Способ газоэлектрической сварки

 

919826

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТРРС КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социапистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву

{5l)M. Кл. (22) Заявлено 21. 05. 80 (21) 2960259/25-27 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

В 23 К 9/16 оеудеретвевй кеиитет

СССР ао делен нзебретехкв и етхрыткй (З) УДК 621.

791 75 (088.8) Опубликовано. 15.04.82. Бюллетень Мг 14

Дата опубликования описания 18. 04. 82

И.Г. Шарапов, А.Г. Иакаров, О.Н. Ерышев, А.

А.И. Карпов и .Г.Я. Богданов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВАРКИ

Изобретение относится к сварке плавлением, в частности к электродуговой сварке в среде защитных газов, и может быть использовано- в области сварочного производства.

Широко применяются различные способы газоэлектрической сварки, при осуществлении которых воздействуют на процесс сварки с помощью защитного газового потока.

1О

Известен способ регулирования геометрических параметров сварного шва при автоматической сварке поворотных стыков труб в смеси аргона и гелия путем регулирования мощности дуги, которое осуществляют изменением количественного соотношения между компонентами газовой смеси в зависимости от пространственного положения сварочной ванны (le.

Однако этот способ решает ограниченную задачу по сварке неповоротным стыков труб. Программирование изменения количественного соотношения между компонентами газовой смеси связано только с пространственным положением сварочной ванны. Способ не решает задачу повышения качества швов, у которых пространственное положение ванны не меняется. Не решает способ и задачи обеспечения надежного провара корня шва, снижения доли участия основного металла и уменьшения зоны термического влияния при надежном сплавлении кромок.

Кроме того, способ узок в технологическом смысле,. так как замыкается только на аргоно-гелиевых смесях.

Целью изобретения является повышение качества сварных соединений при сварке плавящимся электродом с колебаниями.

Поставленная цель достигается тем, что при газоэлектрической сварке с программным изменением количественного соотношения между компонентами газовой смеси изменение количественного соотношения производят

1982б 4

5 0 где ув.,ум

- индексы, соответ-. ственно указывающие на относительное увеличение или уменьшение содержания компонента в смеси; (n+m) — общее количество компонентов в смес ;, i=1,2,3,....,n — количество компонентов, содержание которых в составе смеси увеличивают;

1=1,2,3. ..m - количество компонентов, содержание которых в составе смеси уменьшают за время 1-10 — 1-10-4 с

На фиг. 1 показано изменение состава газовой смеси в зависимости от положения электрода; на фиг. 2 - изменение состава газовой смеси в зависимости от скорости подачи электродной проволоки; на фиг. 3 - пример конкретного использования способа при сваркв стыкового соединения из алюминиевых сплавов.

На схеме фиг. 1а в координатах

"время - отклонение электрода" представлено в общем виде некоторое возможное при сварке периодическое движенйе электрода (его конца). Ocb абсцисс (Ot) соответствует положению электрода в области корня шва (строго по оси разделки);

Повышение качества шва в первую очередь обеспечивают за счет гарантированного провара корня шва. Для функций в ряд Фурье.

3 9 синхронно с колебаниями электрода и с периодическим изменением скорости подачи электрода по фазе и частоте, при этом состав газовой смеси изменяют, исходя из условия

ЧЬ

Ы::0,Д тсМ 3-т Чн

%) g,. 516

Q — относительный расход компонента газовой смеси в процентах, причем

03 (Q 1003 и

З=е „Q kM 8, =100% >

1=, =4 этого в промежутки времени (t 4 g t ) к к где к = О, 1, 2, 3,..., когда идет провар корня шва, производят изменение количественного соотношения между компонентами газовой смеси, а именно в эти промежутки увеличивают содержание (Q;)i-го компонента (фиг.1б) который, например, имеет большее се-. чение Рамзауэра, чем остальные компоненты, что приводит на основе известных законов физики плазмы к возрастанию температуры столба дуги и, следовательно, гарантирует провар корня шва. Причем изменение состава raза при переходе от смеси одного состава к смеси другого производят за время 1 10 - 1 10 с. Эти пределы являются естественными физическими пределами, Если изменение. состава смеси производить быстрее, чем за

-4

1 10 с, сварочная дуга не имеет, характер установившегося разряда, т.е. технологически непригодна для использования. Время 1 ° 10 < с вполне доста25 точно для изменения состава смеси (вплоть до полного исключения какоголибо компонента любого газа и газовой смеси) и определяется газокинетическим расчетом. увеличение времени в большую сторону (например 1 ° 10 с) сужает технологические возможности способа, для некоторых процессов он уже может быть непригоден (например, для больших скоростей сварки или при

35 больших частотах колебаний электрода). Во время перемещения электрода на кромки производят изменение состава смеси в обратную сторону за счет чего уменьшают температуру столба дуги и, следовательно, глубину проплавления, долю участия.основного металла, зону термического влияния, что повышает качество сварного соединения. Колебания электрода и

45 изменение состава смеси синхронизи- руют по частоте и фазе. В данном случае (фиг. 1) начальные фазы сдвинуты

Ti на величину -, а частоты относятся

f3A f0- 1 4

При синхронизации по частоте технологически пригодна только синхро. низация, отвечающая следующему услоЭл: о = 8 :N, где М и N целые числа.

При несинусоидальных законах из5 менения параметров процесса в функции времени по фазе синхронизируют первые гармоники разложения этих

i=-n j-rn где Я. 4 .=10б%. д

Иными словами, относительный объем компонентов, содержание которых в газовой смеси увеличивают, должен достигать 803 и более. Только при таком их содержании можно значительно изменить температуру дуги и повлиять на сопутствующие эффекты, определяющие качество шва. Меньшие величины (до 80 ) не приводят к существенному результату, т.е. эффект мал, введение добавок в небольших объемах может в этом случае преследовать ка-, кие либо дополнительные цели, например добавки кислорода в инертные га зы при сварке алюминиевых сплавов снижают пористость

1 h пкрм

803< i< Q, i1 (1003

Расширение технологических возможностей способа при осуществлении це/ ли изобретения может быть осуществлено за счет того, что периодически исключают из состава смеси одни или несколько компонентов синхронизированного йо фазе и частоте с колеба5 91

При ведении процесса в соответст" вии со схемой фиг. 2 в моменты времени t t 1 1.+„ синхронно с увеличением содержания ((„) в смеси

i-ro компонента с большим сечением.

Рамэауэра увеличивают скорость пода" чи сварочной проволоки (V<><), а в моменты времени и,й4,...,й производят обратное. Это позволяет увеличить производительность процесса за счет увеличения коэффициента расплавления в В раз

2 (И1 о ТЧо где t — время;

Т вЂ” период;

V — скорость подачи проволоки базового варианта, с которым производят сравнение.

Для эффективного достижения цели изобретения состав газовой смеси изменяют, исходя из условия га

9826 6 тельными движениями электрода или изменением скорости подачи электродной проволоки, т.е. пределы изменения компонентов ОФ Q с 1003.

Пример. Сварка плавящимся электродом стыкового соединения с

V-образной разделкой алюминиевого сплава АМг61 толщиной 15 мм. Электродная проволока Св-АМг61, Ф 1,6 мм.

1в Состав газовой защитной среды: аргон (А ), гелий (Не), кислород (0 ).

Амплитуда колебаний электрода, Частота колебаний электрода, f»=0,5Гц

Скорость сварки, Vc = 10-12 м/ч.

Сварочный ток, 3 = 270-320 А.

Максимальный расход (Q ), л/мин: аргон 25-30; гелий 30-35, кислород 1,5.

Минимальный расход (Q ""), л/мин: аргон 7-8; гелий О; кислород О.

Скорость подачи электродной проmax волоки: максимальная, V<

25 = 12 м/мин; минимальная, V ""

= 6 м/мин. по

Закон движения конца сварочного электрода в функции времени

A3, = Аз 1 (2 р t f

30 где f — частота колебания;

Ч вЂ” начальная фаза.

Изменение скорости подачи электрода в функции времени, изменение содержания в газовой смеси аргона, гелия и кислорода в функции времени представляют собой трапецеидальные импульсы (фиг. 3).

Время, за которое производят из40 менение скорости подачи электрода

m) n ma«f Ynolx с Чп„„до Ч„,с Ч до Ч„о

0,2 с.

Время, за которое производят изменение расхода подачи:

4> аргона с (} А„"" до QA " (c Q " до

Q„„" ) а с„ Аг = 0,01 c г т тпрр гнн гелия с Я не .до QÍå (с Qíe до

TTl1 h

Qне) at„> Не = 0,01 с; кислорода с Q 0 до 0,„" (с Q0 до (О" ) дйдъ о = 0,01 с..

Синхронизация изменения содержания компонентов в газовой смеси с колебательными движениями электрода: по частоте fA = fee = f0< = 2f>< 1 т по фазе (Pp, -qual) = (gate - )

3— (М0 - д ) = Ц д (в данном случае, при несинусоидальных законах изменения состава в функции времени, по фа919826 зе синхронизируют первые гармоники разложения функции в ряд Фурье).

Синхронизация изменения содержания компонентов в газовой смеси с изменением скорости подачи электродной проволоки: по àñòÎòå Гдг» fHB

0 = пров. по Фазе (

= "Не = (90g Ti) = пров, На фиг. 3 процесс по данному примеру развернут по времени по всем своим составляющим параметрам. Моментам времени и = 0,1,2,... с соответствует положение электрода симметрично разделке строго по оси шва (сварка корня шва).

При осуществлении способа сварки получают следующий результат: при нахождении электрода в районе корня шва обеспечивают надежный провар корня шва, содержание гелия в защитной среде 813 с сечением столкновения

Рамэауэра 10 ° 10 м, что приводит к увеличению температуры дугового разряда на и 5000 К. Повышенная подача проволоки в этот момент способ- 25 ствует более эффективному использованию тепла дуги и приводит к повышению производительности за счет роста коэффициента расплавления.

При нахождении электрода в районе кромок (содержание аргона в защитной среде 953 с сечением столкновения Рамзауэра 2,5 -1О м ) снижение температуры дуги и величины вводимого тепла в металл. уменьшают до35 лю участия основного металла, величину зоны термического влияния, что приводит к повышению качества сварного соединения. Кислородные добавки (53) существенно уменьшают со40 держание водорода и количество пор в металле шва, что благоприятно сказывается на качестве сварных соединений.

Таким образом способ обеспечивает

„45 повышение качества сварных соединений, гарантирует высокую прочность и работоспособность сварных соединений и дополнительно увеличивает производительность процесса эа счет увеличе50 ния коэффициента расплавления. Способ может быть использован на различных предприятиях народного хозяйства, применяющих газоэлектрическую сварку.

Формула изобретения

Способ газоэлектрической сварки с программным изменением количественного соотношения между компонентами газовой смеси, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений при сварке плавящимся электродом с колебаниями, изменение количественного соотношения производят синхронно с колебаниями электрода и с. периодическим изменением скорости подачи электрода по фазе и частоте; при этом состав газовой смеси изменяют, исходя из условия е,, ь

@ И 1"-1

УЙ1П с — - ос

Q -. относительный расход компонента газовой смеси в процентах, причем

Ю . Q c 100 и где и+Х Я = 00%, ув., ум. - индексы, соответственно указывающие на относительное увеличение или уменьшение содержания компонента в газовой смеси; (n+m) - общее .количество компонентов в смеси;

1=1,2,3,...,n - количество компонентов, содержание которых в составе смеси увеличивают;

j=1,2,3,...,m - количество компонентов, содержание которых в составе смеси уменьшают за время 1.10 - 1 10 4с.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

N 548396, кл. B 23 К 9/16, 06.04.68 (прототип).

919826 .

Тираж 1151 Подписное

ВНИИПИ Гбсударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2227/! 1

Ф филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Иванов

Редактор И. Дылын Техред .С. Мигунова Корректор С. Ц омак