Способ дуговой сварки

 

CoIo3 Советскик

Социалистические

Республик

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОВС КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<п 867548 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09. 08. 79 (213 2809275/25-27 с присоединением заявки J%— .(23 3 Приоритетв (5l)M, Кл.

В 23 К Я/08

3Ъеудерстеенный кемнтет по денем изобретений н открытий

Опубликовано 30.09 ° 81 ° Бюллетень ¹ 36 (53) УДК 621 791. .751088.8) Дата опубликования описания 01 ° 10.81

А. И. Акулов, Г. Г. Чернышов, А.:М. Рыбачук.

В. Ф. Кубарев, О, А. Маслюков и К. Е. Пономарев (723 Авторы изобретения (713 Заявитель (54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ

Изобретение относится к производству сварных конструкций и может быть применено преимущественно при дуговой сварке стыковьгх соединений труб, оболочек и плоскостных конструкций без использования подкладок.

Известен способ дуговой сварки, при котором на ванну расплавленного металла действуют поперечным постоянным магнитным полем, и обеспечивая

10 постоянство величины направления тока в сварочной ванне за счет скольжения вслед за сварочной ванной токоподвода сварочной цепи, осуществляют взаимодействие силы тяжести рас15 плава ванны с электромагнитными силами, создаваемыми постоянным поперечным магнитным полем и сварочным током, протекающим по расплаву (l j.

Однако этот способ ненадежен, потому что сварочная дуга горит неустойчиво уже при невысокой индукции магнитного поля. Для дуги, имеющей силу сварочного тока 200 А и длину

0,25 см, критическая величина индук ции магнитного поля составляет

0,035 Т 12 1.

Однако для получения практического эффекта формирования сварного шва необходима индукция магнитного поля более 0,08 Т 3).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ дуговой сварки с принудительным формированием шва, при котором на сварочную ванну и дугу воздействуют квадрупольным магнитным полем, симметричным относительно оси дуги, осуществляя воздействие на расплавленный металл и дугу электромагнитных сил. Этот способ более совершенен, так как процесс горения дуги более устойчив потому, что напряженность такого поля на оси сварочной дуги нулевая ь43.

Однако ввиду того, что дуга материальна и занимает в пространстве определенный объем (например, 06i 54 8 обычно столб дуги имеет диаметр, равный 3-4 мм), окружающие дугу магнитные поля воздействуют на дугу, дсформируя ее вдоль или поперек оси шва в зависимости от направления по-перечных магнитных полей. Направг«екие и величина деформирования сварочной дуги однозначно связаны величиной и направлением квадрупольного магнитного поля, что не позволяет одноврэ- II« менно эффективно управлять формой дуг ги и формированием «!«Ва.

Этот недостаток определяет целый ряд ограничений для применения известного способа.

«э

С повышением напряженности tl(;-нитного поля даже в пределах, необходимых цэ(я QQздания з(«э««е! ГHBHOI о силОВОГО ВоздейстВия на жидкий металл дуга черезмерно деформируется, теряя при этом устойчивость и концентрацию энергии в пятне нагрева. Это особенно характерно для сварки 1«лавящимся э «е =тр(эдом, коГда дуГа переб13;-!г «шва ется !!(3 периферии торца электрода„ (o-«орый из за переменнОЙ к,эи«31!зны Не!31!Одичеc

I(kI ВыхОдит иэ ь" Очки 1(мме 1 13ии магнит ного поля, где магнитная инлук-,ия равна нулю и попадает В точки, имеющие зна (нтельный уро«(е«1ь магнит.«ой .п«= ,=! !3 дук««ии (T!?cств "E? 1 «lpс" j" е ь!1ый 1 13а ««(еi .т инду«сции маГнитногo НОля вцОль 003! св арОчнОЙ Ванны IrpH K 070330м н 013 >

ШаЕТСя СтабиЛЬНОСТЬ Гог3011И«1,11,"ГИ . Нрl! ,".варке с 1«аправлением ".в с!д13у«!ель!!01 0 маггпlтнОГО поля Об(- с110 п1ы<1ющ«! м Б K!I,.! ком металле ВОзникновение Обl:(?ь «?ь«х

ЭЛЕКТРОМНГНИтНЫХ СИЛ, «(аПРг«ВЛЕ«!!.!.3Х 0 Г корня шва к его поверхпсс.:;«., Дуга обязательно растянута вдол« шва.

- !

Нр«1 сварке с направг«ением каадру-izQ3lüH0ãо магнитного по,-«Я, обеспеч«3 влющим действие на жидкий мста irr объемных электромагнит«ь"" сил,. Па35 правленных от поверхносlii ш«3а к ei o корню„дуга растянута поперек шва.

Поэтому известный способ, обеспечивая силовое воздействие на жидк(ий металл B нужном направленч««, н! позволяет вести сварку недеформированной дугой или дугой, растянутой в ином направлении, чем направление От растяжения дуги, вызываемого квадрупольньы магнитньм полем, что ограничивает управление формой проплавле!331:! металла. Поэтому применение известного способа огра«п«чело.

Цель изобрете«1«!Я вЂ” повышение качестВQ. сварки путем управле«п«я форMQA проплавле и формированием шва.

Эта цель достигается тем, что в способе дуговой сварки с принудительным формированием шва, при котором на сварочную ванну и дугу воздpAcT вуют управляющим квадрупольным магнитпым полем, EIcl сварочную ванну и дугу воздействуют дополнительным упра«эляющим квадрупольным магнитным полем, которое геперир пот внутри основного поля и направля!от противопог«ожно ему.

11зменяя магнитную индукцию дополнительного управляющего квадрупольН0 г 0 маГ rkrT«loГО пОЯ«1 изменя!От и ь(аг

0 0Cil<3B i!0 r О И ДОПОЛНИ гЕЧЬНО" О ВЫ зывая этим изменение формы сварочной дуги, что приводит в свою Очередь к 1!зменан«!ю формы 1;роплавления., 33«я выполнения сварки недеформирсэванной дугой и обеспечения ее устойЧИВОС?И ОСНОВНОЕ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ПО.«!я Генерируют си«с «етр«1ч««ь«ми от но сительно проекции Оси электрода на ось шва с p;lizr!(IHТОм индукш«и доп0:Iни— T Or! Ь НО ГО ПОЛЯ В = OIIP Г Ор P ÍEIß д 3 ГИ, равным ilo величи«? е градиенту индукЦ«П! ОСНОВНОГО ПОЛЯ.

Поскольку индукция магнитных квад— рупольных полей в точке их сим:«етрии

p, 383-. а 1-гл10 ) а Г13адиенть! и«lду к!Iии B зоне горсния дуги 1эавны по величине и

:lp0 тивоположны по напр авлению, ra зо†на горения дуги Оказывается областью с нуэ;евой индукциеи, :.е, без магнитнь!х по ieA. Посг!еднее сохраняет сварачну!0 дугу недеформиро ванной и повы.:иает устойчивость ее горения при одновременном силовом воздействии основного квадрупального магнитного поля на 3«(идкий металл сварочной ванны.

Лг««1 обеслечен«?г! сварки дугой, де(Ьорм«113овачной в наг«равлении, перпендикулярном напра Eiekrkr«o деформирования ее основжм магнитным полем, дoг!03!«««!Теэ.ьное магнитное поле генерируют с «радиентом индукции в зоне горения дуги, превышающим градиент

«г««дукции основного поля.

В этом случае в зоне горения дуги результирующее магнитное поле направ,peHQ противоположно основному и ВыЗЫВаЕт ДЕфОРМИРОВа«гИЕ ДУГИ В НаПРаВленни, перпендикулярном направлению деформирования дуги Основным полем.

5 8675

На фиг. 1 принедена схема горения дуги в квадрупольном магнитном поле при симметричном относительно проекции оси электрода на ось шва расположении полюсов основного и дополнительного управляющих полей. Полюса обоих полей расположены противоположно, чта обеспечивает в зоне действия управляющего поля встречное направление магнитных потоков, и, соответст- 1о венно, возникновение при сварке противоположно направленных сил (F и

Гд0п), действующих на дугу.

Изменение величины Г п приводит к изменению суммарной силы, действующей 15 на дугу. Изменение величины Г „ „ при постоянной величине и направления силы

F достигается изменением величины магнитной индукции дополнительнога поля, 20

На фиг. 2 показано изменение индукции результирующего магнитного поля (кривые 1-3) при заданном изменении индукции основного магнитного поля

1кривая В cH) и различном характере изменения индукции дополнительного поля (кривые 4-6 ) по длине сварочной ванны.

В случае равенства в зоне горения дуги величины градиентов индукции основного и дополнительного полей (кривая В и кривая 5) магнитная индукция результирующего поля в зоне горения дуги равна 0 (кривая 2). В этом случае на сварочную дугу магнитное

35 поле не действует — дуга не деформирована.

При величине градиента индукции дополнительного поля, превышающей в зоне горения дуги величину градиента 4О индукции основного поля (кривая 6), индукция результирующего поля имеет направление индукции дополнительного поля, противоположное направлению индукции основного поля (кривая 3)и 45 оказывает деформиравание дуги в направлении, перпендикулярном направлению дефармиравания ее основным полем.

При величине градиента индукции дополнительного магнитного поля, 50 меньшей градиента индукции основного поля (кривая 41, результирующее поле имеет индукцию того же направления, что и основное поле, на с меньшим градиентам индукции, в зоне горения дуги (кривая 3), чта приводит к ослаблению дефармиранания сварочной дуги.

Пример 1. Способ используют для сварки недефармираваннбй дугой при удержании металла сварочной ванны от опускания на стали XJSH! ОТ толщиной 4 мм.

Сварку производят вольфрамовым электродом н среде аргона. Источник питания сварочной дуги - сварочный выпрямитель ВСВУ-630. Электромагниты запитывают ат стандартньгх выпрямителей, полярность последних аналогична изображенной на фиг. 1. Квадруцальные магнитные паля симметричны относительна проекции оси электрода на свариваемые стыки. Такоподвод осуществляют с хвоста нан1гы.

Введение основного и дополнительного квадрупольных магнитных полей в сварочную ванну осуществляют двумя встречно включе ппми парами электрсмагнитсн, причем пара электрамагнитон основного поля охватывает пару элек— трамагнитав дополнительного паля. Поьюса электромагнитов располагают на расстоянии 1-3 ьм от поверхности свариваемого металла.

Сварочная горелка находится внутри управляющего поля.

Сначала включают ток в катушках электромагнитов основного поля и направлении, обеспечивающем действие на жидкий металл сварочной ванны электрамагнитнь..х сил, направленных от кор— ня шва к его поверхности. Затем иэменекием величины тока или числа витков н электромагнитах основного поля устанавливают необходимую напряженность аснавнога паля, обеспечивающую необходимую величину силового воздействия на хвостовую часть сварочной ванны. Затем включают так в катушках электрамагнитон дополнительного поля в направлении, противоположном направлению тока н катушках основного поля, и изменяя ега величину или число витков катушки, по которым проходит ток, устанавливают необходимую величину градиента магнитной индукции дополнительного поля н зоне горения дуги, н данном примере равную градиенту магнитной индукции осноннога поля н зоне горения дуги.

Режимы сварки. сварочный ток 250 А;, напряжение на дуге 10В; скорость .сварки !8 м/ч; индукция основного магнитного поля в хвосте сварочной ванны

0,12 T градиенты индукции основнога и дополнительного магнитного поля в зоне горения дуги равны 8 -10".Г/мм.

Эта обеспечивает в зоне горения дуги нулевую индукцию суммарного маг567548

Способ позволяет широко и эффективно управлять формой сварочной лу-ги и формированием шва в целом. Оп обеспечивает устойчивый процесс свар." и с электромагнитйым удерживанием

"нарочной ванны, в том числе 1. гри сварке плавящимся электродом, чго позволяет отказаться от подкладок и замковых соединений. Последнее з 1ачительно снижает общую трудоемкость изготовления сварньм конструкций и повышает качество сварных соединений так как ликвидируются концентраторы в корне шва.

50 нитного поля, поэтому дуга недефарм31роваиа. А основное поле в хвосте с:::.арочной ванны поддерживает жидкий металл от провисания, чта обеспечивает форму проплава эаподлица с по- 5 верхностью окалошовнай эоны.

Пример 2. Предлагаемый способ сварки опробуют с целью повьш1ения скорости сварки без дефектного форми"рования сварных швов. Обычно с за)эке на больших- скоростях препятствуют воз- никающие дефекты фармирова1п я сварных швов типа грубой чешуйчатасти, прерывистости формиравания.

При наложении на сварочную ванну абьемных сил, направленных От поверхности шва к er..o корню, изменяется 1(арактер течения жидкого метал1л1а

I3 ванне, ч го обеспечивает бездефект-. нае формирование сварного шва. Цапал- 20 нительное поле обеспечивает недефар-. мированную форму дуги. Праплавляют сталь Х18Н10Т толщиной 6 мм. Злскт1эомагнитные поля устанавлпиа/ют аналогич!

1О 1!pr««epy 1, но rrpo 111ва1;one:!.!r1: ", 1, а- 25 правлением токов !3 катушкаK

Реэким сварки: св ароч11ый так 50 А;напряжение на дуге 12 11", cl<0pc!Br ь сварки 70 м/ч; маг нитная индукп1ья oe1Ior3IIo о магHHTIIoi 0 !IQ!IH II:4!!BB oвой 30 части сварочной ванны 0,09:"э 1 . "ЛDH,:;1I— енты индукции обоих па IBII в:за;1е го-/ репи1я дугИ 4, 8 10 I / мм., При св1арке на гех же режимах, на без магн;)тц1;1.. полей, шав имеет дефекты в видc .-iад1эезов (; лу бинай 1 1 мм ) II ВитЯ11у гь е

1 аз авые пала сти I 11113 B фа)эмйЦэ 013 а" ..! ;)г поверхности щва прерывис ое, вол-нообразное.

При сварке с магнитными по »I;

40 происходит бездефектнае формиравак:1е

11

1нзоэз эа счет "разглаэю113ающегo дейст-вия объемных электромагнитных с11л жидком металле ванны.

Способ позволяет также производить сварку с качественным формированием шва на больших скоростях, неосуществимых при использовании известных способов. Это позволяет в несколько раз увеличить производительность бездефектной сварки(скорость сварки до 170 м/ч).

Предлагаемый способ позволяет вести сварку дугой с сечением наперед заданной формы вне зависимости от характера силавога воздействия на хвостовую часть ванны, чта вызывается необходимостью получения различных форм праплава (геометрии).

11апример, при сварке тонколистовага металла ва избежание пражагав боIBe блага..:.риятна сварка дутой, расгянутай поперек шва, а во избежание провисания ванны необходимо ее удерж ар и 61 формула изобретения

1. Способ дуговой сварки с принудительным формированием шва, при котором на сварочную ванну и дугу воздействуют управляющим квадрупольпым магн1гтньг.1 полем, О т л и ч а ю;и и Й с я тем, что, с целью повышения качества сварки путем управления формой проплавления и формированием щва, на сварочную ванну и дугу воздействуют дополнительным управляющим квадрупольным магнитным палем1 которое генерируют !3!ry!pr оснавнога паля и направляют противоположно ВМу.

2. Способ па и, 1, о т л и ч а ющ и Й с я тем, чта, с целью выполнения сварки недефармированной дугой и обеспечения ее устойчивости, основное и дополнительное поля генерируют симметричными относительно проекции аси электрода на ась шва с градиентом индукции допалнительнога паля в зоне горения дуги, равным по величине градиенту индукции основного поля.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, чта, с целью абеспе 1ения сварки дугой, деформированной в направлении, перпендикулярном направлению деформиравания ее основным магнитным Ilo!IBM, дополнительное магнитное поле генерирует с градиенго11 индукции в зоне горения дуги, 867548

10 превышающим градиент индукции основного паля

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 336113, кл. В 23 К 9/Оа, 15.12.69, 2. Гаген Ю. Г. и Таран В. Д. Сварка магнитно-управляемой дугой. M

"Машиностроение", 1970, с. 20, рис.13.

3. Акулов А ° И. и Рыбачук A. И.

Удержание жидкого металла сварочной ванны паперечкьм магнитным полем.

-"Сварочное производство", 1972, 11- 2, с. 3-4.

4. Акулов A. И. и Рыбачук А. М.

Удержание сварочной ванны поперечным магнитным полем при сварке плавящимся электродом ° - Сварочное производства", 19?5, Р 11 (,прототил7.

86?548

В(т)

Составитель Г. Квартальнова

Редактор Н. Кешелн Техред М. Рейвес Корректор С. Шекмар

Заказ 8176/11 Тираж 1151 Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4