Способ электронно-лучевой сварки с кинжальным проплавлением

 

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке и может быть использовано в машиностроении и в других отраслях промышленности при сварке изделий из высокопрочных сталей. Цель изобретения - повышение стабильности геометрии сварного шва за счет уменьшения перепадов проплавления в корневой зоне шва при наибольшей возможной глубине проплавления. Способ электронно-лучевой сварки состоит в реализации кинжального проплавления с широтно-импульсной модуляцией электронного пучка 1 со скважностью цикла, равной 0,3-0,7, и частотой, которая корреспондируется с максимальной частотой колебаний переменной компоненты тока в электроцепи изделия 3. Для подбора необходимой частоты модуляции тока включают стационарный пучок, ток которого обеспечивает глубину проплавления на 20-25% выше заданной, затем подбирают ток электромагнитной фокусирующей системы 4, обеспечивающий "острую" фокусировку пучка на поверхности изделия 3. При подборе сигнал с амплитудного детектора 7 направляют на прибор 10. Одновременно измеряют частоту колебаний переменной компоненты в электроцепи изделия 3, для чего сигнал с частотного детектора 8 направляют на прибор 9. Максимальные показания прибора 10 соответствуют току "острой

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ5ЛИК

А1 (19) (И) (51)5 В 23 К 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗ:)БРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21 ) 4395370/31-27 (22) 23.03.88 (46) 23.02..90. Бюл. Ф 7 (71) Пермский политехнический институт (72 ) В,И.Яз овских, И.В. Зуев, А.А.Углов,. С.В.Селищев, 10.Г.Куцан, И.В,Кабаев и И.И.Столяров (53) 621.791.72 (088.8) (54) СПОСОБ; ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ

СВАРКИ С КИНЖАЛЬНЫИ ПРОПЛАВЛЕНИЕМ

2 (57) Изобретение относится к электронно-лучевой сварке и может быть использовано в машиностроении и в других отраслях промышленности при сварке изделий из высокопрочных сталей. Цель изобретения — повышение стабильности геометрии сварного шва за счет уменьшения перепадов проплавления в корневой зоне шва при наибольшей возможной глубине проплавления, Способ электронно-лучевой сварки состоит в реализации кинжального проплавления

1 544537 с широтно-импульсной модуляцией электронного пучка 1 со скважностью цикла, равной О, 3-0, 7, и частотой, которая корреспондируется с максимальной часто5 той колебаний переменной компоненты тока в электроцепи изделия 3. Для подбора необходимой частоты модуляции тока включают стационарный пучок, ток которого обеспечивает глубину проплав"1О ления на 20-25Х выше заданной, затем подбирают ток электромагнитной фокусирующей системы 4, обеспечивающий острую" фокусировку пучка íà поверХ ности изделия 3. При подборе сигнал

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке и может быть использовано в машиностроении и в близ— ких к нему отраслях промышленности нри сварке изделий из высокопрочных сталей, 25

Цель изобретения - повышение стабильности геометрии сварного шва засчет уменьшения перепадов проплавления в корневой зоне шва при наибольшей возможной глубине проплавления.

На фиг. 1 показана аппаратурная схема реализации способа; на фиг. 2 . график зависимости частоты колебаний тока в цепи изделий от величины тока электронного пучка, на фиг. 3 — гра фик зависимости глубины проплавления

35 от частоты импульсов тока электронно" го пучка; на фиг. 4 — продольный шлиф сварного соединения с неполнымпроплавлением и с геометрически нестабиль40 ной корневой зоной шва.

Способ состоит в том, что при сварке с кинжальным проплавлением и с широтно"импульсной модуляцией электронного пучка со скважностью цикла, равной 0,3-0,7, необходимую частоту модуляции тока электронного пучка выбирают соответствующей максимальной частоте колебаний переменной компонен" ты тока в электроцепи изделия, которую выявляют при острой фокусировке стационарного электронного пучка, Электронный пучок 1 (фиг. 1),.генерируемый электронным излучателем

2, фокусируют на изделии 3 с помощью электромагнитной фокусирующей системы

4. Ток в электроцепи изделия обеспечивает падение напряжения на резисторе R (с этой целью в электроцепь с амплитудного детектора 7 направляют на прибор 10. Одновременно измеряют частоту колебаний пе ременной компоненты в, электроцепи изделия 3, для чего сигнал с частотного детектора

8 направляют на прибор 9. Максималь ные показания прибора 10 соответствуют току "острой" фокусировки. В этот момент оценивают по прибору 9 частоту колебаний переменной компоненты тока, С этой частотой обеспечивают модуляцию тбка пучка при сварке, используя устройство 12. 4 ил е изделия встроен источник 5, положительный полюс которого электрически соединен со стенкой металлической

oàêóóìíoé камеры). Проходящий в электроцепи изделия ток поступает на полосовой фильтр 6, который выделяет из спектра колебаний этого тока компоненту с частотой 200-800 Гц. С выхода фильтра 6 сигнал поступает на вход амплитудного 7 и частотного 8 детекторов. Сигналы с этих детекторов поступают на измерительные приборы 9 и 10, регистрирующие частоту и амплитуду колебаний соответственно, Для формирования импульсного или модулированного пучка электронов используют соответствующие устройства

11 и 12.

При сварке, например, с несквозным проплавлением необходимую частоту модуляции тока электронного пучка выбирают следующим образом. На первом этапе включают стационарный пучок, ток которого обеспечивает глубину проплавления на 20-25Х выше заданной, Затем подбирают ток электромагнитной фокусирующей системы 4 таким образом, чтобы обеспечивалась. "острая" фокусировка пучка на поверхности изделия 3. Этот подбор осуществляют по максимальной амплитуде переменной компоненты (с частотой 200-800 Гц),тока в электроцепи изделия, для чего сигнал с амплитудного детектора 7 направляют на прибор !О. Одновременно измеряют частоту колебаний переменной компоненты тока в электроцепи изделия, для чего сигнал с частотного детектора 8 направляют на прибор 9, По достижении максимального показания по при37

15445 бору 10, что соответствует току "острой" фокусировки, оценивают по прибору 9 частоту колебаний переменной компоненты тока, С этой же частотой обеспечивают модуляцию тока пучка при сварке. Очевицно, что максимальный ток пучка в одиночном импульсе может быть равен току стационарного пучка, При скважности 0,6-0,7 глубина проп- 10 лавления при таком токе пучка снижается на 10-15Х в сравнении со сваркой стационарным пучком. График на фиг.2 показывает экспериментально найденную зависимость частоты f естественной пульсации процесса электронно-лучевой сварки с кинжальным проплавлением от величины тока пучка j:, Экспериментальные данные получены для детали 38ХНИ при ускоряющем напряже- 20 нии 28 кВ и скорости сварки 12 м/ч.

Ошибка при оценке частоты пульсаций не превышает SX.

На фиг. 3 представлена информация о соотношении между глубиной проплав- 25 ления Н и величиной ее перепадов ДН с одной стороны и частотой f импуль" сов тока — с другой.

На фиг. 4 в качестве примера показан продольный макрошлиф шва, где 30

Н„- неполное проплавление, ̈́— полное проплавление, ДН - зона геометрической нестабильности в корне шва, Апробацию изобретения проводят при электронно-лучевой сварке деталей из стали 38 ХНИ на установке ЭЛУ-5 с источником питания У-250А, Параметры сварочного режима: ускоряющее напряжение 28 кВ, ток электронного пучка

170 мА, скорость сварки 12 м/ч, ток 40 фокусирующей линзы при "острой" фокусировке пучка 71,5 мА. График на фиг. 2 показывает, что при точке 170 мА частота следования импульсов тока пучка составляет примерно 450 Гц. 45

Именно с этой частотой осуществляют сварку (для сравнения использованы также частоты 200 Гц и 600 Гц), Геометрические характеристики проплавления оценивают по продольным макрошлифам е

Из фиг, 3 следует, что при увеличении частоты импульсов до 450 ГЦ глубина проплавления увеличивается, а по достижении частоты 450 Гц (и выше) — снижается. Оказывается, что ве-. личина Д Н/Н при сварке стационарным пучком составляет 0,17, при импульсной сварке с частотой 450 Гц

0,07, а при импульсной сварке с частотой 600 Гц — 0,085.

Технико-экономический эффект от использования изобретения определяется возможностью улучшения свойств сварных соединений sa счет стабилизации геометрии в корневой зоне шва и в каждом конкретном случае зависит от особенностей конструкции свариваемого иэделия и стоимости его материала, Формула изобретения

Способ электронно-лучевой сварки с кинжальным проплавлением, при котором осуществляют широтно-импульсную модуляцию электронного пучка со скважностью цикла, равной 0,3-0,7, о т л и ч аю.шийся тем, что, с целью повышения стабильности геометрии сварного шва за счет уменьшения перепадов .глубины проплавления в корневой зоне шва при наибольшей возможной глубине проплавления, необходимую частоту модуляции тока электронного пучка выбирают соответствующей макси- мальной частоте колебаний переменной компоненты тока в электроцепи изделия, которую выявляют при острой фокусировке стационарного электронного пучка.

1544537

Sg ЮО 1У Zdg Я501л,нд

4М.g

Н, ррах

490 Жю 660 у, fq

448. 8

Составитель Е.Мамутов

Техред Л.Сердюкова -Корректор М. Кучерявая

Редактор A,Ëàéäoð ! °

Заказ 457 Тираж 635 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета rto изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r..Ужгород, ул. Гагарина, 101