В = =max, К = min, а при В = min, равной 17 мТл, и Л=- 2,5 мм, при которых отклонение алек- 25 тронного луча практически отсутствует, К = =0,96. Численное значение К зависит от состава металла, формы и размера состыкованных образцов, но во всех случаях при КФ1 = V(3. Поэтому при величине зазора в 30 стыке, установленном пропорционально Vg, остаточная магнитная индукция не влияет на отклонение электронного луча. Выбранный оптимальный зазор Ь в стыке необходимо заполнять присадочным металлом. Поэтому обьем V подаваемого присадочного металла определяется обьемом пространства между свариваемыми кромками. Основным определяющим параметром режима является Vn,, — скорость 40 подачи присадочного металла, которая выбирается из соотношения и * а /и. и ГДЕ Vce — СКОРОСТЬ СВаРКИ, MM/С; hn, hx— высоты усиления шва с лицевой и корневой сторон, мм; dn,n äèàìåòð присадочной проволоки, мм; д — толщина стыка, мм, ПояснИМ ВЫВОД формулы Чп,п, предпо 50 ло>кив, что присадочный металл в виде проволоки заполняет только пространство между свариваемыми кромками. Объем V присадочного металла, необходимый для заполнения гарантированного зазора Ьв стыке деталей 1 и 2, складывается из обьеМоВ V1 = 5 д I, V2 = Л hn I и Чз = 6 пк I (фиг.3), Причем обьемы присадочного металла V2 и Чз, определяющие формирование усиления шва с лицевой и корневой сторон шва, приведены с учетом потерь металла на разбрызгивание и испарение. С другой стороны n6 ем V присадочного металла. подаваемого в I зону сварки за время tce = B виде прово /св Г Оп.п. 2 локи сечением,, можно записать г оп.п. 2 как V = Чп.п — — — . Приравнивая 4 Vca выражение для V, получим Al (д+ hn+ hK) == Vn.ï. (г с(п.п 2 . От куда А 4 /св ЯЫ и Ш* .Ы 2 л с1пп Пример. Выполняли ЭЛС стыковых деталей из стали АКЗЗ толщиной 40 и 60 мм с максимальной остаточной намагниченностью в зазоре стыка от 0 до 30 МТл. При этом зазор в стыке между свариваемыми деталял и меняли от 0 до 3,7 ММ, Оптимальное значение Ьопределяли по формуле h,= /ß . Режим сварки: Uycy, 60 кВ, Ice = 260 — 350 мА, Чсв = 3,6 мм/с, снап.п = 1,5 мм, с1равввртки = =2,5 мм. При этом замеряли отклонение корня шва от стыка и контролировали качество формирования шва. Оптимальное значение Vn и определяли из выражения V .n = Для этого задаЛ С1пп 2 вали необходимые значения hn и h, и подставляли их в формулу для Vп и, Результаты эксперимента представлены в таблице. Как видно из опытов 2, 8, 9, 10 с уменьшением значения В величина, обеспечивающая отсутствие Отклонения луча от ст lll3, уменьшается, Опь.ты 1-3, 6 — 11 свидетельствуют, что выбор Vn,п по предлагаемому выра>кени о обеспечивает равномерное, заданное усиление шва с лицевой и корневой сторон. Отклонение V n от расчетного значения приведет или к провисанию, или к черезмерному усилению шва (опыты 4, 5). Таким образом, выбор оптимальных значений зазора в стыке свариваемых ферромагнитных материалов и скорости подачи присадочной проволоки Обеспечивают качественное соединение деталей с остаточной намагниченностью, Это поз вол и1 и редотвратить брак свариваемых иэделий ответственного назначения. Формула изобретения Способ электронно-лучевой сварки с присадочным металлол1, при котором свариваемый стык собира от с гарантированным зазором, а сварку ведут со сквозным проплавлением, от л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений больших толщин из ферромагнит1779511 Л- Vg,мм, а скорость подачи присадочного металла нп.п устанавливают в соответствии с соотно-, шением: Влияние величины зазора в стыке и скорости подачи присадочной проволоки на качество сварных соединений стали АК33 ных материалов, склонных к намагничиванию при изготовлении деталей, образующих сварное соединение,.величину зазора в стыке устанавливают пропорционально величине остаточной магнитной индукции В 5 деталей, мТл, из выражения; 4 нсвт Л(д+Ь л+ к нпп 2. Л олп где нов — скорость сварки. мм/с: Ьд — высота усиления шва с лицевой стороны. стыка, мм; Ьк — высота усиления шва с корневой стороны стыка, мм; бп.л — диаметр присадочной проволоки, мм; д — толщина стыка, м. 1779511 В,си, МТл 6 я Фиг.2 Фиг.З Составитель И. Фролов Техред М.Моргентал Корректор Н. Милюкова Редактор О, Стенина Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 4408 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
