Способ автоматической дуговой сварки

 

Использование: для сварки неплавящимся электродом преимущественно тонкостенных конструкций. Способ автоматической дуговой сварки по замкнутой траектории неплавящимся электродом с отогнутым рабочим концом, при котором электроду придают вращательное движение по окружности и выбирают его такого направления, чтобы оно совпадало с направлением сварки или с направлением перемещения электрода по замкнутой траектории, а частоту вращения электрода выбирают из уравнения: ω = (0,5÷0,75) V_св/R_к, где V_св - линейная скорость сварки /мм/с/; R_к - эксцентриситет рабочего конца электрода /мм/; ω - частота вращения электрода /1/с/. 5 ил.

Изобретение относится к области сварки неплавящимся электродом преимущественно тонколистовых конструкций с замкнутой траекторией сварного шва, например панелей, свариваемых с силовым каркасом конструкции летательного аппарата.

Известен способ дуговой сварки в среде защитных газов с помощью неплавящегося электрода, заточенного на конус (1).

Недостатком этого способа является низкая технологическая возможность варьирования угла наклона дуги к поверхности изделия.2 Наиболее близким к предложенному является способ автоматической дуговой сварки по замкнутой траектории сварного шва неплавящимся электродом с отогнутым рабочим концом, при котором электроду придают вращательное движение по окружности (2).

Однако при сварке по замкнутой траектории панельных тонколистовых конструкций из-за неодинаковых условий теплоотвода в изделие (каркас) и панель не всегда удается обеспечить стабильное качество сварки в зонах резкого изменения траектории шва.

Предложенное технического решение направлено на улучшение качества шва за счет использования поперечной асимметрии теплового поля вращающейся дуги, возникающей при определенных соотношениях скорости вращения и поступательного перемещения электрода.

Способ автоматической дуговой сварки заключается в том, что направление вращения электрода выбирают совпадающим с направлением сварки (с направлением перемещения по замкнутой траектории), а частоту вращения электрода определяют по уравнению: где: V_св линейная скорость сварки (мм/с); R_к эксцентриситет рабочего конца электрода (мм); ω частота вращения электрода (1/e).

На фиг. 1 показан топливный бак-центроплан сверхзвукового самолета, плоские и криволинейные панели которого собраны и сварены с каркасом встык по замкнутой траектории. На фиг. 2 показан вид на одну из панелей в плане с указанием зон ограниченного теплоотвода. На фиг. 3 показана в плане траектория перемещения рабочего конца электрода при сварке. На фиг. 4 показаны благоприятные варианты сочетаний направления вращения и перемещения электрода по замкнутой траектории. На фиг. 5 показаны неблагоприятные варианты сочетаний направления вращения и перемещения электрода по замкнутой траектории.

Каркасно-панельная конструкция топливных баков-отсеков и цельносварных агрегатов самолета становится наиболее эффективной по весовым и эксплуатационным характеристикам при сборке и сварке панелей с каркасом встык по замкнутой траектории фиг. 1.

Однако в местах резкого изменения направления траектории шва (в радиусах округления углов) условия теплоотвода в изделие (в каркас и панель) не одинаковы. Чем меньше радиус округления углов у панели, тем больше вероятность перегрева кромки панели и образования прожога при сварке.

При одинаковых радиусах в острых углах (менее 90^o, фиг. 2, зона А) условия теплоотвода в панель хуже, чем в прямых углах (=90^o, фиг. 2, зона В), а в прямых углах хуже, чем в тупых (более 90^o, фиг. 2, зона С).

Различные условия теплоотвода в изделие (в каркас и панель) способствуют образованию прожогов при сварке на постоянном режиме и ухудшению качества шва.

Для снижения влияния асимметрии теплоотвода в изделие на качество сварки в описываемом способе используется асимметрия теплового поля вращающейся дуги, которая возникает при определенных соотношениях скорости вращения и поступательного перемещения электрода.

Траектория перемещения рабочего конца электрода при сварке в описываемом способе представляет циклойду фиг. 3, форма которой (траектория "полуволн") и количество тепловой энергии дуги, вводимое в изделие, зависит от соотношения скорости сварки V_св, скорости вращения w и величины эксцентриситета рабочего конца электрода R_к.

Увеличение w при неизменных V_св и R_к приводит к увеличению t₂ и уменьшению t₁, т. е. к уменьшению площади охватываемой отрицательной (условно "более холодной") полуволной циклойды и уменьшению прогрева дугой этой кромки стыка. Поперечная асимметрия теплового поля дуги в этом случае увеличивается.

Увеличение w при неизменных V_св и R_к приведет к уменьшению t₂, увеличению t₁ и как следствие к уменьшению и даже исключению поперечной асимметрии теплового поля дуги.

Оптимальные значения указанных параметров для решения поставленной задачи можно определить по формуле: Из построений циклойды фиг. 3 при различных значениях коэффициентов видно, что если то сварочная дуга пересекает ось шва через равные промежутки времени и длины (с равномерным шагом t₁ t₂).

Уменьшение коэффициента менее 0,5 приводит к неравномерному шагу (t₁>t₂) и чрезмерной, не приемлемой для целей сварки асимметрии теплового поля дуги.

При t₂ становится равным нулю (t₂ 0), и сварочная дуга пересекает ось шва дважды в одной и той же точке.

Дальнейшее увеличение коэффициента приводит к многократным пересечениям траектории ("полуволн") циклойды и выравниванию теплового поля дуги в поперечном направлении, что является также не приемлемым для решения поставленной задачи.

Таким образом, оптимальным является значение коэффициента, лежащее в пределе от 0,5 до 0,75.

Следует отметить, что правильный выбор параметров движения дуги по указанному выражению не всегда является достаточным. Для эффективного использования асимметрии теплового поля вращающейся дуге необходимо определенное сочетание направлений вращения электрода и его перемещения по траектории свариваемого шва.

Условно принимаем, что вращение электрода и его перемещенные по контуру по часовой стрелке является положительным со знаком "+", а против часовой стрелки отрицательным со знаком "-".

Из анализа схем, показанных на фиг. 4 и 5, видно, что "более холодная" полуволна циклойды будет располагаться на кромке панели (благоприятный вариант) только при совпадении направлений вращения и перемещения электрода, т. е. когда направления вращения и перемещения положительны или отрицательны (имеют одинаковые знаки). Если направления вращения и перемещения электрода имеют разные знаки, то "более холодная" полуволна циклойды будет располагаться на кромке каркаса, имеющей более интенсивный теплоотвод в изделие. В этом случае недогрев "более холодной" кромки каркаса фиг. 5 потребует увеличения тепловложения в изделие, что, в свою очередь, приведет к перегреву кромки панели и образованию прожога при сварке.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки 1. Авт. свид. СССР N 589102, кл. В 23 К 35/02, с приоритетом от 13.09.76.

2. Авт. свид. СССР N 616083, кл. В 23 К 9/16, с приоритетом от 29.04.79 (прототип).

Формула изобретения

Способ автоматической дуговой сварки по замкнутой траектории неплавящимся электродом с отогнутым рабочим концом, при котором электроду придают вращательное движение по окружности, отличающийся тем, что направление вращения электрода выбирают совпадающим с направлением сварки или с направлением перемещения электрода по замкнутой траектории, а частоту вращения электрода определяют по формуле
где V_св линейная скорость сварки, мм/с;
R_к эксцентриситет рабочего конца электрода, мм;
ω-- частота вращения электрода, 1/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5