Способ контактной стыковой сварки оплавлением

 

1. СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СТЫКО- ВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ преимущественно деталей со сплошным свариваемьм сечением котором в искровом промежутке свариваемых деталей создают дополнительное электромагнитное поле, отличающий с А тем, что, с целью улучшения качества соединений и повышения производительности сварки, силовые линии до .полнительного электромагнитного поля в процессе оплавления направляют . согласно силовым . линиям собственного электромагнич ного поля, существующего в искровом промежутке .свариваемых деталей при оплавлении г в каждый период переменного тока. to ел

° СОЮЗ С08ЕТСННХ

00uW

РЕСПУБЛИИ .

ГФСУДАРСТВЕННЫЙ ИОМИТЕТ СССР

FIO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И af ÊÐÜÃÏÔ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i(21) 3661939/25-27 (22) 15.11.83 (46) 23 ° 11.84. Бюл. Р 43 (72) С.И.Кучук-Яценко, А.С.Никитин, Б.И.Казымов, В.Ф.Загадарчук н В.В.Швец (71) Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт электросварки им. Е.О.Патона (53) 621 . 791. 762. 1(088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 416195 ° кл. В 23 К 11/04, 1971.

2. Патент Швеции М 343003, кл. В 23 К 11/04, 1972.,„SU.„ 1125111,(54)(57) 1. СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СТЫКО

ВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕИ преимущественно деталей ео сплощным сваривае- мыч сечением, при котором в искровом промеаутке свариваемык деталей создают дополнительное электромагнитное попе, о т л и ч а ю.щ и и с Й тем, что, с целью улучеения качест": ва соединений и повыщения производи тельности сварки, силовые линии до.полнительного электромагнитного ноля в процессе оплавления направляют

:согласно силовым линиям собственного электромагнитного поля, существующего в искровом промекутке свариваемых деталей при оплавлении в калдый период переменного тока.

2. Способ поп.1 отличаю щ .и и с я тем, что дополнитель- „ ное электромагнитное поле с силовыми линиями, направленными согласно силовым линиям собственного элек- . тромагнитного поля, создают с момента возбуждения устойчивого оплавления.

1125111 щ Целью изобретения является улучшение качества соединений и повышение,производительности сварки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контакт" иой стыковой сварки оплавлением преимущественно деталей со сплошным

3. Способ по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что дополнительное,электромагнитное поле с силовымн линиями, направленными соглас-. но силовым линиям собственного элек тромагнитного поля, создают в огра. ниченный период оплавления перед осадкой,длительность которого устанавлива

1.

Изобретение относится к койтактной стыковой .сварке оплавлением раз личных изделий, преимущественно имеющих сплошное сечение (стержни, пластины, профильный прокат и т.д.) .

Известен способ контактной стыковой сварки, по"которому на зону свариваемых деталей воздействуют дополнительным электромагнитным полем-. В результате этого воздействия улучшается структура металла f1 ).

При,контактной стыковой сварке оплавлением указанный положительный эффект дополнительного электромаг. нитного поля достигается только в периоды осадки и охлаждения:соединения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ кон тактной стыковой сварки оплавлением, при котором в искровом промежут ке свариваемых деталей создают до- полнительное электромагнитное поле.

Благодаря взаимодействию дополнительного электромагнитного поля, .которое создают током, протекающим встречно сварочному току по распо" ложенному внутри свариваемых труб проводнику, включейному последовательно в сварочную цепь, и собственного. электромагнитного. поля, существующего при оплавлении в зоне свафки, достигается выброс брызг расплавленного металла, направленный изнутри наружу. указанный эффект .оплавления существует в любой момен ют равной отношению максимального зазо. ра, существующего между свариваемычи деталями в искровом промежутке при оплавлении, к средне1 скорости перемещения, заданной в этот ограниченный период оплавления перед осадкой.

4. Способ по п.1, о.т л и ч аю шийся тем, что s процессе оплавления)изменяют напряженность . дополнительного .электромагнитного ноля, уменьшая ее по мере достижения сварочным током наперед задан-! ной величины и увеличивая ее по мере уменьшения. сварочного тока.

3 оплавления. В результате не. только

:уменьшается количество грата на вну- тренней поверхности труб, но созда-, ются благоприятные условия для полу1 чения качественного соединения за счет воздействия на перемычки, которые образуются в процессе оплавле -. . ния между свариваемыми деталями дополнительной электромагнитной

1О сипой f23.

Однако указанный положительный эффект можно получить только при со-., едийениМ деталей, имеющих внутрен, нюю полесть, кроме .того трудно ре15 гулировать напряженность дополнительного электромагнитного поля.. По этому же способу предлагается еще один иариант для создания направленного движения брызг, за .счет

20 катушек, которые устанавливают на концах свариваемых труб и питают сварочньк током. Однако это способ шало зФФективен и к тому же эначительно увеличивает сопротивление

25 вторичной цепи. По этой причине в промьипленности его не применяют. указанные недостатки значительно сужают область применения способов.

На фиг.2 показано распределение температуры — Т С в зоне разогрева свариваемых деталей на расстоянии

3 мм от стыка; ce — температурное

3 свариваемым сечением, при котором в искровом промежутке сварнваемых деталей создают дополнительное электромагнитное поле, силовые линии дополнительного электромагнитного поля в процессе оплавления направляют согласно силовым линиям собственного электромагнитного поля, существующего в искровом промежутке свариваемых деталей при оплавлении в - 1p каждый период переменного тока.

При этом дополнительное электромагнитное поле с силовыми линиями, направленными согласно силовьп1 линиям собственного электромагнитного 15 поля, создают с момента .возбуж. дения устойчивого. оплавления.

Причем дополнительное электро.магнитное поле с силовьпчи линиями, направленными согласно силовым ли- щ .ниям собственно электромагнитного .паля, создают в ограниченный период оплавления перед осадкой, длительность которого устанавливают равной отношению максимального зазора, существующего между свариваемыми деталями в искровом промежутке при оплавлении, к средней скорости перемещения, заданной в этот ограниченный период оплавления перед осадкой.

Кроме того, в процессе оплавления изменяют напряженность дополнительного электромагнитного поля, уменьшая ее по мере достижения сварочным током наперед заданной вели35 чины и увеличивая ее по мере умень шения сварочного тока. . На фиг.1 показана принципиальная схема способа сварки, на фиг.2распределение температуры в зоне разогрева свариваемых деталей.

Иа фиг.1 обозначены свариваемые . детали f н 2, вторичная 3 и первичная 4 обмотки сварочного трансформатора, ьпагнитопровод 5, катушка б, .создающая дополнительное электромагнитное поле, сваро ный ток Зсамагнитные потоки ф„ и ф соответственно собственного электромагнитного поля деталей и дополнительного электромагнитного поля, электродинамнческие силы F„ и Р соответственно собственного поля и дополнительного поля.

111

4 поле, полученное при обычном способе сварки (беэ согласного направления собственного и дополнительного электромагнитных полей) с длительностью сварки, обеспечивающей получение качественных соединений, 6 — температурное поле с согласным включением дополнительного электромагнит- ного поля с такой же длительностью сварки..Сущность предлагаемого способа заключается в том, что направляя си1 ловые линии дополнительного магнитного поля согласно силовым линиям собственного магнитного поля деталей, изменяем условия процесса оплавления, главной особенностью котороro является то, что на электродинамическую. силу собственного электромагнитного поля, перемещающую расплавившийся металл элементарных контактов в искровом зазоре между свариваемыми деталями 1 и 2, накладывают дополнительную силу того же направления (фиг.1). В результате увеличения указанной силы длительность существования электромагнитных контактов в месте их образования уменьшается. При этом большинство из них не разрушается, а перемещает-, ся.в искровом промежутке вдоль более холодных участков металла. Это создает благоприятные условия для повы- 1 шения КПД процесса, так как тот металл элементарных .контактов, который должен быть выброшенным в реэулЬтате взрыва при обычном способе (без согласного включения до=. полнительного магнитного поля), попадает на более холодные участки металла свариваемых торцов деталей, отдавая им свое тепло. По этой причине необходимый разогрев концов свариваемых деталей происходит быстрее (фиг.2). Поэтому длительность сварки может быть уменьшена, в сред нем для различных деталей на 20-ЗОЖ следовательно и повьппена производительность сварочных работ. Это не единственное преимущество согласного наложения дополнительного электромагнитного поля на собственное элек» тромагнитное поле свариваемых деталей. Ввицу того, что длительность существования элементарных контак-. тов в месте их,образования уменьшается, то глубина кратеров на оплавляемых поверхностях также уменьша11251

5 ется. Как показывают проведенные исследования, зазор между свариваемыми деталями на участках с наиболее глубокими кратерами умен ьшается, по сравнению с обычным способом на

1,5--:2,5 мм.

Если силовые линии при применений дополнительного поля не согласовать с силовыми линиями собственного поля, то положительный эффект при кон- 10 тактной стыковой сварке оплавлением, выраженный в повышении разогрева деталей и. в уменьшении глубины кратеров полностью отсутствует.

При дополнительном электромагнит- -1g

:ном ноле несколько увеличивается со" противление вторичной цепи. Это мож но проиллюстрировать следующим примером.

При контактной стыковой сварке непрерывным оплавлением стали сечением 60)(бО мм начальное напряжение холостого хода, обеспечивающее устойчивое возбуждение процесса оплавления, составляет 7 В. При дополнительном электромагнитном поле, при тех же условиях сварки, устойчивое оплавление этих же деталей воз,бужцается при 7,5 В. При этом энергоемкость процесса сварки на современном оборудовании, оснащенном регуляторами скорости и напряжения, практически не увеличивается, С тем, чтобы облегчить возбуждение процесса оплавления при 7 В, допол35 нительное магнитное поле с;силовычи линиями, направленными согласно силовым линиям собственного электромагнитного поля, создают с момента возбуждения устойчивого. оплавления, 40 на практике через 10-20 с после начала сварки.

Иногда но ряду причин, например, из-за низкой мощности сварочной машины, дополнительное электромагнитное лоле целесообразно создавать в момент, когда свариваемые детали достаточно хорошо нагрелись. В этом случае дополнительное поле с силовыми линиями, направленными соглас- но силовым линиям собственного по50 ля, создают в ограниченный период .оплавления перед осадкой, длительность которого устанавливают равной отношению максимального зазора, существующего между свариваемыми деталями в искровом промежутке при оплавлении, к средней скорости перемещения, заданной в этот ограничен11 б ный период оплавления перед осадкой. В этом случае длительность свар ки увеличивается практически до длительности,. которая необходима при обычной сварке. Однако глубина кратеров,уменьшается. Поэтому припуск на осадку уменьшают на такую же ве:личину.

Эффективным является способ регулирования напряженности дополнительного магнитного паля, когда ее уменьшают по мере достижения сварочным током, особенно в начальный момент сварки, наперед заданной величины, которую устанавливают исходя из электрической мощности сварочной машины, и увеличивают его по мере

-уменьшения сварочного тока. Такой процесс оказывает благоприятное влияние на оплавление и особенно на стабильность разогрева свариваемых деталей.

Примером конкретного выполнения предлагаемого изобретения может служить сварка валов электродвигателей

6 40 из стали 1Х18Н9Т. С ц зкономии нержавеющей стали, из которой изготавливают вал, его укорачивают и к концам приваривают стержни из стали 40Õ. При сварке оплавлением дополнительное магнитное поле не применяют, так как без согласования силовых линий собственного поля и дополнительного поля положительный эффект от: применения дополнительного поля, как показано выше, не наблюдается. При обычной сварке оплавлением длительность сварки при ис"..пользовании самой прогрессивной тех. нологии составляет 90.с, а припуск на осадку 8 мм. Вспомогательные операции составляют 30-40 с. Следовательно весь цикл составляет 120-130 с.

При сварке предлагаемым способом длительность сварки сокращается до

60 с, а припуск на осадку до 4 мм.

Длительность всего цикла уменьшается до 90-100 с. Таким образом, производительность увеличивается в

1,3 раза. В 2 раза уменьшается припуск на осадку, следовательно уменьшается искривление волокон в зоне сварки и повышается пластичность соединений.

Сварка валов с дополнительным электромагнитным полем реализуется следующим образом.

После зажатия деталей в зажимах сварочной машины в зону сварки вво! !25111 дят Д -образный электромагнит, полю.ча которого устанавливают над свари-:, ваемьяи деталями (фиг.1); Электромагнит включают или с начала. сварки или после устойчивого возбуждения процесса оплавления, или перед повышением скорости оплавления. При этом электромагнитную индукцию можно регулировать в зависимости от различных условий, например от величины тока.

Настройку электромагнита осуп1ествляют перед сваркой с применением известных методик электротехники в соответствии с рекомендациями предлагаемого изобретения. Как показывают проведенные исследования наибольший эффект от дополнительного электромагнитного поля достигается. при его электромагнитной индукции, превышающей индукцию собственного электромагнитного поля в 2-5 раз.

При сварке валов 9 40 мм, или других деталей аналогичного сечения, индукция собственного электромагнитного гю s г@ дщ@@д

Расс 0йные Ое зены аЯиненая у нр

Фиа 2

Составитель К.Выковец

Техред Ж. Кастелевич

Редактор А.Шандор

Корректор Г.Решетник

Тираж 1036 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 8397/11

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

T Ñ

Uee

ИЮ . 1ИЮ

f66/

6Ю

500 поля достигает 5-10 мТ, поэтому ин" дукцию дополнительного поля устанавливают равной 20-30 мТ.

В качестве базового. варианта

5 принят современный способ контактной стыковой сварки непрерывным оплавлением на машине К-617, широко применяемый в промышленности. Данный способ обеспечивает достатоЧно высокое качество . Однако предлагае" мый способ уменьшает припуск на осад" ку, следовательно, уменьшает искрив" ление волокон и, тем самым, уменьшает вероятность образования трещин

И по искривленным волокнам, т.е. повышает надежность сварных соединений. Кроме этого, при малом припуске на осадку но предлагаемому способу уменьшается укорачивание металла, 20 т.е. происходит экономия металла.

Предлагаемый способ увеличивает производительность на ЗОЖ, что позволяет получить большой экономический эффект при сварке различных де25 -.алей.