Способ сварки

 

Изобретение относится к дуговой сварке алюминиевых сплавов. Сварку ведут высокоэнергетической электрической ду - гой, образованной колоколообразными импульсами тока, разделенными паузой повышенной частоты длительностью (1,0 - 1,5) . Затем плавно изменяют паузу, концентрируя при этом энергию дуги по закоЯу йарасҐающей экспоненты до частоты следования 5000 Гц. Способ позволяет получить величину зерна в зойе сварки 5-8 мкм. 1 табл., 2 ил.

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 9/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4651512/02 . (22) 15,02.90 (46) 15.10.92. Бюл, М 38 (71) Организация арендаторов "Харьковский научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (72) Н.П.Моисеев, В,Н.Соболь и С.Н.Моисеев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1562086, кл. В 23 К 9/16, 1977. (54) СПОСОБ СВАРКИ

Изобретение относится к дуговой сварке металлов, как плавящимся, так и неплавящимся электродам в среде инертных газов и может использовано для сварки различных сталей и сплавов на основе титана, а также алюминиевых сплавов.

Известен способ дуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка, между которыми поддерживают маломощную дугу от дополнительного источника постоянного тока, при котором осуществляется регулирование наклона внешней характеристики источника.

Недостатком его является то, что он сопровождается выбросом крупных капель металла (брызг) как с торца электрода, так и со сварочной ванны, которые в местах контакта с основным металлом образуют весьма прочные связи. Повышенная адгезия капель на основном металле обусловлена в значительной мере их размерами.

Удаление их с поверхности основного металла связано с большими затратами руч,,5U,, 17683бб А1 (57) Изобретение относится к дуговой сварке алюминиевых сплавов. Сварку ведут высокоэнергетической электрической ду— гой, образованной колоколообразными импульсами тока, разделенными паузой повышенной частоты длительностью (1,0—

1,5) 104С. Затем плавно изменяют паузу, концентрируя при этом энергию дуги по закойф йарастающей экспоненты до частоты следования 5000 Гц. Способ позволяет получить величину зерна ii зойе Сварки 5 — 8 мкм. 1 табл., 2 ил. ного труда, особенно в труднодоступных местах сварных металлоконструкций, Наиболее близким к изобретению по достигаемому эффекту является способ сварки, преимущественно алюминиевых сплавов, при котором между электродом и изделием поддерживают маломощную дугу от дополнительного источника постоянного тока с регулируемым наклоном внешней характерйстиicTi "- = - - « -=- ." -" -:--:--Известный способ повышает производйтельйоСть путей yáòðàéåééÿ прилипания брызг.

Однако, с его использованием не обеспечивается необходймое качество при сварке Al-x сплавов из за " наличия крупно-зернистой структуры в исходном металле, что снижает прочность сварного соедййеййя "йбсле воздействия электрической дуги.

Целью изобретения является повышениЬ качества сварного соединения за счет измельчения зерна сварного шва.

17683 б6

10

Указанная цель достигается тем, что в способе сварки, преимуществом алюминиевых сплавов, включающего импульсный электронагрев с регулируемым наклоном внешней характеристики, сварку ведут электрической дугой, образованной колоколообразными импульсами тока длительностью (1,0 — 1,5). 10 С, а паузу между импульсами монотонйо уменьшает по закону нарастающей экспоненты до частоты импульса 5 тыс. Гц.

В предложенном способе путем изменения паузы 4 концейтрации электрической дуги по закону нарастающей экспоненты до частоты импульса 5 тыс. Гц, обеспечивается регулирование микроструктуры дисперсноупрочненного сплава и в результате чего устраняется возможность возникновения холодных трещин в сварном соединении.

Изменение паузы определяет структуру шва, величину кристаллов и частоту следования сварочных импульсов тока, а также энергетические параметры дуги на единицу соединяемой конструкции. Причем монотонное изменение паузы по закону нарастающей экспоненты и колоколообразных импульсов не позволяет осуществить термический удар крутизной нарастания сварочного импульса, который приводит к образованию межкристалитных трещин, Повышение качества сварного соединения обеспечивается за счет повышения коэффициента прочности сварного соединения, определяемого структурой шва, имеющего мелкозернистое строение, измельченные в разориентированные кристаллы, где отсутствуют резкие зоны раздела даже в зоне термического влияния.

Обусловлено это энергетическими параметрами сварочного тока, длительностью сварочного импульса и паузой повышенной частоты.

Длительность сварочного импульса тока определяют расплав металла с образованием жидкой фазы и время его нахождения в расплавленном состоянии, а пауза — затвердевание структуры и частоту следования сварочных импульсов тока.

Процесс кристаллизации начинается с возникновения в жидкой фазе необходимых объемов твердой фазы центров кристаллизации и последующего их роста в паузе.

Кинетику фазового превращения можно оценить количеством центров, кристаллизацией возникающих в единице объема за единицу времени и линейной скорости роста кристаллов. Чем больше зарождения центров кристаллизации и чем меньшей скорость их роста, тем более мелкими получаются зерна.

Наличие сварочного импульса тока приводит к расплаву металла и образованию жидкой фазы. После чего действия в паузе, металл охлаждается в результате чего происходит зарождение кристаллов, которые затем начинают в паузе расти.

Если период повторения сварочных импульсов тока большой следовательно большая пауза и кристаллы успевают полностью вырасти, Начинаем уменьшать паузу, т.е. увеличивать частоту импульса, в результате чего зарождаются центры кристаллизации, но вырасти кристаллы не успевают, так как поступает следующий импульс тока и расплавляет их, в следствии чего количество центров увеличивается. Таким образом, уменьшая монотонно паузу по закону нарастающей экспоненты до частоты импульса 5 тыс, Гц наступает момент, когда кристалл только зародился и сразу же будет разрушен, благодаря чему обеспечивается мелкозернистая структура сварного шва.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для реализации способа; на фиг.2— осцилограмма сварочного тока и напряжением, где по оси абсцисс отражено время, а по оси ординат — напряжение U<> и ток I<>. высокоэнергетической электрической дуги, образованной колоколообразными импульсами тока t<, разделенными паузой т повышенной частоты по нарастающей экспоненты до частоты импульса 5 тыс. Гц.

Устройство для реализации предложенного способа сварки преимущественно алюминиевых сплавов содержит следующие блоки: регулируемого выпрямителя 1, управления режимом сварки 2, монотонного уменьшения между импульсами паузы по закону нарастающей экспоненты 3, источник сварочного тока повышенной частоты резонансного типа 4 и сварочную головку 4, Напряжение сети переменного тока подается на блок регулируемого выпрямителя 1, формирующего два постоянных напряжения: одно для питания сварочного источника тока 4, регулируемое по амплитуде блоком управления режимом сварки 2, а второе для блока монотонного нарастания по закону экспоненты 3. Постоянное напряжение, регулируемое по амплитуде регулируемым выпрямителем 1 подается на источник сварочного тока повышенной частоты 4, выполненный по полупроводниковых приборах по схеме последовательного инвентора резонансного типа, вырабатывающего импульсы длительностью (1,0 — 1,5) 10 С, поступающие на сварочную головку 5, которые возбуждают сварочную дугу. При этом частота следования сварочных импульсов монотонно изме1768366

Среднее зна.чение величины зерна, мкм

Микротвердость Н,иго, МПа

Частота импульса, Гц

Примечание

Длительность импульса, Сx104

Вариант

700

12-15

Отсутствует закалка

Удовлетворительная

Хорошая

Тс же

Наблюдается пе er ев

0,9

2000

1 опытный

6-8

960

1,0

3000

2 опытный

5000 . 5000

3 спытныЙ

4 опытный

5 опытный

5-7

5-7

9-12

:,. 1000

940

1,3

1,5

1,6 няется до частоты следования 5000 Гц блоком и монотонного изменения паузы 3 (t>) по закону экспоненты за счет уменьшения расстояния между импульсами сварочного тока (см. осцилограмму на фиг.2). Как видно из осцилограммы, в момент включения источника тока повышенной частоты 4 происходит монотонное нарастание величины амплитуды сварочного тока до частоты 5000

Гц, а пауза между ним уменьшается, при этом дуга сужается по сечению, т,е. катодное пятно уменьшается, что приводит к упрочнению сварочного шва в процессе сварки.

Пример. Предлагаемый способ сварки преимущественно Al-х сплавов реализован следующим образом.

Сварку проводили на алюминиевом сплаве марки МК-4 в среде аргона с использованием сварочного источника тока 4 повышенной частоты резонансного типа (чертеж генератора ¹ 61Я3.299.001ПС), вырабатывающий колоколообразные импульсы тока tx, разделенными паузой tn повышенной частоты, и сварочной головки 5.

Рабочую частоту изменяли от 2000 до

5000 Гц, а длительность импульса тока повышенной частоты — от 0,9 10 С до 1,6х

-4 х10 С.

Оценки эффективности сварки производили при исследовании микроструктуры основного сплава и сплава полученного в зоне сварки, Металлографические исследования проводили на микроскопе ИМР-4 приувеличенных х 500 и х 1000.

Одновременно испытывался известный способ сварки путем импульсного нагрева с регулируемым наклоном внешней характеристики по известному изобретению.Величины среднего значения зерна в зависимости от режима сварки, а также микротвердости Н,и 20 приведены в таблице.

Из таблицы следует, что при испсльзо5 вании в процессе сварки колоколообразных импульсов тока повышенной частоты сулительностью импульса тока (1...1,5) 10 С и паузой между импульсами тока нагрева, мо10 нотонно изменяющего по закону нарастающей экспоненты до частоты следования в

5000 Гц, микротвердость в обработанной

15 зоне сварного шва изменяется от 960 до

1250 МПа, а величина зазора находится в пределах 5 — 7 мкм.

Предлагаемый способ, как показывают результаты испытаний позволил повысить

20 качество сварного соединения путем увеличения микротвердссти в зоне сварного шва в 1,5...1,9 раза и уменьшить среднее значение величины зерна в 2,5...2,6 раза. При этом механические свойства металла повы25 шаются в 1,2...1,3 раза, в результате чего надежность и долговечность сварных конструкций увеличивается на 27...30 .

Формула изобретения

30 Способ сварки, преимущественно алюминиевых сплавов, включающий импульсный электронагрев с регулируемым наклоном внешней характеристики, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения

35 качества сварного соединения за счет измельчения зерна сварного шва, сварку ведут электрической дугой, образованной колоколообразными импульсами тока длительностью (1,0 — 1,5) "1 О с, а паузу между

40 импульсами монотонно уменьшают по закону нарастающей экспоненты до частоты импульса 5000 Гц, 1768366

Составитель Н. Моисеев .

Техред М.Моргентал Корректор А. Ворович

Редактор Т. Орлова

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

Заказ 3608 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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