Способ многослойной электронно-лучевой сварки

Изобретение относится к способу многослойной лучевой сварки. Осуществляют создание непосредственно в узком зазоре между свариваемыми деталями над сварочной ванной переменного отклоняющего магнитного поля электромагнитной системой, с катушкой индуктивности и разомкнутым магнитопроводом, имеющим магнитные наконечники со сквозными каналами. Магнитные наконечники располагают над сварочной ванной, изменяют электрический ток в катушках индуктивности и время действия электронного луча на боковые стенки узкого зазора и на присадочный материал для регулирования величины и постоянства оплавления боковых стенок узкого зазора и присадочного материала. Осуществляют направление электронного луча на свариваемые детали и на присадочный материал внутри ферромагнитного лучепровода, экранирующего переменное магнитное поле. Подачу присадочного материала в сварочную ванну осуществляют сквозь каналы магнитных наконечников. Технический результат заключается в уменьшении зоны термического влияния, повышении надежности сварного шва и получении высокой стабильности и энергетической эффективности сварочного процесса. 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, и предназначено для создания сварных конструкций, методом электронно-лучевой сварки с присадочной проволокой, в частности к технологии электронно-лучевой сварки энергетического оборудования, в том числе для получения соединений разнородных материалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известен способ сварки электронным лучом (патент РФ №2448822 МПК В23К 15/00, B23K 33/00, опубл. 27.04.2012 Бюл. №12) включающий создание магнитного поля, формирование заданной геометрии электронного луча, направление луча к лицевой плоскости свариваемых деталей под острым углом входа α и отклонение его по толщине детали снизу вверх на острый угол выхода луча β относительно задней плоскости свариваемых деталей, при этом свариваемые детали устанавливают с зазором, в который подают присадочный материал, оплавляют кромки и присадочный материал электронным лучом и формируют общую сварочную ванну, при этом ширину зазора выбирают из условия 1,1d≤h≤1,2d, где h - ширина зазора, d - диаметр присадочного материала.

Однако в данном методе сварки ограничена толщина свариваемых деталей мощностью электронно-лучевой установки, с увеличением толщины возрастает вероятность появления дефектов. Кроме того, нет возможности применения способа при отсутствии доступа к корню шва.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ многослойной электронно-лучевой сварки в узкий зазор (авторское свидетельство СССР №1530381, МПК В23К 15/00, опубл. 23.12.1989), с подачей присадочного материала в сварочную ванну и с периодическими поперечными колебаниями электронного луча относительно нейтрального положения вплоть до взаимодействия с боковыми стенками узкого зазора, поперечные колебания электронного пучка осуществляются с частотой 1-1000 Гц, причем электронный пучок отклоняют только в пределах зазора, создавая непосредственно в зазоре отклоняющее магнитное поле. В данном решении заявляется возможность обеспечения качественной сварки изделий из неферромагнитных материалов толщиной более 50 мм при ширине зазора 2-8 мм.

Недостатками этого способа является непостоянство магнитного поля относительно высоты стыка, причем при удалении от корня шва индукция магнитного поля уменьшается по экспоненциальному закону, поэтому необходима коррекция магнитного по мере выполнения последующих слоев многослойного сварного шва. Кроме того, нет возможности сварки ферромагнитных и разнородных материалов, применения способа при отсутствии доступа к корню шва, регулирования тепловложения между присадочным материалом и боковыми стенками узкого зазора.

Технической задачей изобретения является повышение качества сварных соединений деталей больших толщин в том числе из разнородных металлов и сплавов, а также сталей разных структурных классов.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении зоны термического влияния, повышение надежности сварного шва, обеспечение высокой стабильности и энергетической эффективности сварочного процесса, в том числе для разнородных металлов и сплавов, а также сталей разных структурных классов.

Это достигается тем, что в известном способе многослойной электроннолучевой сварки, заключающемся в создании непосредственно в узком зазоре между свариваемыми деталями переменного отклоняющего магнитного поля электромагнитной системой, содержащей катушку индуктивности и разомкнутый магнитопровод, направлении электронного луча и поперечные колебания электронного луча относительно нейтрального положения в пределах узкого зазора вплоть до взаимодействия с боковыми стенками узкого зазора, и подачу присадочного материала в сварочную ванну, создание переменного магнитного поля в узком зазоре осуществляют над сварочной ванной, разомкнутый магнитопровод снабжают магнитными наконечниками со сквозными каналами, при этом магнитные наконечники располагают над сварочной ванной, изменяют электрический ток в катушках индуктивности и время действия электронного луча на боковые стенки узкого зазора и на присадочный материал для регулирования величины и постоянства оплавления боковых стенок узкого зазора и присадочного материала, направление электронного луча на свариваемые детали и на присадочный материал осуществляют внутри ферромагнитного лучепровода экранирующего переменное магнитное поле, при этом подачу присадочного материала в сварочную ванну осуществляют сквозь каналы магнитных наконечников, а величина узкого зазора выбирают превышающей толщину магнитных наконечников на 1-2 мм.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведено устройство реализации способа многослойной электронно-лучевой сварки, на фиг. 2 изображен электронный пучок отклоненный магнитным полем в узком зазоре между свариваемыми деталями, на фиг. 3 показано изменение тока в катушках индуктивности для регулирования тепловложения между присадочным материалом и боковыми стенками узкого зазора.

Устройство для реализации способа сварки содержит лучепровод 1, электромагнитную систему 2, включающую катушки индуктивности 3, разомкнутый магнитопровод 4, магнитные наконечники 5 с каналами для подачи присадочного материала 6, присадочный материал 7, свариваемые детали 8 образующие боковые стенки узкого зазора 9, узкий зазор 10, переменное отклоняющее магнитное поле 11, сварной шов 12, сварочную ванну 13, электронный пучок 14, регулируемый источник тока для питания катушек индуктивности 15.

Устройство, реализующее способ сварки, работает следующим образом.

Свариваемые детали 8 устанавливаются с образованием узкого зазора 10 превышающем толщину магнитных наконечников 5 на 1…2 мм. В узкий зазор 10 между свариваемыми деталями 8 вводятся магнитные наконечники 5 электромагнитной системы 2, в каналы для подачи присадочного материала 6 вводится присадочный материал 7. Электронный пучок 14 направляется внутри лучепровода 1 на свариваемые детали 8 и присадочный материал 7 между магнитными наконечниками 5.

На катушки индуктивности 3 электромагнитной системы 2 подается переменный электрический ток, который создает переменный магнитный поток в разомкнутом магнитопроводе 3 и переменное отклоняющее магнитное поле 11 между магнитными наконечниками 5 направленное вдоль узкого зазора 10. Переменный электрический ток в катушках индуктивности 5 имеет форму показанную на фиг. 3. На электроны образующие пучок, движущиеся в переменном магнитном поле 11 действует сила Лоренца отклоняющая электронный луч 14 попеременно на боковые стенки узкого зазора 9 и присадочный материал 7, причем величина отклонения электронного луча, время действия электронного луча на боковые стенки узкого зазора t1 и t3, на присадочный материал t2 и частота изменения переменного отклоняющего магнитного поля f=1/T, где Т - период изменения магнитного поля, регулируется источником переменного тока 15, таким образом, чтобы минимизировать оплавление боковых стенок узкого зазора 9. Для получения качественного формирования сварного соединения, величина отклонения электронного луча, время действия электронного луча на боковые стенки узкого зазора t1 и t3, на присадочный материал t2, частота изменения переменного отклоняющего магнитного поля f и скорость подачи присадочного материала 7 в узкий зазор 10 выбираются экспериментально в зависимости от величины узкого зазора 10, теплофизических свойств материалов свариваемых деталей 8 и присадочного материала 7, скорости перемещения электронного луча 14 и электромагнитной системы 2.

Далее производится перемещение электронного луча 14 и электромагнитной системы 2 вдоль узкого зазора 10 между свариваемыми деталями 8 и подача присадочного материала 7, при этом устанавливается величина тока электронного луча 14 достаточная для оплавления присадочного материала 7 и боковых стенок узкого зазора 9 при заданной скорости перемещения электронного луча 14 и электромагнитной системы 2 и скорости подачи присадочного материала 7.

В процессе сварки происходит оплавление боковых стенок узкого зазора 9 и присадочного материала 7 с образованием общей сварочной ванны. Увеличение амплитуды отклонения электронного луча 14 и времени действия электронного луча на боковые стенки узкого зазора t1 и t3 будет приводить к увеличению плавления металла боковых стенок узкого зазора 9 и росту сварочных напряжений и деформаций, при снижении амплитуды отклонения электронного луча возникает опасность несплавления металла сварочной ванны 13 и боковых стенок узкого зазора 9. Амплитуда отклонения электронного луча 14 должна превышать величину узкого зазора 10.

Величина узкого зазора 10 должна быть минимальной для уменьшения объема наплавляемого материала, но при этом должна позволять свободно перемещать магнитные наконечники 5 электромагнитной системы 2 вдоль узкого зазора 10 в процессе сварки, поэтому рекомендуемые размеры узкого зазора 10 на 1…2 мм больше толщины магнитных наконечников.

После того как произведена сварка первого валика, производится подъем электромагнитной системы 2 на величину равную высоте первого валика 12 и производится наплавление второго валика. Перемещения повторяются до тех пор, пока узкий зазор 10 не будет полностью заполнен.

Использование изобретения позволяет получать качественные сварные швы со стабильными геометрическими параметрами по всей высоте узкого зазора, создавать сварные конструкции с большой толщиной сварного стыка, уменьшить зону термического влияния, повысить надежность сварного соединения, обеспечить высокую стабильность и энергетическую эффективность сварочного процесса, в том числе для разнородных металлов и сплавов, а также сталей разных структурных классов.

Способ многослойной электронно-лучевой сварки, включающий создание в узком зазоре между свариваемыми деталями переменного отклоняющего магнитного поля посредством электромагнитной системы, содержащей катушку индуктивности и разомкнутый магнитопровод, направление электронного луча и его поперечные колебания относительно нейтрального положения в пределах узкого зазора вплоть до взаимодействия с боковыми стенками узкого зазора, и подачу присадочного материала в сварочную ванну, отличающийся тем, что переменное магнитное поле создают в узком зазоре над сварочной ванной, при этом используют разомкнутый магнитопровод с магнитными наконечниками со сквозными каналами, которые располагают над сварочной ванной, и осуществляют регулирование величины и постоянства оплавления боковых стенок узкого зазора и присадочного материала путем изменения электрического тока в катушках индуктивности и времени действия электронного луча на боковые стенки узкого зазора и на присадочный материал, причем направление электронного луча на свариваемые детали и на присадочный материал осуществляют внутри ферромагнитного лучепровода, экранирующего переменное магнитное поле, при этом подачу присадочного материала в сварочную ванну осуществляют сквозь каналы магнитных наконечников, а величину узкого зазора выбирают превышающей толщину магнитных наконечников на 1-2 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки (ЭЛС) кольцевых швов в вакууме титановых сплавов. Способ включает подготовку кромок под сварку, сборку их встык, плавление электронным лучом свариваемого стыка.

Изобретение относится к устройству для определения распределения плотности энергии для контроля фокусировки электронного пучка при электронно-лучевой сварке. Устройство содержит контроллер 1 и преобразователь 2 поперечного распределения энергии электронного пучка в аналоговый сигнал.

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки. Периодически осуществляют регистрацию рентгеновского излучения из корневой части канала проплавления в плоскостях, поперечных каналу проплавления между плоскостями, расположенными с разных сторон и на равных расстояниях относительно ядра плазмы.

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки металлов. Осуществляют синфазную осцилляцию фокуса электронного луча и осцилляцию продольных отклонений луча в частотном диапазоне от 300 до 2000 Гц по синусоидальному или линейному закону.

Изобретение предназначено для осуществления процесса электронно-лучевой сварки в условиях действия магнитных полей, наводимых в свариваемом изделии. Устройство содержит электронно-лучевую пушку, фокусирующую систему, отклоняющие катушки, генератор сканирования электронного пучка поперек стыка и вдоль него, блок наведения электронного пучка на стык соединения, электропривод перемещения электронно-лучевой пушки, источник компенсирующего магнитного поля, рентгеновский датчик с щелевым коллиматором, установленный на электронно-лучевой пушке таким образом, что проекция коллимационной щели на поверхности свариваемого изделия совпадает с оптической осью электронно-лучевой пушки и расположена параллельно стыку соединения.

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки. Сварку осуществляют со сквозным проплавлением и регулированием мощности электронного пучка.

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки. Способ электронно-лучевой сварки осуществляется с оперативным контролем удельной мощности и степени фокусировки электронного луча, причем сварку проводят с осцилляцией электронного луча в частотном диапазоне от 300 до 2000 Гц по синусоидальному или линейному закону, в процессе сварки измеряют и подвергают фильтрации и выпрямлению сигнал вторичного тока в цепи коллектора электронов, затем проводят обработку отфильтрованного и выпрямленного или исходного сигнала вторичного тока методом синхронного накопления и измеряют величину запаздывания этого сигнала относительно сигнала тока в отклоняющих катушках.

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке, в частности к способам контроля процесса электронно-лучевой сварки, и может быть использовано для сварки ответственных изделий со сложной геометрией и повышенными требованиями к качеству сварного соединения.

Способ электронно-лучевой сварки с контролем и управлением удельной мощности электронного луча непосредственно в процессе сварки может быть использован для изготовления сварных изделий из конструкционных материалов.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и может быть использовано при изготовлении моноколес, применяемых в роторах газотурбинных двигателей. Способ включает изготовление полых лопаток с образованием аэродинамического профиля пера и замковой части, технологического кольца и диска, сварку лопаток с технологическим кольцом с образованием блинга, после чего проводят механическую обработку блинга и диска для получения совмещаемых поверхностей.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к титановым композиционным материалам. Титановый композиционный материал содержит внутренний слой, содержащий технически чистый титан или титановый сплав, наружный слой, сформированный на по меньшей мере одной прокатываемой поверхности внутреннего слоя и имеющий химический состав, который отличается от химического состава внутреннего слоя, и промежуточный слой, сформированный между внутренним слоем и наружным слоем и имеющий химический состав, который отличается от химического состава внутреннего слоя.

Изобретение относится к способу сварки металлических листов. Способ основан на использовании матрицы, на которую укладывают первый свариваемый лист металла.

Изобретение может быть использовано при сварке стыковых соединений средних и больших толщин конструкций в различных отраслях машиностроения. Осуществляют угловую разделку кромок стыка с образованием на верхней части стыка буртов с площадью сечения, равной (1-1,2) площади сечения раскрытия кромок в стыке.

Задачей настоящего изобретение является создание топливной форсунки для камеры сгорания газовой турбины, отличающейся длительным сроком службы и высокой прочностной надежностью.

Изобретение касается области сосудов, работающих под давлением. Способ изготовления сосуда для удержания жидкости или газа под давлением включает создание герметичной конструкции внешней стенки с клапаном и внутренней несущей конструкции внешней стенки с использованием технологии послойной печати.

Изобретение относится к способу ремонта конструктивного элемента (4) с трещинами. Осуществляют оплавление по меньшей мере одной трещины (7, 7’, 7’’, …) конструктивного элемента (4) сварочным лучом (13).

Изобретение относится к электронно-лучевой наплавке и может применяться для повышения коррозионной стойкости стали, используемой для изготовления изделий в нефтегазохимии и криогенной технике, работающих в условиях воздействия агрессивных сред, в частности для производства конденсаторов, теплообменников, варочных котлов, реакторов для рафинирования, отгонки сырой нефти и бензина, транспортировки и хранения жидких газов.

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки и может быть использовано для стыковых соединений титановых сплавов со сквозным проплавлением толщиной до 15 мм.

Изобретение относится к способу соединения деталей из разнородных материалов. На детали из легкоплавкого материала выполняют проточку (3), под которую на детали из тугоплавкого материала выполняют выступ (4).

Изобретение относится к способу многослойной лучевой сварки. Осуществляют создание непосредственно в узком зазоре между свариваемыми деталями над сварочной ванной переменного отклоняющего магнитного поля электромагнитной системой, с катушкой индуктивности и разомкнутым магнитопроводом, имеющим магнитные наконечники со сквозными каналами. Магнитные наконечники располагают над сварочной ванной, изменяют электрический ток в катушках индуктивности и время действия электронного луча на боковые стенки узкого зазора и на присадочный материал для регулирования величины и постоянства оплавления боковых стенок узкого зазора и присадочного материала. Осуществляют направление электронного луча на свариваемые детали и на присадочный материал внутри ферромагнитного лучепровода, экранирующего переменное магнитное поле. Подачу присадочного материала в сварочную ванну осуществляют сквозь каналы магнитных наконечников. Технический результат заключается в уменьшении зоны термического влияния, повышении надежности сварного шва и получении высокой стабильности и энергетической эффективности сварочного процесса. 3 ил.

Наверх