Способ сварки плавящимся электродом

 

Использование: сварка алюминиевых сплавов большой толщины. Сущность изобретения: способ сварки плавящимся электродом заключается в пластическом деформировании электрода перед входом в горелку с прямым мундштуком и во вращении электрода вокруг оси мундштука с радиусом вращения изогнутого конца электрода на выходе из мундштука, описываемым уравненид ем cos 6+ Ј - № -(„ -byoslntf)2. где р - радиус изгиба электрода; д dM-d - зазор между электродом и мундштуком; dm - диаметр направляющего канала мундштука; d - диаметр электрода; н - наружный вылет электрода; в - угол между осью электрода и осью мундштука в конце прямого направляющего канала мундштука; в arctg 1В(1 -JLn2 У-i внутренний вылет электрода; ,225р 1 +-- -1 . Токоподводящий мундштук с прямым направляющим каналом и фаской выходного участка имеет длину канала, равную максимальномувнутреннему вылету электрода,рассчитанному при максимальном радиус е изгиба электрода, и коническую фаску с углом конуса к оси мундштука, равным наибольшему углу наклона электрода, рассчитанному при минимальном радиусе изгиба электрода . 4 ил., 2 табл. fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л В 23 К 9/173

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4932641/08 (22) 05.05.91 (46) 07.04.93. Бюл. № 13 (71) Организация "Гермес" (72) А.С.Барашков (73) А.С.Барашков (56) Авторское свидетельство СССР № 727360, кл. В 23 К 9/00, 1978, Авторское свидетельство СССР

¹ 1581508, кл. В 23 К 9/16, 1988.

Авторское свидетельство СССР № 1609574, кл. В 23 К 9/173, 1987, (54) СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ

ЭЛЕКТРОДОМ (57) Использование: сварка алюминиевых сплавов большой толщины. Сущность изобретения: способ сварки плавящимся электродом заключается в пластическом деформировании электрода перед входом в горелку с прямым мундштуком и во вращении электрода вокруг оси мундштука с радиусом вращения изогнутого конца электрода на выходе из мундштука, описываемым уравнениИзобретение относится к области сварочного производства, в частности к способам и устройствам дуговой сварки в щелевую разделку; и может быть использовано для заварки отверстий, при сварке и ремонте конструкций из алюминиевых сплавов больших толщин, Цель изобретения — повышение качества сварного соединения, расширение области применения, повышение точности регулирования процесса сварки, уменьшение размеров мундштука. обеспечение на. Ж,, 1807922 А3 ем R=p cos д+ т -, — (I<+psln д где p — радиус изгиба электрода; д =dM-d— зазор между электродом и мундштуком;

dM — диаметр направляющего канала мундштука; d — диаметр электрода; 1н — наружный вылет электрода; Π— угол между осью электрода и осью мундштука в конце прямого направляющего канала мундшTÓKà; 0 =arctg (I>(2 2/): 1в

1 1-, р2 в . внутренний вылет электрода;

I8=1,225p 1 + — — 1 . Токоподводяр щий мундштук с прямым направляющим каналом и фаской выходного участка имеет длину канала, равную максимальномувнутреннему вылету электрода, рассчитанному при максимальном радиусе изгиба электрода, и коническую фаску с углом ко- нуса к оси мундштука, равным наибольшему углу наклона электрода, рассчитанному при минимальном радиусе изгиба электрода. 4 ил., 2 табл. дежного контакта электрода с мундштуком, что ведет к увеличению срока службы мундштука и экономии металла.

Изобретение поясняется чертежами (фиг, 1 — 4).

При предварительном деформировании электродная проволока претерпевает упруro-пластический изгиб, вследствие которого имеет остаточную кривизну р>. В электродной проволоке имеют место остаточные напряжения растяжения и сжатия. При прохождении мундштука проволока вы1807922 прямляется и затем снова принимает изогнутое положение с кривизной р .

В расчете рассматривается случай упругого изгиба электродной проволоки в мундштуке, когда р2= р 1= р.

С достаточной для практики точностью можно принять, что в области упругих перемещений изгибающий момент, который необходим для выпрямления изогнутой проволокй, равен изгибающему моменту для загиба прямой проволоки по дуге с таким же радиусом кривизны.

Поскольку остаточные напряжения растяжения и сжатия в изогнутой проволоке уравновешены, в расчете изгиба они не учитываются, однако при расчете. напряжений они должны быть рассмотрены, Зависимость кривизны проволоки р от изгибающего момента M находится из выражения:

1 M р Е1х где Š— модуль упругости;

ix — момент инерции сечения относительно главной центральной оси, перпендикулярной плоскости изгибающего момента.

Для расчета изгиба проволоки в мундштуке рассмотрен случай, когда дуга проволоки прижата силами P к ровной поверхности (фиг, 1,а, б). Поскольку в средней части проволока выпрямляется (фиг, 1,б), на нее воздействует один равный по всей длине изгибающий момент, что возможно лишь при расположении сил и реакций опоры по схеме на фиг. 1,в, г, поэтому изогнутый конец проволоки.можно рассматривать как балку, заделанную в стене. Величина изги. бающего.момента в гочке касания отогнутого конца с поверхностью составит М=Р1, (фиг. 1,г).

Схема расположения изогнутой проволоки в мундштуке показана на фиг. 2. Одна ось координат Z совмещена с осью проволоки, а начало координат совмещено с плоскостью, проходящей перпендикулярно оси через крайнюю точку касания проволоки с внутренней поверхностью отверстия, т.е. на расстоянии 4 от края мундштука, где 1в— внутренний вылет проволоки, Одна из главных задач расчета состоит в определении угла наклона проволоки О, от величины которого зависит искривление проволоки на выходе из мундштука Я (при вращении — радиус вращения проволоки).

Поскольку фактические радиусы изогнутой проволоки велики (для АМг6 р >100 мм), а углы наклона малы (2-5 ), то можно пренебречь искривлением проволоки, изменением момента силы при изгибе и использовать все теоретические расчеты, полученные для прямой проволоки, Поместим дугу изо5 гнутой проволоки с радиусом р в заделку (фиг. 2).

В нашем случае уравнение окружности дуги имеет вид: (V1 P) + Р"

"0 или для нижней части окружности дуги:

У1= Р

Нагрузим конец проволоки силой P. При этом проволока прогнется на величину у2;

15 еГ г е

Итоговая величина прогиба составит:

У=У1-У2= P 1, з

Е Гх 1, 2 6

Максимальный прогиб в месте приложения силы Р равен:

Р ..1з

30 2=1в, ymsx= p p 1в

2 2

1 Р1

ПосколькУ вЂ” = -.Г-, Уавх= д -дм-d, в р Ггх

35 то уравнение запишется в виде:

12 д=р3

Проведем преобразования уравнения с

40 целью определения 1в . Ф- =м- 4-, .

9 р (р -1в )=(3р(р- д) 1в2)2;

Iв +f9 р2-2.3 7(р-д))1в +

+ (9 р (p - д ) -9 р )=0;

1в +зр(р+г д)1в -9 р д(2 р- д)=о, Посколькур» д, то получим решение в виде:

55 1в—= или (2) 1.=1,гг5 р

1807922

Таким образом, внутренний вылет проволоки Is зависит от радиуса изгиба проволоки р и зазора проволоки в мундштуке д, Для определения О продифференцируем выражение (1) 5 ау -2Z Р

dx 2 ф 22 ЕТх

l2Z 3Z — à — 6 .,2 — . Х 10 в чр — Z х . (1 2 2)

15

P ls I

При Z=ls, Е 1х p в Is получим tg Î=

Ур — ) 2 Р

0-arctg(l (-- ) 1 1 ° ф." 2 р) (3) Ь

О=arctg

При выходе из мундштука проволока снова принимает прежний радиус изгиба р (фиг. 3). Определим искривление (радиус вращения) проволоки R при величине наружного вылета из мундштука! н. 35

R=MN+ 2, д.

MN=0N-0М;

Ой=р.сов 0;

ОМ= ф-AM ;

AM=Iм+B N;

BN=p.sin 0

R-=рсоз О+ 2д (4) Таким образом, радиус вращения проволоки R зависит от радиуса изгиба проволокир, зазора проволоки в мундштуке д и 50 наружного вылета проволоки 4, При расчете по формулам (2) — (4) необходимо учитывать, что в действительности радиус изгиба проволоки р на выходе из мундштука колеблется от минимального 55 рмим до максимального значения pMaxc..

Так, при сварке стальной проволокой g 1,2 радиус изгиба проволоки изменялся в пределах от 25 до 40 мм.

Поскольку в действительности р -10ls, то р-»1 и выражение(3) значительно уп- 25 г 2 рощается:

Длину цилиндрического отверстия мундштука (направляющего канала) 1х устанавливаем по максимальной величине внутреннего

ВЫЛЕта ПРОВОЛОКИ! в1Т15х.

1 =-15п x=1,225Pmax 1 1 1 — — 1. (5) ед

pmax

Как видно из (5), максимальный внутренний вылет проволоки имеет место при максимальном радиусе изгиба р а .

Устанавливать длину цилиндрического отверстия мундштука больше Is max не имеет смысла, поскольку далее проволока не касается мундштука, если же использовать мунДШтУК МЕНЬШЕ Is п2 х, тО ПРОВОЛОКа бУДЕт входить в мундштук под углом и тереться о входную кромку мундштука, из-за чего затрудняется ее подача.

Поскольку существующие мундштуки имеют длину до 40 мм, то использование мундштука с расчетной длиной по формуле (5) позволяет экономить металл..

Другим отличительным признаком устройства является то, что применяется мундштук с конической фаской на конце с углом конуса, равным максимальному углу наклона проволоки на выходе из мундштука

Оп1ах, который имеет место при минимальном радиусе изгиба проволоки pt12.

При использовании угла конической фаски у, равного 62 х, контакт проволоки с мундштукам происходит внутри мундштука, а не на краю, благодаря чему не происходит оплавления конца мундштука и повышается надежность контакта.

Таким образом, отличительными признаками изобретения являются:

1) вращение плавящегося электрода. вокруг оси мундштука с радиусом вращения

R=- pcos Î+ д что позволяет повысить качество сварки алюминиевых сплавов, использовать способ для заварки отверстий, повысить точность регулирования процесса;

2) заданная длина направляющего канала мундштука 1к — ls max, что сокращает длину мундштука и позволяет экономить металл;

3) наличие конической фаски на конце мундштука с углом конуса у= О,х, что повышает надежность контакта проволоки с мундштуком и не приводит к оплавлению конца мундштука.

Среди рассмотренных аналогов решений с выделенным комплексом отличительных признаков не обнаружено, что позво1807922 ляет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию

"существенные отличия", Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг. 4.

Изогнутую электродную проволоку 1 подают через токоподводящий мундштук 2, закрепленный в корпусе 3. После прохожде.ния направляющего канала мундштука проволока занимает прежнее изогнутое положение с радиусом изгиба p . .Одновременно с подачей проволоки осуществляют ее вращение вокруг оси мундштука. Между концом изогнутого электрода 1 и свариваемым изделием 4 горит дуга 5. Благодаря вращению конец электрода 1 совершает движение по окружности радиусом R, Ка расстоянии внутреннего вылета электрода

1 проволока не касается мундштука. Длину направляющего канала мундштука Ix устанавливают по максимальной величине внутреннего вылета электрода!к=1в max, которая имеет место при максимальном радиусе изгиба электрода реах. На конце. мундштука выполнена коническая фаска с углом конуса у. Угол конуса уустанавливают равным максимальному углу наклона у= Qqax, который имеет место при использовании в расчетах минимального радиуса изгиба электрода в, что позволяет осуществлять контакт электродной проволоки внутри мундштука и исключает оплавление как нижнего торца мундштука, так и в точке контакта из-за большой металлоемкости мундштука в этом месте.

Как показывает опыт, достаточна фаска длиной 1ф=З-5 мм. Так, в нашем случае, при сварке сплава АМг6 с радиусом изгиба электрода pin=200 мм использовалась фаска

3 мм. Если говорить о точном прилегании проволоки к мундштуку, то нужно,на коническом отверстии выполнить радиусную фаску радиусом р =200 мм, что технически трудно выполнить и практически не требуется, поскольку в случае использования короткой фаски и большего радиуса изгиба проволоки неприлегание проволоки составит лишь 0,02 мм. Такое неприлегание очень быстро устраняется износом мундштука, Острые кромки конической фаски должны быть скруглены радиусом г=1 мм.

Пример расчета и применения.

По разработанному способу производилась заварка отверстий диаметром 18 мм глубиной 70 мм в пластинах из сплава АМг6 толщиной 80 мм. Режим заварки отверстия приведен в табл. 1.

Результаты расчетов по формулам (2) (4) сведены в табл. 2.

Поскольку радиус изгиба проволоки изменялся от pmln 200 мм до pmax250 мм, то внутренний вылет проволоки также менялся от 24,4 до 27,3 мм, Длину направляющего

5 канала мундштука установили по максимальному внутреннему вылету проволоки

la max когда pmax= 250 мм:

lx=Ia max-27,3 =28 мм.

Угол конической фаски у выбрали по максимальному углу наклона проволоки при

/эщ п=200 мм:

g = Qnax-З,5 .

R-=p cos 0+ д где р — радиус изгиба электрода; д =dM-d —. зазор электрода в мундштуке;

dM — диаметр отверстия мундштука;

d — диаметр электрода, lH — наружный вылет электрода;

Использование вращения дуги с расчетным радиусом в пределах R=5,7 — 6,8 мм позволило получить качественное сплавление

20 направленного металла со стенками отверстия без трещин и пор в шве.

Разработанный способ и устройство опробованы для исправления локальных дефектов электронно-лучевой сварки тол25 стостенных алюминиевых сплавов.

В настоящее время применяется технология разделки дефектов ЭЛС ручными пневматическими машинками и ручной аргонодуговой сварки разделок.

30 По предлагаемому способу дефект высверливают, а затем заваривают автоматической головкой, что позволяет уменьшить количество наплавленного металла в 5 — 10 раз и повысить качество сварки.

Формула изобретения

Способ сварки плавящимся электродом, заключающийся в пластическом деформировании электрода перед входом в

40 горелку с прямым мундштуком и придании ему дугообразных перемещений на выходе из мундштука, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, расширения области примене45 ния, повышения точности регулирования процесса сварки, плавящийся электрод вращают вокруг оси мундштука с радиусом вращения конца электрода, описываемым уравнением

10

1807922

=1,225 р

Таблица 1

Значение

Па амет

Таблица 2

Фиг. ) О-- угол между осью электрода и осью мундштука в конце прямого направляющего кан ала мундштука, О =а гст9(1.());

1 1 ф в 5

I8 — внутренний вылет электрода, 4=

Сварочный ток, А

Напряжение дуги, В

Скорость сварки (подъема горелки), мм/с

Скорость вращения, об/с

Расход защитного газа гелия, л/мин

Диаметр проволоки d< . AMr6, мм

Диаметр защитного сопла горелки, мм

Радиус изгиба проволоки р, мм

Диаметр отверстия мундштука dM, мм

Наружный вылет проволоки IH, мм

Длина канала мундштука 4», мм

Длина конической фаски 1ф, мм

Угол конической аски, г а при этом длину направляющего канала !» устанавливают равной максимальному внутреннему вылету электрода 1и. рассчитанному при максимальном радиусе изгиба электрода, а фаску выходного участка выполняют конической с углом конуса у, равным наибольшему углу наклона электрода

0, рассчитанному при минимальном радиусе изгиба электрода.

350-400

32

1,6

1,5

2,5

14

200-250

3,0

28

3,5

1807922 Ри.. 2

1807922

Составитель А. Барашков

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор М, Самборская

Редактор С. Кулакова

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

Заказ 1390 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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