Способ двухсторонней электронно-лучевой сварки
СОЮЗ СОГЗЕ TCKMX
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)s В 23 К 15/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCKOMY СВИ4ЕТЕЛЬСТБУ (21) 4603501/27 (22) 09.11.88 (46) 30.10.91. Бюл. N . 40 (71) Институт электросварки им.Е.О.Патона (72) В.И.Загорников, В.В.Якубовский, В.В.Новожилов, Ю.В,Орса, Э.Л.Вржижевский и Ю.В.Кошелев (53) 621.791.72 (088.8) (56) Назаренко О.К. и др. Электронно-лучевая сварка/Под ред. Б.Е.Патона. Киев: Наукова думка, 1987, с.256.
Г541 СПОСОБ ДВУХСТОРОННЕЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ (57) Изобретение относится к сварке и может быть использовано в различных областях машиностроения при электронно
-лучевой сварке толстостенных стыковых соединений из высокопрочной стали. Цель изобретения — повышение качества сварИзобретение относится к сварке и может быть использовано в различных областях машиностроения при электронно
-ny«eBoA сварке толстостенных стыковых соединений из высокопрочной стали.
Цель изобретения — повышение качества сварных соединений путем исключения корневых дефектов сварного шва.
На фиг,1 и 2 представлена общая схема сварки при раздельных проходах электронно — лучевой пушки с каждой стороны свариваемого стыка; на фиг,3 — схема области пересечения сварных швов в центральной части сварного соединения; на фиг.4— схема разделки соединенных элементов в
«„50 1б87401 А1 ных соединений путем исключения кооневых дефектов сварного шва. Способ заключается в предварительной разделке стыка соединяемых элементов по типу "выступ впадина" на всю толщину д свариваемого изделия с углом Q при вершине разделки, равным а 90-1500. Сварку осуществляют с двух сторон свариваемого изделия со сквозным проплавлением по каждой из плоскостей свариваемого стыка. Способ обеспечивает снижение требован» и к точности совмещения электронного пучка со сгыком, а также позволяет избежать не".ï;ëàBàåíèé в корневой части сварного шва, связанных с намагничиванием свариваемого изделия. Уменьшение площади перекры1ия сварных швов вследствие увеличения угла Q между осями свaðíûõ швоз снижает вероятность образования горячих трещин. 5 ил„2 табл. стыке под сварку; на фиг,5 — сварное соединение, При реализации способа двухсторонней электронно †лучев сварки перед проведением процесса сварки выполняют разделку соединяемых элементов в стыке под сварку типа "выступ-впадина" на всю толщину свариваемого изделия с углом при вершине a = 90-1500.
Сварку осуществляют со сквозным проплавлением по каждой из плоскостей свариваемого стыка, При этом угол Р входа электронного пучка в свариваемое изделие связан с углом а зависимостью а = 2 j3 (фиг.1, 2), Сварка осуществляется в два прохода, как показано на фиг.2, 1, или одновременно
1687401 с двух сторон стыка двумя электронно — лучевыми пушками одновременна. При этом исключается попадание электраннога пучка одной пушки на корпус другой. С ростом свариваемых толщин перспективность такой схемы сварки возрастает. Такая разделка соединяемых элементов при данном способе двухсторонней сварки приводит к тому, что действие магнитного поля становится менее критичным, снижается количество корневых дефектов, так как сварка по стыку идет только до половины толщины изделия, а вторая половина шва проваривается по целому металлу, и отклонение пучка вследствие намагничивания не приведет к, несплавлению. Количество сборочных скоб, стягивающих обечайки при сварке стыков в горизонтальной плоскости, сводится к минимуму.
С точки зрения металлургии процесса сварки угол a должен быть таким, чтобы обеспечить минимальную площадь пересечения двух швов $0. Такой площадью является квадрат со стороной, равной ширине В литой зоны сварного шва (фиг.3), получаемой при угле)3 входа пучка визделие, равном 450.
Однако при таком угле Р входа пучка в изделие с лицевой стороны наблюдается большой односторонний подрез, уменьшить который можно увеличив угол В с 45 да 60...75 (саответственно а = 120...1500).
Оптимальный диапазон изменения углов а разделки соединенных элементов был установлен экспериментально, исходя из условий обеспечения стабильного процесса сварки, отсутствия односторонних подрезав и исключения появления в месте пересечения двух швов горячих трещин. Горячие кристаллизационные трещины вызываются повышением напряженного состояния при увеличении площади пересечения двух швов по мере изменения угла их встречи (фиг,3) и приближения его к 1800.
Процесс сварки по предлагаемому способу может осуществляться как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.
Более технологичной является схема сварки стыков в вертикальной плоскости при перемещении электронной пушки снизу вверх, так как в этом положении критичность выбора параметров по току и скорости сва рки снижается.
Способ двухсторонней сварки был осуществлен при сварке стыковых макетных образцов — 500 х300 х 45 мм. Для сварки использовалось серийное электронно †луче10
55 вое оборудование с ускоряющим напряжением 60 кВ и мощностью 60 кВт.
На основании проведения серии опытных сварок, часть из которых приведена в табл,1, определены параметры процесса электронно — лучевой сварки. Скорость, амплитуда развертки и ее частота оставались неизменны с тем, чтобы уменьшить число параметров, влияющих на процесс сварки.
В связи с изменением толщины праплавления при изменении угла разделки соединяемых элементов ток сварки для достижения гарантированнога праплавления менялся в диапазоне 300 — 420 мА.
Сварка осуществлялась горизонтальным пучком при перемещении электронной пушки снизу вверх, Для устранения возникающих после основного подрезав па абе стороны поверхности стыков выполнялись падварачные швы с применением присадки, Режим подварочных швов: впуск = 60 KB,!с = 60 мА, I ф= 965 мА, Vc
= 0,83 мм/с, Чпод лр. = 1 1,1 мм/с.
Окончательная операция — "косметическое" заглаживание шва для устранения поверхностных концентраторов выполнялась на режиме: Uyp< == 60 кВ, )св = 80 мА, !ср
910 мА, V,„„=1,4 мм/с, Поперечная развертка амплитудой А = 10...20 мм, частотой 1000 Гц.
После сварки стыки разрезались на темплеты для изготовления образцов для проведения циклических испытаний таким образом, чтобы толщина полученных темплетов оставалась неизменной, равной толщине свариваемых листов, Ширина рабочей части образца определялась мощностью испытательной машины. Проведены сравнительные усталастные испытания электронна-лучевых соединений высакопрачнай стали 12Х2Н4МД, выполненных с соединением элементов па данной схеме, без разделки соединяемых элементов с устранением неправарав и подрезав вторым проходом с обратной стороны. Результаты испытаний приведены в табл.2. Они показали, чта применение предлагаел ага способа обеспечивает достаточные уровни дол го вечности.
Фрактаграфические исследования показали, что как в квазистатическай, так и в усталастной области малациклавага нагружения наблюдалось вязкое разрушение
Использование предлагаемого способа двухсторонней электронно — лучевой сварки изделий больших талщин позволяет избежать несплавлений, связанных с магнитными отклонениями электронного пучка ат плоскости стыка в корневой части сварнсга
1687401 таблица 1
Параметры и углы разделки элентоонно-лучевой сваани соединяемых элементов под сваону
Х, мм
l угол
- оаэделни, с:(, гоад.
Приме чан не
Частота
Е, Гц
Пример I Vpg мм/с Большой односторонний подрез с лицевой и обратной стороны шва. Раэбоызгивание ме-,алла, выдувание металла с обрэтной стоооны стыка. 100и 1,2 420 0,83 Подрез с лицевой стороны сохраняется, но гроцесс сварки устойчив. Плацадь пеоесочения двух шов минимальна 400 100и 2,0 0,63 Подреза нет, раэСрыэгивание минимально, Плошадь,B Bñå÷åния швов блиэна н оптимуму 120 1000 2,0 0,83 360 13и Плсыддь пересечения швов увеличивается, но травин не наблюдается. Подреэы с лицевой и обратной стороны .тсутстьуют 2," 1и00 32G 0,83 160 Опасно увеличивается плспндь пересечения эвух швов. Наблю,даются горячие травкины 2,0 100и 0,63 "-", г Невозможность избежать появления горячих травин и непроваров. Оеэ разделни 1000 2, G 0,63 6 3GG шва, что обеспечивает снижение требований к точности совмещения оси электронного пучка с плоскостью стыка путем конструктивных особенностей используемой разделки соединяемых элементов, 5 Способ обеспечивает снижение вероятности образования горячих трещин путем уменьшения площади перекрытия сварных швов вследствие увеличения угла а между осями швов. 10 Применение предлагаемого способа электронно-лучевой сварки позволяет избежать проведения операций по размагничиванию изделий перед сваркой при намагниченности до 3,0 Гс. По сравнению 15 со способом-прототипом вероятность возникновения корневых дефектов типа несплавления при сварке по данному способу уменьшилась на 12,5, Формула изобретения Способ двухсторонней электронно — лучевой сварки, включающий сборку стыка соединяемых элементов и сварку, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем исключения корневых дефектов сварного шва, выполняют разделки соединяемых элементов по типу "выступ-впадина" с углом при вершине а = 90 — 150о, формируя выступ или впадину от кромок соединяемых элементов, а сварку ведут с двух сторон со сквозным проплавлением по линиям, образующим угол а. 1687401 1аблица 2 Результаты уст лостных испытаний Число циклон до разрушенив образцов Уровень насрунения, ИПа по способупрототипу по предлагаемому способу 5461 Греднее 704 Среднее 504 Среднее 10006 121В0 15029 .36365 40212 429LI 12146 39127 41021 40«6 1687401 02,2 1687401 Составитель И.Фролов Техред M.Ìîðãåíòàë КорректорО.Ципле Редактор Л.Павлова Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина. 101 Заказ 3668 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
