Способ сварки
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (s1)s В 23 К 9/08
ПАТЕНТУ (2 ) 4776148/08 (2 ) 29.12.89 (4 ) 30.08.93 Бюл. ¹32 (7 ) Институт электросварки им, Е.О. Патона (7 ) В.С. Качинский, С.И. Кучук-Яценко, П.В, К знецов и В.Ю. Игнатенко (7 ) Институт электросварки им. Е.О. Патона (5 ) Гаген Ю.Г, и Таран В.Д. Сварка магнит управляемой дугой, M,: Машиностроение, 1 70, с.125-126.
Авторское свидетельство СССР №
1 50828, кл. В 23 К 9/08, 1983, (5 ) СПОСОБ СВАРКИ (5 ) Использование: производство сварных к нструкций, состоящих из стержневых, лит
К т
Г б в т н к с д р л н в
К д
СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
И ГКНТ СССР
Изобретение относится к сварке, в часости к способам сварки, при которых в честве источника нагрева свариваемых рцов изделий используется сварочная ду, управляемая магнитным полем, и может ть применено преимущественно в произдстве сварных конструкций, свариваемые рцы которых имеют форму прямолинейх, криволинейных, замкнутых или незамутых сечений, при получении стыковых единений, либо при сварке тавровых соенений, в которых свариваемые детали сполагаются в двух взаимно перпендикурных плоскостях, причем торец одной из х (например, трубы, листовой, стержней или профильной детали незамкнутого нтура) примыкает к боковой поверхности угой (например, пластины). стовых или профильных деталей незамкнутого контура. либо сварка труб или других деталей замкнутого контура, получение стыковых или тавровых соединений. Создают программное управляющее магнитное поле, при котором во время сварки изменяют величину магнитной индукции, осуществляя перемещение дуги по поверхности торцов свариваемых деталей, а момент изменения величины магнитной индукции определяют по достижении заданной величины напряжения на дуге. Способ позволит расширить диапазон форм и размеров свариваемых деталей, повысить качество сварных соединений. 17 ил.
Цель — расширение диапазона форм и ф размеров свариваемых деталей, повышение качества сварных соединений, автоматизация управления процессом сварки, На фиг. 1 показано смещение сварочной дуги на наружные кромки свариваемых торцов стержней; на фиг, 2 — перемещение сва- О рочной дуги по наружным кромкам, в O процессе нагрева свариваемых торцов стер- СЬ жней; на фиг, 3 — смещение сварочной дуги С) в область осевой линии свариваемых стержней, не фиг. 4 — ерещегееьнсе смещение 1;и 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
1838060 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 угоЛков перед осадкой; на фиг.
17а — график изменения напряжения на сварочной дуге в процессе сварки; на фиг. 17б — временная диаграмма изменения величины аксиальной Ва составляющей; на фиг. 17в — временные диаграммы изменения величины сварочного тока 1д (кривая 1) и перемещение S (кривая 2) подвижной плиты сварочной машины.
I, 2 — ; 3 — сварочная дуга: 4, 5 — магниты.
Способ сварки деталей сплошного сечения (нап ример, стержней) всты к осуществляется следующйм 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 промежутке 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 детали, являющейся анодом, а вторым полюсом кдетале являющейся катодом), После этого стержни разводят на установленный дуговой промежуток. Таким образом, с помощью короткого замыкания цепи возбуждается сварочная дуга 3.
Установленная величина магнитной индукции смещает сварочную дугу на наружные кромки (фиг. 1). Процесс нагрева свариваемых торцов, происходит при пере5 мещении 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 сваривае20 мых 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
35 смещается в область осевой линии свариваемых стержней (фиг. 3). Происходит изменение величины сварочного напряжения, При соответствии напряжения on ределенному диапазону значений происходит изменение
40 величины магнитной индукции магнитной индукции и сварочного тока. Изменение величины магнитной индукции приводит к вращательному смещению сварочной дуги к наружным кромкам свариваемых торцов
45 (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
1838060 д угдругу. В дуговом промежутке формирует я магнитное поле В.
Затем трубы сводят до соприкосновен я их торцов, включают источник питания.
П сле этого трубы разводят на определенн и дуговой промежуток. возбуждается дуга 3. Установленная величина магнитной и дукции смещает дугу на наружные кромк (фиг. 5). Процесс нагрева торцов происх дит при перемещении сварочной дуги по н ружным кромкам (фиг. 6). При этом ее и ложение контролируется по величине наи яжения.
За счет линейного расширения сварив емых торцов происходит изменение наи яжения в определенном диапазоне. По д стижении номинального значения напряж ния, соответствующего необходимому д я пластической деформацуии, прогреву т рцов, происходит изменение величины м гнитной индукции программного управл ющего магнитного поля. Сварочная дуга с ещается на внутренние кромки торцов т уб(фиг. 7). Происходит изменение величин сварочного напряжения, При соответств и напряжения определенному диапазону з ачений, происходит изменение величины м гнитной индукции и увеличение сварочн го тока. Изменение величины магнитной и дукциии приводит к вращательному смеению сварочной дуги к наружным кромкам т рцов труб (фиг, 8). Одновременное увелич ние сварочного тока приводит к очищен ю всей поверхности торцов от окислов.
П достижении определенного значения наи яжения на дуг производится осадка труб, Способ позволяет осуществлять сварку и астин встык. В данном случае сущность с особа заключается в следующем.
Пластины 1 и 2 (фиг. 9), подлежащие с арке, устанавливают с определенным дуг вым промежутком. Соосно со свариваеыми пластинами размещают магниты 4 и
5 Магниты устанавливают таким образом ч о они создают, на начальном этапе, асиметричные потоки, направленные навстреч друг другу. В дуговом промежутку ормируется управляющее магнитное поле . Затем пластины сводят до соприкосновеия их торцбв, включают источник питания с арочной дуги, После этого пластины разводят на определенный дуговой промежуток. С помощью короткого замыкания возбуждается сварочная дуга 3.
Установленная величина магнитной инукции смещает сварочную дугу на наружые кромки (фиг. 9). Процесс нагрева орцов, происходит при перемещении сва1
55 рочной дуги по наружным кромкам (фиг. 10).
При этом положение дуги контролируется по величине напряжения.
За счет линейного 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 (Во =
75 mT, Ва = 400mT), смещает дугу к кромкам до тех пор, пока заданное значение напряжения не установится в пределах 22
B 1838060 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 OT 03Qg 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 0з д., производится увеличение магнитной индукции в 2...4 раза от начальной величины и увеличение тока в 5...7 раэ. Увеличение магнитной индукции приводит к вращательному смещению дуги к наружным кромкам торцов. Одновременное увеличение тока приводит к очищению всей поверхности торцов от окислов. По достижении.напряжения на дуге величины, соответственно в 1,4...1,05 раза большей от Uaap... 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 авариваемых деталей с достаточной точностью 1,3й0.1 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. В результате применения предлагаемого способа сварки получили равномерное, без подреэов формирование шва по всему периметру соединения. Металлографическим анализом в. зоне сплавления не обнаружены несплавления и неметаллические включения. Технико-экономическая эффективность 0 от внедрения предлагаемого способа заключается в том, что возможна сварка труб, листовых, стержневых или профильных деталей незамкнутого контура. Кроме того, предлагаемый способ упро15 щает систему управления и сварочное оборудование. Отпадает необходимость в использовании дополнительного устройства управления магнитным полем и импульсного источника тока стоимостью 1000 руб. 20 При сварке трубы диаметром 42х8 мм с пластйной 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, 35 перемещая дугу по поверхности соединяемых торцов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона форм и размеров свариваемых деталей, повышения качества сварных соедине40 ний, автоматизации управления процессом сварки, дугу перемещают в направлении к наружной кромке свариваемых деталей, изменяя величину магнитной индукции, а момент изменения 45 величины магнитной индукции определяют по достижении заданной величины напряжения на дуге. 1838060 1838060 1838060 1838060 1838060 1838060 1838060 47 /1,с акаэ 2888 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! едактор Составитель И,Пентегов Техред ММоргентал Корректор АМотыль
