Способ электронно-лучевой сварки конструкций

Авторы патента:

Додон Раиса Васильевна (RU)

Вовченко Никита Вильевич (RU)

Александров Николай Васильевич (RU)

Курта Сергей Николаевич (RU)

Бланк Евгений Давыдович (RU)

B23K15/00 - Сварка или резка электронным лучом (электронно- или ионно-лучевые трубки H01J 37/00)

Владельцы патента RU 2527112:

Росссийская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки и может найти применение для сварки стыковых соединений толстолистовых конструкций в различных отраслях машиностроения. Способ заключается в том, что кромки элементов конструкций собирают встык с зазором. Сварку осуществляют в вакууме с разверткой электронного пучка, обеспечивая формирование корня шва и части его сечения, а оставшуюся часть сечения шва с лицевой стороны наплавляют присадочным материалом. При этом одну из кромок выполняют скошенной и обеспечивают увеличение зазора между кромками к лицевой стороне, а центр развертки электронного пучка смещают в сторону скошенной кромки. Величина зазора между кромками с обратной стороны не должна превышать 0,5 мм, а зазор между кромками с лицевой стороны составляет 1-2 мм. Развертку электронного пучка осуществляют по круговой траектории с диаметром d=(3/2)b-(1/2)а, со смещением центра от нескошенной кромки к скошенной на величину Δ=(a+b)/4, где: а - зазор между кромками с обратной стороны, b - зазор между кромками с лицевой стороны. Техническим результатом предлагаемого способа является повышение качества электронно-лучевой сварки конструкций больших толщин. 2 з.п. ф-лы.

Предлагаемое техническое решение относится к области способов для электронно-лучевой сварки и может найти применение для сварки стыковых соединений толстолистовых конструкций в различных отраслях машиностроения.

Известны способы электронно-лучевой сварки, при которых величина зазора в стыке свариваемых кромок не превышает 0,1-0,2 мм при толщине металла 3,0-30 мм и 0,3 мм при толщине более 30 мм [1]. Однако при электронно-лучевой сварке конструкций больших толщин (более 15 мм) часто встречаются такие специфические дефекты, как протяженные полости в объеме сварного шва.

Существует также способ электронно-лучевой сварки конструкций [2], например, крыльевых устройств для судов с динамическим принципом поддержания, который заключается в том, что листы обшивки собирают встык с образующимся зазором до 3 мм. Сварку осуществляют электронным пучком в вакууме, при развертке пучка симметрично относительно условной линии оси шва, проходящей посередине зазора между кромками листов обшивки. При этом обеспечивается формирование основного сечения и корня шва без подкладок. Затем недостающую часть сечения и вершину шва с лицевой стороны наплавляют присадочным материалом.

Данный способ ориентирован на сварку стыковых соединений обшивки крыльевых устройств, толщина которых обычно составляет 10-20 мм.

При сварке стыковых соединений при толщине кромок 20-50 мм снижается качество сварки, т.к. наличие равномерного зазора может приводить к возникновению дефектов шва типа протяженные полости и прожогов, что связано с необходимостью увеличения мощности электронного пучка.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение качества электронно-лучевой сварки конструкций больших толщин.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе электронно-лучевой сварки конструкций, заключающемся в том, что кромки элементов конструкций собирают встык с зазором, сварку осуществляют в вакууме с разверткой электронного пучка, обеспечивая формирование основного сечения и корня шва, а недостающую часть сечения и вершину шва с лицевой стороны наплавляют присадочным материалом, согласно изобретению одну из кромок выполняют скошенной с увеличением зазора к лицевой стороне, а развертку электронного пучка смещают в сторону скошенной кромки.

Величина зазора между кромками с обратной стороны не должна превышать 0,5 мм, а зазор между кромками с лицевой стороны составляет 1-2 мм. Развертку электронного пучка осуществляют по круговой траектории с диаметром d=3/2b-1/2а, со смещением центра от нескошенной кромки в сторону скошенной кромки на величину Δ=(a+b)/4, где: а - зазор между кромками с обратной стороны, b - зазор между кромками с лицевой стороны.

Зазор, формируемый за счет скоса одной из кромок и увеличивающийся к лицевой стороне свариваемых элементов конструкций, улучшает вывод из канала проплавления парогазовой фазы, предотвращая образование дефектов типа протяженные полости, а применение круговой развертки электронного пучка со смещением центра развертки в сторону скошенной кромки обеспечивает равномерное оплавление скошенной и нескошенной кромок.

Во ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» осуществлена реализация предлагаемого способа.

На установке ЭЛУ-20Б произведена сварка стыковых соединений стали 38Х2Н2МА толщиной 50 мм с зазором от 0,3 мм с обратной стороны до 1 мм с лицевой стороны. Металлографический контроль показал отсутствие дефектов типа поры и протяженные полости во всем сечении шва. Разрушение образцов, вырезанных поперек шва и испытанных на статический разрыв, происходило по основному металлу.

По сравнению с прототипом использование предлагаемого способа повышает качество электронно-лучевой сварки конструкций больших толщин за счет уменьшения пористости и исключения сварочных дефектов типа протяженные полости.

Предлагаемый способ может быть рекомендован для электроннолучевой сварки конструкций больших толщин из высокопрочных сталей.

Источники информации

1. Кайдалов А.А. Электронно-лучевая сварка и смежные технологии. Киев, Экотехнология, 2004 г., с.144, 136.

2. Заявка РФ 93029014 - прототип.

1. Способ электронно-лучевой сварки конструкций, включающий сборку элементов конструкции встык с зазором между кромками и сварку в вакууме с разверткой электронного пучка, при этом формируют корень и часть сечения шва, а оставшуюся часть сечения шва с лицевой стороны формируют наплавкой присадочного материала, отличающийся тем, что одну из кромок выполняют скошенной и при сборке элементов конструкций обеспечивают увеличение зазора между кромками к лицевой стороне шва, причем используют круговую развертку электронного пучка со смещением центра развертки в сторону скошенной кромки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величина зазора между кромками с лицевой стороны шва составляет 1-2 мм, а с обратной стороны не превышает 0,5 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр круговой развертки электронного пучка составляет d=(3/2)b-(1/2)a, а смещение центра его развертки от нескошенной кромки к скошенной кромке производят на величину Δ=(a+b)/4, где
a - зазор между кромками с обратной стороны,
b - зазор между кромками с лицевой стороны.

Изобретение относится к способу электроннолучевой сварки и позволяет улучшить качество сварных соединений. Способ включает приложение к плоскости стыка свариваемых деталей локального магнитного поля, направление электронного луча на стык с образованием канала проплавления и электроннолучевую сварку деталей в нижнем положении с несквозным проплавлением.

Способ изготовления каркасов искусственных клапанов сердца из технически чистого титана // 2514765

Изобретение относится к способу изготовления сварных изделий, преимущественно сварных каркасов искусственных клапанов сердца ИКС. Способ изготовления каркасов искусственных клапанов сердца из технически чистого титана включает сборку и сварку деформированной волочением проволоки и пластины и термическую обработку.

Способ получения стыкового замкового соединения разнотолщинных деталей // 2510316

Изобретение относится к области сварки, в частности к электронно-лучевой сварке в вакууме разнотолщинных деталей. Стыковое замковое соединение осуществляется между деталью с большей толщиной, на торце свариваемой кромки которой выполняют основание замка, и деталью с меньшей толщиной, которая пристыковывается к ней.

Узел соединения трубопровода из нержавеющей стали с сосудом из титанового сплава и способ его изготовления // 2450197

Изобретение относится к металлургии, в частности к сварке и пайке металлов, и может быть использовано для изготовления различных изделий в ядерной энергетике и других отраслях машиностроения.

Способ сварки электронным лучом // 2448822

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в технологии производства ответственных сварных конструкций. .

Способ сварки электронным лучом // 2448821

Изобретение относится к электронно-лучевой обработке и позволяет получить качественные сварные соединения изделий большой толщины путем повышения стабильности формирования шва при глубоком несквозном проплавлении с конструктивно заданным зазором.

Устройство для удержания деталей в способе ремонта лопатки моноблочного турбинного диска турбины // 2446931

Изобретение относится к устройству для удержания деталей при ремонте лопатки моноблочного турбинного диска турбины посредством электронно-лучевой сварки вставки с лопаткой по плоскости стыка.

Способ электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов // 2433024

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов. .

Способ электронно-лучевой сварки // 2433023

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки и предназначено для получения неразъемных сварных соединений. .

Способ формирования дискретного наплавочного покрытия на пере лопатки турбомашины // 2420610

Изобретение относится к способам наплавки при восстановлении изношенных и упрочнении новых деталей ГТД, ГТУ и паровых турбин, а именно лопаток турбомашин. .

Способ формирования стыка деталей большой толщины из титановых сплавов, соединяемых электронно-лучевой сваркой // 2527566

Изобретение относится к области корпусного судостроения и может быть применено при соединении сваркой деталей большой толщины. Способ формирования стыка соединяемых деталей большой толщины из титановых сплавов при электронно-лучевой сварке включает образование подкладки из припуска одной из деталей. Подкладку удаляют при механической обработке после сварки стыка при вертикальном положении луча. Толщину и ширину подкладки выполняют равной соответственно 0,25-0,35 и 0,10-0,15 от толщины стыка. С обратной стороны подкладки напротив стыка выполняют риску глубиной 0,004-0,006 от толщины стыка, по которой визуально оценивают отсутствие непровара по выходу проплава. Предлагаемая технология обеспечивает получение высококачественного сварного соединения.2 ил.

Способ электронно-лучевой сварки разнородных металлических материалов // 2534183

Способ электронно-лучевой сварки разнородных металлов или сплавов предназначен для изготовления сварных конструкций больших толщин. Способ включает направление электронного пучка на свариваемый стык с лицевой его стороны. В процессе сварки электронный пучок отклоняют в сторону материала с отрицательным термоэлектрическим потенциалом под острым углом φ(0) к стыку. Обеспечивают отклонение от стыка оси пучка с обратной стороны свариваемой детали под воздействием магнитных полей термоэлектрических токов под углом, равным упомянутому углу φ(0). Величину угла φ(0) определяют в зависимости от заряда и массы электрона, ускоряющего напряжения, магнитной индукции на поверхности стыка, толщины свариваемой детали и коэффициента, учитывающего для каждой пары разнородных материалов параметры стыка и температуру нагрева. Изобретение позволяет повысить качество сварных соединений из разнородных металлов и сплавов большой толщины с отсутствием непроваров по толщине стыка. 2 ил.

Способ соединения первого компонента со вторым компонентом с наклонной ориентацией соединительных выступов и узел из двух указанных компонентов // 2545973

Изобретение относится к способу изготовления узла, полученного путем соединения первого конструктивного компонента (1) со вторым конструктивным компонентом. Подготавливают первый конструктивный компонент (1) путем формирования группы удлиненных выступов (3) на его соединительной поверхности (2). Каждый выступ (3) имеет осевую линию, конец и основание. Осевая линия на конце каждого выступа (3) ориентирована под углом относительно перпендикуляра к соединительной поверхности (2) у основания выступа, и угловая ориентация осевых линий, проходящих через концы выступов, изменяется в пределах группы выступов (3). Затем первый конструктивный компонент и множество отверждаемых гибких ламинатных слоев соединяют таким образом, чтобы ввести выступы (3) в по меньшей мере некоторые отверждаемые гибкие ламинатные слои, и осуществляют отверждение гибких слоев для получения второго конструктивного компонента. Использование способа позволяет обеспечить повышение прочности получаемых узлов конструктивных элементов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ изготовления зубца вил и зубец вил // 2556807

Способ изготовления зубца (18) вил для погрузочно-транспортных устройств с, по существу, горизонтальной в рабочем положении лопастью (5) вил и прилегающей к ней через изгиб вил, по существу, вертикальной спинкой (20) вил, которая снабжена присоединительными элементами (2, 3) для транспортных устройств, причем зубец вил состоит из нескольких соединенных друг с другом частей, заключается в том, что, по крайней мере, некоторое количество частей сваривается друг с другом. При этом части зубца вил свариваются друг с другом посредством электронно-лучевой сварки и/или лазерной сварки. Сварной шов между прилегающими друг к другу поверхностями частей проводится с двух сторон по поверхности на глубину минимум 15 мм. Изобретение обеспечивает повышение прочности зубца. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 16 ил.

Способ электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов // 2570270

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способу электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов в вакууме. Способ включает несквозное проплавление стыка (3) свариваемых деталей (4) электронным лучом (2) и создание постоянного магнитного поля внутри свариваемых деталей, величина которого максимальна в зоне корня шва. В процессе сварки отклоняют луч (2) и вместе с ним острие канала проплава (11) вдоль стыка в направлении хода шва или в противоположную сторону. Способ улучшает качество сварных соединений немагнитных металлов и сплавов при несквозном проплавлении за счет устранения колебания глубины канала провара и снижения вероятности возникновения дефектов и расширяет технологические возможности. 4 ил., 1 пр.

Способ изготовления ротора турбины из никелевого жаропрочного сплава // 2571673

Изобретение относится к области изготовления ротора турбины газотурбинного двигателя, состоящего из двух и более деталей, изготовленных преимущественно из никелевого жаропрочного сплава с применением электронно-лучевой сварки. Способ включает получение по меньшей мере двух заготовок компонентов ротора из высокопрочного деформируемого никелевого сплава, предварительную термическую обработку заготовок, их соединение посредством электронно-лучевой сварки с формированием сварного шва и окончательную термическую обработку сварной конструкции ротора. Формирование сварного шва производят путем перемещения свариваемых заготовок относительно источника излучения со скоростью 5-30 м/ч, заготовки компонентов ротора получают из жаропрочного деформируемого никелевого сплава, содержащего, мас.%: углерод 0,05-0,07, хром 14-16, кобальт 15-17, молибден 4,5-5, вольфрам 1-1,8, ниобий 4,2-4,7, суммарное содержание алюминия и титана 2,5-3, цирконий 0,5-0,8, бор 0,001-0,003, магний 0,01-0,03, лантан 0,01-0,03 и неизбежные примеси и никель - остальное. Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение работоспособности конструкции ротора при температуре до 750°C, повышение надежности сварных соединений, повышение прочности сварного шва и основного металла заготовок. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Устройство электронно-лучевой пушки r-250 // 2594932

Изобретение относится к электронно-лучевой пушке, которая содержит охлаждаемый анодный узел со втулкой, охлаждаемый катодный узел со вставкой для ввода высокого напряжения, штуцер подачи водорода, фокусирующую электромагнитную линзу, отклоняющую систему. Охлаждение катода производится за счет U-образного канала, образованного между торцом вставки и обратной стороной катода, площадь сечения которого сужается к центру катода за счет клина, сделанного на торце вставки. Анодный узел охлаждается за счет спиралевидного канала, выполненного через весь корпус анода. Фокусирующая электромагнитная линза состоит из независимых друг от друга трех электромагнитных катушек, жестко установленных на аноде в стальных корпусах. Каждая катушка имеет отдельный регулируемый источник питания. Штуцер подачи водорода установлен в корпус анода. Отклоняющая система устройства изготовлена в виде кольца и устанавливается на корпус анода в готовом виде со стороны его нижнего торца. Для подачи водорода используется медная втулка, которая устанавливается в корпус анода по холодной посадке, для закручивания потока водорода на внешней стороне втулки изготовлены каналы под углом к оси втулки. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ соединения лучевой сваркой стрингеров с обшивкой при изготовлении стрингерных панелей // 2614358

Изобретение относится к области лучевой сварки и может быть использовано в производстве панельных стрингерных конструкций. Способ включает установку стрингера на бурт, выполненный на обшивке по месту расположения стрингера, и его прихватку, позиционирование и прижим стрингера в зоне сварки посредством головки с направляющими роликами, сварку стрингера с буртом обшивки одновременно двумя лучами, направленными с двух противоположных сторон стрингера и перемещаемыми вдоль сварного стыка стрингера. При этом сварку с одной стороны стрингера осуществляют первым лучом с обеспечением проплавления на глубину, равную 0,8-0,9 толщины стрингера, а с другой стороны стрингера производят сварку вторым лучом с обеспечением проплавления на глубину, равную 0,2-0,3 толщины стрингера, при этом первый луч перемещают перед вторым лучом на расстоянии, превышающем длину сварочной ванны первого луча. Изобретение позволяет повысить качество сварного соединения стрингеров с повышенной толщиной и жесткостью. 7 ил.

Способ резки хрупких материалов // 2617482

Изобретение относится к способам резки (термораскалывания) хрупких материалов, таких как пластины из любого типа стекла, всех типов керамики, а также полупроводниковых материалов, и может использоваться в автомобилестроении для изготовления стекол и зеркал, в электронной промышленности, а также в других областях техники. Способ включает нагрев поверхности материала по линии реза с помощью лазерного пучка, создание несквозного надреза материала по линии реза, дополнительное воздействие на поверхность материала в зоне нанесения надреза упругими волнами, охлаждение зоны нагрева поверхности материала с помощью хладагента, при этом упругими волнами воздействуют на поверхность материала в зоне действия хладагента. Дополнительное воздействие на поверхность материала осуществляют не менее чем двумя источниками упругих волн, которые располагают с противоположных боковых сторон материала поперек линии реза, при этом получают упругие волны, амплитуду и частоту которых выбирают из условия формирования в материале зоны стоячей упругой волны с периодическим изменением механических напряжений, совмещенной с зоной нагрева, для углубления надреза на заданную глубину или сквозной резки. Зону нагрева формируют импульсным лазерным пучком, а зоны стоячей упругой волны совмещают со сформированной зоной нагрева, причем максимальную интенсивность излучения лазера совмещают с временем максимального разряжения механических напряжений. Дополнительно можно сформировать несколько зон нагрева импульсным лазерным пучком для создания дополнительных линий реза. Технический результат заключается в повышении скорости резки материалов и увеличении толщины разрезаемого материала. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ электронно-лучевой сварки плиты с оребрённой поверхностью // 2627553

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки плиты с оребренной поверхностью и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Сварку осуществляют со стороны плиты. Предварительно на внешнюю поверхность плиты наносят места сварки, совпадающие с местами сварки на оребренной поверхности. В местах сварки выполняют сквозные одноступенчатые отверстия с уменьшением диаметра по глубине плиты. Совмещают свариваемые детали. В отверстия, выполненные в плите, устанавливают штифты до контакта с ребром. Высота штифта превышает глубину внутреннего отверстия в плите. После чего производят точечную сварку в местах установки штифтов. Высота выступания штифта в наружное отверстие составляет не менее половины его глубины. Плита и оребренная поверхность могут быть выполнены из тонколистового титанового сплава. Изобретение обеспечивает минимальные значения послесварочных деформаций, высокую точность сборки свариваемых деталей, исключающую их взаимное смещение, и возможность получения качественных сварных соединений в различных пространственных положениях. 2 з.п. ф-лы, 1ил., 1 пр.