Способ сварки плавлением
Владельцы патента RU 2288823:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева (RU)
Изобретение относится к сварке плавлением с присадочным или без присадочного материала. Способ включает воздействие в процессе сварки импульсным магнитным полем. Импульсным магнитным полем воздействуют на зону кристаллизации расплавленного металла сварного шва с периодичностью импульсов разряда 0,5-2 секунды в продольном или поперечном направлении по отношению к сварному шву. Это позволит улучшить качество сварного шва за счет изменения структуры, повышения механических свойств и снижения уровня остаточных напряжений. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к сварке плавлением (электродуговой, аргонно-дуговой, лазерной и др.) с присадочным и без присадочного материала, в процессе которой при соединении свариваемых деталей образуется сварочная ванна расплавленного металла.
Известен способ сварки (А.с. №1597254, МПК В 23 К 9/08, бюл. №37, 1990 г.), при котором на сварочную дугу воздействуют поперечным импульсным магнитным полем, отклоняя ее вдоль свариваемого стыка с частотой 1-5 Гц.
Недостатком этого способа является низкое качество металла шва, т.к. затруднены процессы дегазации и диспергирования окисных плен.
Известен способ сварки с присадочным материалом (a.c. 1106612, МПК В 23 К 9/08, бюл. №29, 1984 г.), при котором в период прекращения его подачи на дугу воздействуют импульсным магнитным полем, причем в период подачи присадочного материала воздействие магнитного поля прекращают.
Недостатком этого способа также является низкое качество металла шва из-за резкого увеличения объема сварной ванны в момент подачи присадочного материала, затруднены процессы дегазации и диспергирования окисных плен.
В обоих способах воздействие импульсным магнитным полем осуществляют на электрическую дугу, а не на расплавленный металл сварного шва, улучшая электрофизические характеристики дуги, поэтому качество металла сварного шва не улучшается.
Основными дефектами, возникающими в сварочном шве и околошовной зоне в процессе кристаллизации металла, являются: наличие пор, неравномерная литейная структура, остаточные термические напряжения.
В основу изобретения поставлена задача улучшить качество сварного шва за счет изменения структуры, повышения механических свойств и снижения уровня остаточных напряжений.
Данная задача решается за счет того, что в способе сварки плавлением на зону расплавленного металла при кристаллизации воздействуют импульсным магнитным (ИМП) полем с периодичностью импульсов разряда 0,5-2 секунды. При этом воздействуют на зону кристаллизации металла импульсным магнитным полем либо в продольном направлении, либо в поперечном по отношению к сварному шву.
При воздействии ИМП на металл в процессе кристаллизации в нем, как результат действия наводимых вихревых токов, возникают внутренние дополнительные источники тепла, а действие интенсивных металлопотоков из-за электродинамических сил приводит к дроблению зарождающихся зерен, увеличению центров кристаллизации, то есть в конечном счете измельчению структуры как в самом шве, так и в околошовной зоне. При этом за счет изменения направленности воздействия ИМП имеется возможность управления источниками дополнительного нагрева и металлопотоками. Как показали эксперименты из условий кристаллизации и скорости сварки частота следования импульсного воздействия должны быть не менее 1 Гц.
На фиг.1 представлена схема реализации предложенного способа,
на фиг.2 - вид сверху.
В процессе сварки зону сварочного шва можно условно разбить на два участка: 1 - участок расплавления соединяемых металлов (зона дуги); 2 - участок затвердевания (кристаллизации). Второй участок в процессе сварки находится позади первого, то есть за зоной дуги, зоной расплавления металла. Сварочная ванна 3. Сварной шов 4, протяженность его зависит от марки материала и толщины свариваемых деталей 5 и 6 от нескольких до десятков мм. К сварочной головке 7 примыкает индуктор 8, подключенный с помощью гибкого кабеля к магнитно-импульсной установке 9. Индуктор 8 закреплен на сварочной головке 7 и движется синхронно с ней.
Расплавление металла в зоне 1 происходит путем воздействия на металл дуги сварочной головки 7. Сварочная головка 7 движется непрерывно в процессе сварки, при необходимости подача присадочной проволоки происходит также непрерывно.
Под сварочной головкой 7 металл расплавляется, а в зоне индуктора 8 металл охлаждается и кристаллизуется. В этой зоне (зона кристаллизации) на индуктор 8 с частотой не менее 1 Гц разряжается батарея конденсаторов МИУ. Возникающее вокруг индуктора 8 магнитное поле наводит в кристаллизующемся металле вихревые токи. Токи распределены по глубине неравномерно: на поверхности максимальны, а в глубину убывают по экспоненциальному закону.
Пример конкретного выполнения:
Для эксперимента в качестве сварного оборудования использовалась установка УСА-500С. Одновитковый индуктор подсоединялся к магнитно-импульсной установке МИУ-1С.Использовались образцы из листового материала АМГ-6 толщиной 4 мм. После фиксации образцов включали установку УСА-500С, при выходе ее на стационарный режим сварки на ванночку расплавленного металла подавались импульсы с частотой разряда 1 Гц и периодичностью импульсов 0,5-2 секунды, энергией 300 Дж; 470 Дж; 920 Дж. Далее сваренные пластины разрезались на образцы, были получены микрошлифы, сравнительный анализ которых показал изменение структуры в самом шве.
При воздействии ИМП на металл в процессе кристаллизации в нем, как результат действия наводимых вихревых токов, возникают внутренние дополнительные источники тепла, а действие электрических сил вызывает интенсивные металлопотоки, что приводит к дроблению зарождающихся зерен, увеличению количества центров кристаллизации, то есть в конечном счете изменению структуры в самом шве. При этом за счет изменения направленности и величины воздействия ИМП имеется возможность управления источниками дополнительного нагрева и металлопотоками. Как показали эксперименты наибольший эффект воздействия ИМП был получен на режиме обработки 920 Дж и периодичностью импульсов разряда 0,5-2 секунды.
Силовое воздействие, во-первых, уплотняет металл, во-вторых, под действием металлопотоков происходит его перемешивание, способствующее дегазации, равномерности химсостава, кроме того, металлопоток дробит зарождающиеся (столбчатые) зерна. Осколки зерен являются центрами кристаллизации. Все это вместе взятое способствует измельчению структуры в околошовной зоне и устраняет появление остаточных термических напряжений, что способствует повышению качества металла шва.
1. Способ сварки плавлением, включающий воздействие импульсным магнитным полем, отличающийся тем, что импульсным магнитным полем воздействуют на зону кристаллизации расплавленного металла сварного шва с периодичностью импульсов разряда 0,5-2 с.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что импульсным магнитным полем воздействуют на зону кристаллизации в продольном направлении по отношению к сварному шву.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что импульсным магнитным полем воздействуют на зону кристаллизации в поперечном направлении по отношению к сварному шву.
