Способ сварки магнитоуправляемой дугой

 

Использование: двухдуговая автоматическая сварка стыковых и других соединений . При подаче в сварочную ванну двух электродов с наложением продольного магнитного поля электроды подключают последовательно к одному источнику питания и подают к изделию, причем расстояние между электродами в зоне горения дуг связано с расстоянием между электродами и изделием зависимостью Ьш ЬЭ 5: - Кдо + (Uao + + Uko) - (иад + Ukfl) Кдд, где Ьш - ширина шва при сварке одним электродом, мм, Ьэ расстояние между электродами, мм, д - расстояние между электродом и изделием, или длина дуги, мм, Кдо - градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в основной защитной среде, В/мм; Кдд - градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В/мм, Uao, UKO - приэлектродное (анодное и катодное) падение напряжений дуги, горящей в основной защитной среде. В. (Jap,, Пкд - приэлектродные (анодное и катодное) падение напряжений дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В. Защитную среду в зону между электродами подают со скоростью, превышающей скорость подачи ее в зону дуги в 2-20 раз, а векторы этих скоростей составляют в пространстве угол 0-90°, магнитную индукцию (В) продольного магнитного поля устанавливают по зависимости В К cos а, где К - коэффициент пропорциональности, а-угол между вектором скорости сварки и направлением сил гравитации. °. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.. 2 табл. 00 М XJ ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s В 23 К 9!08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4800451/08 (22) 12,01.90 (46) 23.05.93. Бюл. N 19 (71) Мариупольский металлургический институт (72) Б.И.Носовский (73) Мариупольский металлургический институт (56) Ю.Г,Гаген и В.Д,Таран, Сварка магнитоуправляемой дугой. М.: Машиностроение, 1970, с. 84, 33.

Авторское свидетельство СССР

N 927433, кл. В 23 К 9/08, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N 721268, кл. B 23 К 9/08, 1980. (54) СПОСОБ СВАРКИ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМОЙ ДУГОЙ (57) Использование: двухдуговая автоматическая сварка стыковых и других соединений. При подаче в сварочную ванну двух электродов с наложением продольного магнитного поля электроды подключают последовательно к одному источнику питания и подают к изделию, причем расстояние между электродами в зоне горения дуг связано с расстоянием между электродами и изделиИзобретение относится к двухдуговой сварке стыковых и других соединений и может быть использовано в различных отраслях промышленности, Цель изобретения — повышение производительности и качества сварного соединения путем управления размерами и формой сварочной ванны.

При дуговой сварке ток дуги, протекая по жидкому металлу сварочной ванны, позволяет осуществлять на нее силовое воз Л 1817742 А3 ем зависимостью Ьш >Ьэ ) 2(д =. Кдо + (Uao+

+ Uko)) (Оал+ Uk/ Кдд. ГдЕ bai.— ШИрИНа ШВа при сварке одним электродом, мм, b — расстояние между электродами, мм, 1д -- расстояние между электродом и изделием, или длина дуги. мм, Кд0 — градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в основной защитной среде, В/мм; Кдл — градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В/мм, Uao, Ul(o — приэлектродное (анодное и катодное) падение напряжений дуги, горящей в основной защитной среде. В; Оэд, U — приэлектродные (анодное и катодное) падение напряжений дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В. Защитную среду в зону между электродами подают со скоростью. превышающей скорость подачи ее в зону дуги в 2 — 20 раз, а векторы этих скоростей составляют в пространстве угол

0 — 90, магнитную индукцию (В) продольного магнитного поля устанавливают по зависимости B == К cos a, где К вЂ” коэффициент пропорциональности, а — угол между вектором скорости сварки и направлением сил гравитации. . 6 з.п. ф-лы. 11 ил., 2 табл.,фь

Ю действие за счет наложения внешнего магнитного поля. Однако из-за неконтролируемого растекания этого тока в ванне и основном металле трудно осуществить целенаправленное силовое воздействие на металл ванны.

Для осуществления целенаправленного силового воздействия на металл ванны необходимо обеспечить в ней регламентированное распределение линий тока, Выполнить это условие можно, если использовать схему

1817742 сварки двумя электродами, включив обе сварочные дуги последовательно в цепь одного источника питания. При этом линии тока в сварочной ванне будут, в основном, сконцентрированы в области между активными пятнами дуг, расположенными на поверхности ванны, Изменяя пространственное положение электродов (например, положение их относительно вектора скорости сварки) и направление магнитного потока, создаваемого искусственно в зоне горения дуг, можно управлять характером силового воздействия на металл сварочной ванны, При этом необходимо обеспечить условия невозможности перехода дугового разряда из промежутков между изделием и электродами в межэлектродное пространство, минуя изделие. Для этого устанавливают расстояние между электродами таким, чтобы с энергетической точки зрения дугам было бы целесообразней существовать только в промежутках между электродами и изделием, Выполнить это условие можно подавая различные защитные среды в межэлектродный промежуток и пространства между иэделием и электродами, или сдувая дугу в требуемую зону струей газа. Причем эти защитные среды могут быть созданы за счет подачи в активные эоны различных газов, флюсов и т,д.

Учитывая, что условия горения обеих дуг и плавления электродов различны из-за того, что одна дуга горит при прямой полярности сварочного тока, а вторая — при обратной, обеспечить стабильное протекание процесса можно, подавая электроды в зоны горения дуг со скоростями, пропорци-. ональными коэффициентам расплавления соответствующей полярности или пропуская импульсы тока по электроду с меньшей скоростью плавления или производя сварку переменным током, При этом фаза и частота переменного магнитного потока должна быть согласована с фазой и частотой сварочного тока.

На фиг.1 представлена схема разветвления линий тока в изделии при сварке одной дугой; на фиг.2 — схема возникновения сил, вращающих сварочную ванну; на фиг.3 — схема разветвления линий тока в иэделии при сварке двумя дугами, подключенными к двум, включенным последовательно (со средней точкой) источниками; на фиг.4— схема разветвления линий тока в изделии при сварке двумя последовательно включенными дугами, подключенными к одному источнику; на фиг.5 — схема перехода двухдугового процесса в однодуговой; на фиг.б — схема возникновения двух отдельных сварочных ванн и двух швов; на фиг.7 — схема

55 подачи дополнительной защитной среды; на фиг.8 — схема подачи основной защитной среды с разными скоростями; на фиг,9— схема сварки в различных пространственных положениях; на фиг.10 — схема сварки горизонтальных швов; на фиг.11 — схема поворота электродов вокруг оси симметрии.

При горении одной неподвижной дуги, фиг.1 (поз,1) между электродом 2 и изделием

3 носители электричества проходят через электрод, дугу и разветвляются (поз.4) в изделии равномерно во все стороны. При наложении продольного, по отношении к дуге, магнитного поля Ф (поз.5) в соответствии с правилом левой руки на жидкую сварочную ванну, являющуюся проводником с током (поз.б, фиг,2) будут действовать силы F (поз,7), вращающие металл ванны против хода часовой стрелки. Такой поток переноси тепло во все стороны равномерно формируя круглую сварочную ванну. Обеспечить на правленный перенос тепла в этом случаг весьма затруднительно, При сварке двумя электродами (фиг.3 поз,2.8) от двух последовательно включенных источников (поз.9, 10) (что соответствует одному источнику со средней точкой) линии тока разветвляются аналогично случаю, приведенному на фиг,1, а продольное магнитное поле Ф (поз,.5) будет вращать металл ванны вокруг оси электрода (поз.2) против хода часовой стрелки, а вокруг оси электрода 8 по ходу часовой стрелки. Такие потоки будут переносить тепло от дуг (фиг.1,11) во все стороны равномерно, а движущиеся согласно в зоне между электродами потоки металла взаимодействовать между собой практически не будут. Следовательно обеспечить направленный перенос тепла, как и в случае использования одной дуги, весьма затруднительно.

Для реализации целенаправленного силового воздействия на жидкий металл сварочной ванны необходимо обеспечить в ней ток определенного направления, Выполнить это условие можно, если использовать схему сварки двумя электродами, расположенными параллельно или под углом Q друг к другу (фиг.5), включив обе сварочные дуги (фиг.4, поз. 1. 11) последовательно в цепь одного источника питания (поз.10).

В этом случае электрический ток от положительного полюса источника питания (фиг.10) протекает через электрод (поз.2), дугу (поз.1), изделие (поз.3), вторую дугу (поз,11), электрод(поз.8) и к отрицательному полюсу источника (-). Между катодным пятном (поз.12), дуги (поз.1) и анодным пятном (поз,13) второй дуги (поз,11) ток протекает по жидкой сварочной ванне. по пути наи

1817742

40

") (4) Ьэ

50 ь, > +ay до (5) 55 меньшего сопротивления. Поэтому линии тока в сварочной ванне (поз.14) сгущаются в верхней ее части между электродами (поз.2.8). Магнитное поле Ф (поз.5) направленное вдоль дуг будет перпендикулярным линиям тока (поэ.14) в сварочной ванне. В соответствии с правилом левой руки на проводник с током (часть сварочной ванны заключенной между активными пятнами на ее поверхности) действует сила F (поэ.15). Она создает поток жидкого, перегретого металла в направлении расплавляемой поверхности сварочной ванны. Благодаря этому тепло, накопленное сварочной ванной, более эффективно используется на плавление свариваемого изделия, увеличивается глубина проплавления, скорость сварки, уменьшается длина сварочной ванны, что позволяет резко увеличить производительность сварки, снизить расходы на электроэнергию. Интенсивное перемешивание сварочной ванны снижает вредное влияние ликвационных процессов снижает склонность к образованию горячих трещин, повышает качество сварных соединений.

Расстояние между электродами определяет расстояние между активными пятнами на поверхности ванны, а это расстояние

Ьэ (фиг.5) существенно влияет на концентрацию линий тока в верхней части ванны и на разветвление этих линий вглубь изделия, Причем с уменьшением расстояния между активными пятнами концентрация линий тока (плотность тока) в верхней части ванны увеличивается, а разветвление их вглубь изделия уменьшается, Это позволяет формировать поток именно с верхних, перегретых активными пятнами, слоев металла и интенсифицировать перенос тепла от дуг к поверхности плавления, С этих позиций расстояние между электродами должно быть как можно меньше, однако при достаточно малом расстоянии энергетические потери дуги горящей между электродами фиг,5 (поз,16), (яз = Ьэ) могут оказаться меньше суммы потерь пер. вой дуги (поз.1) и второй дуги (поз II), В этом случае в соответствии с принципом наименьшей работы дуги, горящие между электродами и изделием погаснут, а будет гореть дуга между электродами. Запишем равенство этих мощностей: (Ua + Ок + Кд Рд!) 3ц+ (Оа + Ок+

+ Кд Pp2) 3д = (Ua + Ок + Кд Ьэ) Эд (1) где Ua — прианодное падение напряжения, В;

О» — прикатодное падение напряжения, В;

Кд — градиент падения напряжения в столбе дуги, В/мм;.

Хд 1 (др — длина дуг первой, второй, мм:

Ьэ — длина дуги, горящей между электродами, мм.

С целью упрощения примем, что и точник питания стабилизирует ток независимо от того, горят две или одна дуга. Предположим, что длина дуг горящих между электрО дами и изделием одинакова. Это позволит упростить выражение (1);

2(0а + Ок + Кд Q = Оа + Ок + Кд Ьэ (2) Если в системе будет соблюдено это равенство, то возможно существование и двух и одной дуги. Предположим, что существует одна дуга, горящая между электродами (поз,16). Тогда исчезает прикатодное падение напряжения дуги 1 (поз.1) на поверхности сварочной ванны (поз.12) и прианодное падение напряжения дуги 2 (поэ.11) на поверхности сварочной ванны(поз.13), а также ток в сварочной ванне (поэ.14). Дуга становится косвенной, изделие нагревается только излучением дуги, а отсутствие тока в ванне делает невозможным создание потоков металла. Следовательно, необходи. о обеспечить стабильное существование 2-х дуг, горящих между электродами и изделием. Для этого необходимо, чтобы энергетические потери одной дуги, горящей между электродами были равны или больше суммы энергетических потерь двух дуг, горящих между электродами и изделием, т.е. необходимо условие:

2(0а + Ок + Кд Ip) 5 Оа + Ок + Кд Ьэ (3) Из этого неравенства можно onределить величину расстояния между электродами, обеспечивающую устойчивость двухдугового процесса:

Если в зоне сварки имеется одна защитная среда, назовем ее основной, а параметры дуги (Ua. Ок, Кд), определяемые этой средой обозначим индексом Uao, Око, Кдо, то окажется, что расстояние между электродами Ьэ должно быть:

Следовательно, расстояние между электродами должно быть больше или равно сумме длин двух дуг на величину суммы прианодного и прикатодного падения напряжения

1817742 (6) (7) Ьщ Ь, +о ) — ь+и

К д ьш >Ьэ > (8) 55 деленной на градиент падения напряжения в столбе дуги. Эта составляющая может быть довольно большой, что отрицательно влияет на формирование сварочного шва и воэможность управлять переносом тепла.

Если расстояние между электродами окажется настолько большим, что от теплового воздействия каждой дуги будут формироваться две отдельные сварочные ванны фиг,6 (поз.17, 18) и два шва (поз.19, 20), то эффективность управления переносом тепла снижается. Поэтому расстояние между электродами должно быть меньше или равно ширине отдельного шва:

Ь )Ь,)24+а Ъ л где b ширина шва при сварке одной.дугой, мм.

Следовательно, может возникнуть противоречие, когда по условию существования двухдугового процесса расстояние между электродами должно быть больше или равно ширине шва;

Для устранения этого противоречия предлагается в зону между электродами (фиг.7, поз,21) вводить дополнительную защитную среду в виде газа или флюса, обеспечивающую увеличение прианодного (Ua), прикатодного (U„) падения напряжения, а также градиента падения напряжения в столбе дуги (Кд) в сравнении с этими же параметрами основной среды. Обозначим параметры дополнительной среды индексом д, Тогда расстояние между электродами определится формулой: где Озд, О д — прианодное, прикатодное падение напряжения дуги, горящей в дополнительной среде, В;

Кдд — градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в дополнительной среде, В/мм.

Как следует из формулы (8) расстояние между электродами уменьшается в случае, если прианодное, прикатодное падение напряжения и градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в дополнительной среде, превышает соответствующие параметры дуги, горящей в основной защитной среде.

Если отношение этих параметров дуги, горящей в дополнительной среде к этим же параметрам дуги, горящей в основной среде, меньше в 1,3 раза, то эффект от применения дополнительной среды крайне незначителен. Он недостаточен для получения общей сварочной ванны и управления процессом переноса тепла, При увеличении этого отношения выше 1,3 раза расстояние между электродами уменьшается, образуется общая сварочная ванна и появляется возможность формировать поток металла, стимулировать перенос тепла в требуемом направлении и таким образом управлять формой сварочной ванны, повысить производительность и улучшать качество сварного соединения. Если эти параметры выше, чем в 4 раза, то расстояние между электродами значительно уменьшается, т.к. уменьшается длина линий тока в сварочной ванне, расположенных перпендикулярно магнитному потоку, вследствие чего уменьшается воэможность формирования потока жидкости в сварочной ванне и возможность управлять формой ванны.

Если это соотношение превышает 4, то величина перпендикулярных линий тока становится настолько малой, что управление формой ванны и качеством сварного соединения становится невозможным. Высокое качество сварных соединений обеспечивается при соблюдении соотношений свойств дополнительной и основной защитных сред s укаэанных пределах. Ситуация не изменится, если в зону сварки подавать защитную среду с высокими параметрами, а в зону горения двух дуг подавать среду с низкими параметрами. .Если свариваемые материалы не допускают применения дополнительного газа, то стабилизировать горение дуг между электродами и изделием предлагается увеличением скорости защитного газа в зоне между электродами. При незначительном увеличении скорости газа менее, чем в 2 раза дополнительное охлаждение межэлектродного промежутка мало и дуга может существовать между электродами. Это, как показано выше, снижает качество сварных соединений и негативно отражается на производительности процесса. При увеличении скорости газа в межэлектродном промежутке более чем в 2 раза. дуга под воздействием холодных масс газа начинает смещаться в сторону изделия, контактирует с изделием и возникает двухдуговой процесс обеспечивающий возможность управлять переносом тепла в сварочной ванне, При увеличении скорости газа более чем в 20 раз струя его оказывает значительное воздействие нв

1817742 сварочную ванну, выплескивая ее, что снижает качество сварного соединения. С целью уменьшения этого воздействия струю газа направляют под углом от 0 до 900, как это показано на фиг.8. по мере роста скорости газа. Дополнительный газ поз.22, основной поз.21. При изменении угла ниже Оодополнительная защитная среда, подаваемая с большой скоростью, окажет большое силовое воздействие на жидкий металл сварочной ванны, что приведет к снижению стабильности дугового процесса и качества сварного соединения. Увеличение угла больше 90 нецелесообразно, так как вызовет снижение стабильности дугового процесса и плохое качество сварного соединения.

При сварке в различных пространственных положениях на формирование сварочной ванны и соответственно сварного шва большое влияние оказывают силы гравитации. При сварке в нижнем положении силам гравитации и ротиводействует нерэсплавившийся металл свариваемых кромок. Это наиболее благоприятные условия формирования ванны. При изменении положения сварочной . ванны, например, при сварке вертикального шва на спуск, силы гравитации создают поток металла из хвостовой части в зону плавления он подтекает под дугу, уменьшает глубину проплавления, ухудшаетформированиесварного шва, снижает производительность. Давление дуги не может компенсировать влияние этого потока, так как воздействует на поверхность ванны, а не на ее обьем.

Для компенсации влияния сил гравитации, фиг.9, поз.23 предлагается направить встречно ему поток, формируемый в ванне между активными пятнами дуг силой F поэ.15.

Для этого достаточно изменить направление магнитного поля сил или направление тока. Если сохранять магнитное поле постоянным, то при сварке в других пространствен н ых положениях будет набл юдаться перекомпенсация сил гравитации, осевая . (по оси шва) составляющая которых изменяется по косинусоидальному закону. Поэтому предлагается магнитную индукцию (В) изменять по косинусоидальному закону:

В-Ксоза В= — .

Ф

° $ где К вЂ” коэффициент пропорциональности;

Ф вЂ” магнитный поток;

S — площадь; а — угол между вектором скорости сварки и направлением сил гравитации.

В соответствии с этим законом поток, формируемый магнитным полем, изменяет свою величину и направление, обеспечивая компенсацию вредного влияния сил гравитации, что улучшает качество сварного соединения и повышает производительность.

Изменение свойств сварочных материалов параметров режима учитывается коэффициентом пропорциональности. Если закон из- сация составляющей сил гравитации, что ухудшает качество сварного ссединения и снижает производительность.

При сварке горизонтальных швов в ванне возникают поперечные потоки металла, вызываемые силами гравитации фиг.10, 15 (поз.24), что приводит к возникновению подрезав (поз.25) на вертикальной стенке (поз.26). Для компенсации этих потоков, исключения подрезов, т.е. для повышения качества сварных соединений предлагается поток металла. направлять вверх в хвостовую часть ванны. Для того, чтобы направить поток вверх к подрезу плоскость. в которой

25 расположены электроды, располагают вдоль шва с наклоном к горизонтальной плоскости в 30-45, фиг.10.

При увеличении угла. наклона электродов более 45 давление дуг направлено на

30 увеличение подрезов. снижение качества и производительности сварки. При уменьшении угла наклона менее 30 поток направляется почти вертикально, а не в сторону подреза, что снижает эффективность управления сварочной ванной, снижает ка35 чество и производительность сварки

Оптимальные углы поворота находятся в пределах 30-45 .

Для направления потока в сторону хво40 стовой части сварочной ванны электроды поворачивают оси симметрии электродов на 30-60 относительно направления сварки, фиг,11.

При углах наклона менее 30 поток металла направлен вертикально вверх в зону, где металл изделия еще плавится, что не способствует устранению подрезов, При угле поворота более 60 поток направляется не в зону образования подрезов, а несколько ниже, что увеличивает усиление шва, но не исключает появления подрезов. снижает. качество и производительность. Следовательно, повышение качества сварных соединений

50 и производительности сварки обеспечивается при угле поворота электродов вокруг оси сим55 метрии на угол 30-60 относительно нэправления сварки.

Время существования металла в жид-: ком состоянии определяется его теплофизименения магнитной индукции будет отличаться от косинусоидального, то воз10 никнет недокомпенсация или перекомпен1817742

12 ческими свойствами, параметрами режима и гидродинамической обстановкой в сварочной ванне, При большом времени пребывания металла в жидком состоянии предлагается уменьшить его температуру, подавая его в зону затвердевания по дну сварочной ванны. Это повышает глубину проплавления, исключает подрезы, а следовательно, повышает качество и производительность сварки. При малом времени существования металла в жидком состоянии направляют поток по поверхности ванны.

При сварке плавящимися электродамй их скорости плавления на прямой и обратной полярности различны, так как различны падения напряжения в прианодной и прикатодной областях. Поэтому в процессе сварки длина одной дуги будет уменьшаться, а другой увеличиваться, что приведет к короткому замыканию одного электрода на изделие, Для поддержания стабильного двухдугового процесса предлагается подавать электрод, в активном пятне которого выделяется больше энергии, со скоростью, пропорциональной этой энергии; Если пропорциональность нарушится, процесс становится нестабильным, вследствие чего снижается качество и производительность сварки.

Как показано выше, при равных скоростях подачи плавящихся электродов длина дуги горящей на электроде с меньшей скоростью плавления,. будет уменьшаться до короткого замыкания. Для устранения этого недостатка по цепи изделие — электрод пропускают импульсы тока,.мощность которых пропорциональна разности скоростей плавления электродов. Если пропорциональность нарушится двухдуговой процесс становится нестабильным вследствие чего снижается качество сварных изделий и производительность процесса сварки, При сварке переменным током направ.,ление его изменяется с частотой промышленной сети-, для сохранения направления .электромагнитных сил, создающих поток металла, магнитный поток необходимо изменять по закону изменения сварочного тока. Величину переменного тока регулируют изменяя величину индуктивного сопротивления, что приводит к изменению величины смещения тока относительно напряжения, а параметры обмотки электромагнита постоянны. Поэтому сварочный ток и магнитный поток будут смещаться относительно друг друга. В результате уменьшится их взаимодействие и согласованность в момент, когда они находятся в противофазе. Следствием этого будет уменьшение потоков жидкого металла, снижение эффективности управле55

40 45

50 ния формой сварочной ванны, снижение качества и производительности. Для сохранения параметров управления потоком металла предлагается по обмоткам магнитной системы пропускать ток тсй же частоты, а фазу тока относительно напряжения питающей сети сдвигать на величину смещения тока сварочной цепи, то есть пропорционально индуктивности сварочной цепи, Способ осуществляют следующим образом.

Над свариваемым изделием (3) см.фиг.4, устанавливаются электроды (2,8) с соблюдением условия отличительной части

1 пункта формулы изобретения. К электродам подключают источник питания (10) +- — . При необходимости в зону горения дуг подают защитную среду, например, газ, флюс АН348 и др., аргон, углекислоту. Возбуждают дуги прямой и обратной полярности между электродами и изделием. Увеличивают скорость газа или подают другой газ в промежуток между электродами в соответствии с п.З формулы изобретения. По обмоткам магнитной системы пропускают ток, он создает продольное магнитное поле Ф (поз.5). В соответствии с законом Ампера, по правилу левой руки на верхнюю часть сварочной ванны, в которой сконцентрировались линии тока, действует сила, направленная к передней (при реверсе к задней) кромке сварочной ванны. Она создает поток металла, переносящий тепловую энергию в направлении сварки. Поток разворачивается силами поверхностного натяжения, гравитации и омывая зону плавления отдает ей тепловую энергию, плавит кромки и устремляется в зону затвердевания. Благодаря направленному переносу тепла глубина проплавления увеличивается, а ширина шва уменьшается. . При наплавке поток реверсируют, вследствие чего глубина проплавления уменьшается, длина сварочной ванны увеличивается,. процессы легирования приближаются к состоянию равновесия, качество наплавленного металла повышается. С целью возможности формирования шва в любом пространственном положении магнитную индукцию продольного магнитного поля устанавливают по косинусоидальному закону, для исключения подрезав при формировании горизонтальных швов плоскость, в которой расположены электроды, наклоняют в соответствии с п,4 формулы изобретения. Для повышения стабильности процесса электроды подают со скоростями, прямо пропорциональными коэффициентам расплавления соответствующих электродов и в случае равенства ско13

1817742 ростей электродов, выполняя условие.п.6. формулы изобретения. При сварке на переменном токе катушки электромагнита питают током в соответствии с условием п.7. формулы изобретения. 5

Пример ы. В условиях лаборатории

Мариупольского металлургического института были проведены испытания, подтверждающие связь отличительной части формулы изобретения с целью. 10

Для сварки использовали вольфрамовые электроды марки ВТ-1 диаметром 5 мм, В качестве основной эащитмой среды использовали аргон, дополнительной — углекислый гаэ. Ток дуги в обоих случаях 110-130 15

А, напряжение на дуге 8-14 8. Расход аргона при сварке одной дугой 6-8 л/мим, двумя дугами 12-16 л/мим. Магнитное пола создавалось катушкой, содержащей 500 витков медного провода диаметром 1 мм, по кото- 20 рой пропускали ток до 1 А. При сварке одной дугой пластин иэ ст.3 глубина проплавлемия составляла 3-4 ми.

Сварку двумя дугами осуществляли а соответствии с предлагаемой а заявке схемой, 25 при этом изменяли расстояние между зяектродаии, а расстояние между злактродамы и изделием оставалось равным 2 мм.

Результаты эксперимента представле- . ны в табл. 1. 30

Как видно иэ результатов экспериментов, при расстоянии между электродами ме.-нее 3 ми (пример 2.1) горит одна дуга между вольфрамовыми электродами. Формирование шва плохое, вследствие незмачительмо- 35 го теплового воздействия дум ма металл.

При расстоянии между электродаваю 3 мм горят две дуги между электродамн и изделием, образуется общая сварочная вамна глубиной 6-8 мм (пример 3). 40

При расстоянии между электродаии 5 ии появляется граница между сварочными ваннами и качество формирования ухудшается (пример 4). Увеличение расстояния до

7 мм привело к формированию двух отдель- 45 ных швов с уменьшенной глубиной проплавления (пример 5).

Сварку двумя электродами осуществляли на параметрах, приведенных выше при использовании основной защитной среды (Ar). 50

Дуга горела между электродами и переходила в двухдуговой процесс при расстоянии между электродами более 14 мм. При этом формировались два сварных шва снижалась возможность управления формой свароч- 55 ной ванны. Скорость центральной части защитного потока увеличивали эа счет введения вспомогательного сопла диаметром 5 мм. При скорости центрального потока, превышающего скорость периферийного в 9-20 раэ однодуговой процесс переходил в двухдуговой. При скорости центрального потока в 10-20 раз превышающей скорость периферийного его направляли в сторону нерасплавившихся кромок под углом от 0 до

90 относительно направления подачи основного потока. Что исключило воздействие скоростного напора на сварочную ванну.

Результаты эксперимента представлены в табл. 2.

Сварку в различных пространственных положениях осуществляли двумя электродаик на режимах, приведенных выше. Пространственное положение собранной конструкции мокаэамО ма феег. 9. Как видно иэ фйг цзы при свщмв в различных Ilpo странствемных положемеах силы гравитации создают металлостатичвское давление. часть которого комФъайсзэ1эуется реакцией твердых кромок cThtK3. ApN взаимодействии сил грааитацэйВ ю крбэюк стыка возникает скатывающая сила изееемяяицаяся по косинусомдальнОму закону, асли угол отсчитывать между направлением сия гравитации и вектором сварки. Сварку праизаадилю по направлению врввванив часовой стрелки, фиг.9.

Электромагнитные савы даажмы быть наловленной саией грааитацмп. Коэффещиент

K определяли еъытмым путем, в зависимости от параметров presa и способа сварки

Ом изменялся в пределах от 1,2 до 5. Сварку горизомтальмык ювОа Осущаствляли двумя электродами ма реявваах, паеваедвнмых выше. Пространственное положение конструкции показано ма фпг.10,11. Пластины установлены перпещржулярмо друг другу и сваривались угловым гООиэонтальныи швом. Изменяли угол наклона плоскости, в которой расположены электроды относительно горизонтальной плоскости (g фиг.10 и поворачивали электроды вокруг оси симметрии относительно направления сварки (Л), фиг.11.

Результаты экспериментов представлены в табл. 3.

Как следует иэ результатов экспериментов, хорошее и удовлетворительное формирование обеспечивается при наклоне плоскости электродов к горизонту (угол у) от

30 до 45О, а вокруг общей оси симметрии от

30 до 60 (Л).

Сварку плавящимся электродами диаметром 2 мм производили в среде углекислого газа при токе 330-350 А и напряжении на дугах 24-26 В. Коэффициент рэсплавления на обратной (+) полярности (13 г/Ач) меньше коэффициента расплавления на

1817742

1б прямой полярности(22 r/Ач), что соответствует скоростям плавления 0,05 до 0.085 м/с. При постоянной скорости (0,085 м/с) подачи электродэ прямой полярности изменяли скорость подачи электрода обратной полярности.

Результаты опыта приведены в табл. 4, Следовательно для обеспечения устойчивого дугового процесса электроды необходимо подавать со скоростями, пропорциональными их скоростям плавления.

Для усреднения скоростей плавления сварку производить переменным током.

Сварку производили плавящимися электродами марки Св-08Г2С диаметром 2 мм в среде углекислого газа с одинаковой скоростью подачи (0,085 м/с). По цепи электрод (+), подключенный к положительному полюсу источника — изделие пропускали дополнительный ток.

Результаты эксперимента представлены в табл. 5, Как следует из результатов экспериментов, при протекании дополнительного тока (240 А) через электрод, подключенный к плюсу источника обеспечивается равномерное плавление электродов. При меньшем дополнительном оке (пример 2,1) начинаются периодические замыкания электрода на изделие и затем процесс становится неустойчивым. Если дополнительный ток превышает оптимальный (240 А), то длина дуги увеличивается и начинаются замыканйя электрода подключенного к минусу источника.

Сварку производили переменным током величиной 150 А двумя неплавящимися электродами диаметром 5 мм из вольфрама ВТ-1. Индуктивность сварочной цепи была постоянной и оценивалась косинусом rp(cos р = 0,6), Косинус электромагнита изменяли от 0,3 до 0,9, Эффективность взаимодействия тока и магнитного потока оценивали по изменению глубины проплавления, Результаты экспериментов приведены в табл. 6, Как видно из результатов экспериментов, максимально взаимодействие сварочного тока и магнитного потока при совпадении фаз, то есть при соблюдении пропорциональности индуктивности электромагнита и сварочной цепи.

Предлагаемый способ позволяет повысить производительность сварки и качество сварных соединений за счет более эффективного использования тепла сварочной ванны, поступающей от дуги, за счет управления формой сварочной ванны. процессами затвердевания, направленного переноса металла сварочной ванны. оД вЂ” U + 1-1щ ) 20

b111 > ba >

30, среде, В/мм;

55

Формула изобретения

1. Способ сварки магнитоуправляемой дугой в защитной среде, при котором в сварочную ванну подают два электрода, электроды подключают к одному источнику, но к разным полюсам, а на дуги и сварочную ванну воздействуют продольным магнитным полем, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и улучшения качества сварного соединения путем управления размерами и формой сварочной ванны, в межэлектродный промежуток и пространство между электродами и изделием подают основную и дополнительную защитные среды, причем расстояние между электродами в зоне горения дуг связано с расстоянием между электродами и изделием зависимостью где b1a — ширина шва при сварке одним электродом, мм;

ba — расстояние между электродами, мм; ц — расстояние между электродом и изделием или длина дуги, мм;

Кдо — градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в основной защитной

Кдд — градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В/мм;

Uao UKo — приэлектродные (анодное и катодное) падения напряжений дуги, горящей в основной защитной среде, В;

Uaa, 0кд — приэлектродные (анодное и катодное) падения напряжений дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В,.

2. Способ поп.1, отлича ющийся тем, что, с целью повышения стабильности протекания процесса, в зону между электродами защитную среду подают со скоростью, превышающей скорость подачи ее в зону дуги в

2-20 раз, а векторы этих скоростей располагают в пространстве под углом 0-90 .

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности формирования шва в любом пространственной положении, магнитную индукцию B продольного магнитного поля устанавливают в соответствии с зависимостью

B=Kc0s а, где К вЂ” коэффициент пропорциональности; а — угол между вектором скорости сварки и направлением сил гравитации.

4. Способ по и 1, отличающийся тем, что. с целью исключения подрезов при формировании горизонтальных швов, плоскость. в которой расположены ос11 элеvTpo

1817742 дов, последовательно наклоняют под углом

30-45 к горизонтальной плоскости и разворачивают вокруг оси симметрии, расположенной в плоскости осей электродов, на

30-60, причем вершину угла ориентируют в сторону вектора сварки.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности процесса при сварке плавящимися электро-. дами на постоянном токе, электроды подают со скоростями, пропорциональными коэффициентам расплавления соответствую@их электродов.

6, Способ по пп. 1-5, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения стабильности процесса сварки с равными скоростями подачи электродов, по цепи изделие — электрод с меньшей скоростью плавления пропускают импульсы тока, мощность которых

5 пропорциональна разности скоростей плавления электродов.

7. Способ по и 1, от л и ч а ю шийся тем, что, с целью исключения влияния индуктивности сварочной цепи при сварке на

10 переменном токе и создании магнитного поля катушкой электромагнита, катушку электромагнита питают током той же час-оты, что и ток сварки, но со сдвигом фазы относительно тока сварки на величину, пропорциональ15 ную индуктивности сварочной цепи.

Таблица 1

2(4 Ka+ uao+u o — Ц + л ьш =ьэ

Формирование шва

Характер гоения ги

N f4 пп

b>, мм

b>< расчетной величины, полученной по формуле Одна дуга

Плохое формирование

Удовлетворительное форми рование

Две дуги периодически появляется одна

Две дуги

То же

2,5

bý,>

Две дуги

bý,>

5 7

Две дуги

Ьш>оэ

Таблица 2

Угол наклона дополнительного потока

Горения дуги

Формирование шва — раз

Ъ

Дуга горит между двумя электродами

Однодуговой процесс переходит в двухдуговой

Двухдуговой процесс

Двухдуговой процесс

400

Нет шва

Удовлетворительное

Хорошее

Удовлетворительное

Неудовлетворительное

То же выплескивание ванны

Удовлетворител ьное

Хорошее

Удовлетворительное

Нет шва н

О но говой и о есс

4

6

8

10

21-30

40о

40о

40о

20о

Оэ

80о

100о

Хорошее формирование

Удовлетворительное формирование возможно разделение по центру

Неудовлетворительное, формируется ва шва

1817742

Таблица 3

Угол А

Фо ми ование шва

%аппп

Угол

Табл ица 4

Скорость электо ам/с

Пропорциональность

Характер процесса

ЬИМ пп обратная прямая

0,061

Больше

Больше

0,085

0,055

0,085

0,085

0,05

Пропорционально

Меньше

0,045

0,085

0,04

Значительно меньше

0,085

Таблица 5

3о,A

МЬЬ пп

Пропорциональность аА

Характер процесса

Неустойчивый процесс

160

Значительно меньше

Меньше

350

200 н

Пропоррционально

Больше

240

280

Значительно больше

380

2

4

6

8

10

37

37

37

37

37

Неудовлетворительное, появляются подреэы

Удовлетворительное

Хорошее

Удовлетворительное

Неудовлетворительное

Неудовлетворительное, появляются подреэы

Удовлетворительное

Хорошее

Удовлетворительное

Не овлетво ительное, появляются наплывы

Неустойчивый процесс замыкания (+) электрода на изделие

Периодические замыкания электрода (+) на изделие

Устойчивый процесс

Периодические замыкания электрода (— ) на иэделие

Неустойчивый процесс замыкания электрода (-) на изделие

Периодические замыкания электрода (+) на изделие

Устойчивый процесс, равномерное плавление электродов

Периодические замыкания электрода (†) на иэделие

Неустойчивый процесс

1817742

Таблица 6

1817742

1817742

Составитель

Фиг. 17

Редактор Л. Полионова Гехред М,Моргентал Корректор М, Куль

Заказ 1735 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыл ичм при I VI-IT (. (".(.Р

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

Производственно-издательский комбинат "Г1атент . г у+ ir.! ц,л I я..ц цп» 1(>)