Способ контроля глубины проплавления сварных соединений

Изобретение относится к области сварки, а именно к электронно-лучевой сварке стыкозамковых соединений тонкостенных оболочек с заглушками. Собирают в упор тонкостенную оболочку с заглушкой и сваривают их электронно-лучевой сваркой. Сборку осуществляют, по крайней мере, с одним местным зазором в стыке, распространяющимся на всю его глубину и имеющим протяженность вдоль стыка не менее величины сварочной ванны в этом направлении и ширину, составляющую 0,2-0,4 толщины стенки оболочки. Зазор получают за счет создания на свариваемом торце заглушки при ее изготовлении вертикального канала. Сварку в зоне нахождения зазора осуществляют с уменьшенной теплоотдачей в заглушку за счет предварительного выполнения на посадочном месте заглушки лыски, соединяющейся с вертикальным каналом в нижней части стыка. Требуемую величину проплавления определяют по отсутствию недопустимых наружных дефектов сварного шва в зоне расположения зазора. Повышается оперативность контроля за глубиной проплавления и предотвращается массовый брак. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области сварки и, в частности, к электронно-лучевой сварке стыкозамковых соединений тонкостенных оболочек с заглушками.

Известен способ контроля глубины проплавления при электронно-лучевой сварке по смещению шва относительно стыка, при котором выполняют сварку изделия с предварительным фиксированием места положения стыка с последующим нанесением риски на его поверхности лучом малой мощности (см. а.с. СССР 742075).

Недостатками этого решения являются:

- отсутствие возможности оперативного контроля за стабильностью глубины проплавления во время сварки при поточном производстве или в процессе сварки партии изделий, находящейся в вакуумной камере сварочной установки;

- невозможность определить наличие непровара или приближение глубины проплавления к минимально допустимому значению за счет уменьшения тепловложения или увеличения теплоотвода от сварочной ванны.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ контроля качества сварных соединений, заключающийся в сварке собранного образца-спутника, изготовленного в виде пакета листов, из которого затем выполняют шлиф сварного соединения и по отсутствию стыков между листами определяют геометрию сварного шва (см. а.с. СССР 638441, В23К 28/00 - прототип).

Недостатком известного способа является отсутствие возможности оперативного контроля за стабильностью глубины проплавления во время сварки при поточном производстве или в процессе сварки партии изделий, находящейся в вакуумной камере сварочной установки.

Технической задачей изобретения является повышение оперативности контроля за глубиной проплавления и предотвращение массового брака.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе контроля глубины проплавления при электронно-лучевой сварке, заключающемся в сборке свариваемых деталей в упор и последующей их сварке, согласно предлагаемому решению сборку осуществляют, по крайней мере, с одним местным зазором в стыке, распространяющимся на всю его глубину и имеющим протяженность в направлении сварки не менее величины сварочной ванны в этом направлении при ширине 0,2-0,4 толщины стенки оболочки, который создают за счет вертикального канала, выполняемого на свариваемом торце заглушки при ее изготовлении, при этом сварку в зоне зазора осуществляют с уменьшенной теплоотдачей в заглушку за счет выполнения при ее изготовлении на посадочном месте в оболочку лыски, соединяющейся с вертикальным каналом в нижней части стыка, а наличие требуемой величины проплавления определяют по отсутствию недопустимых наружных дефектов сварного шва в зоне расположения зазора.

Указанная совокупность признаков является новой, неизвестной из уровня техники и решает поставленную задачу, так как:

- наличие в стыке зазора на всю его глубину в виде канала на свариваемом торце заглушки при его протяженности в направлении сварки больше величины сварочной ванны в этом направлении уменьшает объем сварочной ванны на участке зазора и способствует образованию наружных дефектов сварного шва при уменьшении глубины проплавления. Увеличение ширины зазора более 0,4 от толщины оболочки приводит к образованию недопустимого провала сварного шва на участке стыка с зазором даже при нормальных условиях сварки. При ширине зазора менее 0,2 от толщины стенки возможно получение глубины проплавления менее требуемой при качественном внешнем виде сварного шва;

- нарушение теплоотдачи в заглушку за счет выполнения на ней лыски, соединяющейся с каналом в нижней части стыка, способствует быстрому оплавлению участка оболочки над лыской, что при наличии относительно холодной заглушки в этом месте приводит к образованию недопустимого наружного дефекта сварного шва в виде несплавления;

- появление наружных дефектов сварного шва в месте расположения зазора и лыски свидетельствует о недопустимом изменении режимов сварки и дает основание остановить сварку последующих изделий, что предотвращает либо массовый брак, либо попадание сварных швов с недопустимой величиной проплавления в годную продукцию.

Предлагаемый способ поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема реализации предлагаемого способа.

На фиг.2 показано сечение собранного соединения.

Способ реализуется следующим образом.

Оболочка 1 собирается в упор с заглушкой 2, на которой предварительно выполнен канал 3 и лыска 4. После сборки между торцом заглушки 2 и оболочки 1 образуется местный зазор, образованный каналом 3 и торцом оболочки 1, протяженностью в направлении сварки не менее величины сварочной ванны 5. Подготовленные таким образом изделия загружаются в вакуумную камеру сварочной установки, где после создания необходимого разряжения начинается их сварка по заданному режиму. Если в процессе сварки уменьшается тепловложение в сварной шов 6 по причинам, которые сложно определить аппаратурно, то при достижении критической величины проплавления, равной, как правило, толщине стенки оболочки, из-за уменьшения объема расплавленного металла в сварочной ванне при прохождении луча по зазору 3 и уменьшения теплоотвода в заглушку за счет зазора между внутренней поверхностью оболочки 1 и посадочным местом заглушки 2, в месте расположения лыски 4 в сварном шве формируется недопустимый дефект внешнего вида типа несплавления или провала. При появлении такого дефекта сварка последующих изделий прекращается до выяснения и устранения причины изменения условий сварки. Это позволяет недопустить появления большого количества изделий с непроварами сварного шва, которые, в лучшем случае, будут обнаружены и забракованы в дальнейшем неразрушающими методами контроля, а в худшем, если величина непровара соизмерима с предельной чувствительностью применяющихся методов неразрушающего контроля, могут попасть в годную продукцию и явиться причиной выхода из строя изделий при их эксплуатации. Конкретные величины лыски, зазора определяются экспериментально в зависимости от режима сварки, геометрии торца оболочки. Так, например, если торец оболочки перед сборкой обрабатывается со снятием фасок, уменьшающих объем расплавленного металла в сварочной ванне, размеры канала и лыски выбираются ближе к их минимальному значению.

Предлагаемый способ реализован в технологии производства тепловыделяющих элементов типа ВВЭР с оболочками из сплава циркония при приварке к ним электронно-лучевой сваркой заглушек. Толщина стенки оболочки составляет 0,65 мм. Наружный диаметр 9,15 мм. Торец оболочки обрабатывался со снятием фасок величиной 0,15-0,2 мм. Предварительно на заглушке при ее изготовлении выполняется канал и лыска. После сборки канал образует с торцом оболочки местный зазор шириной 0,25-0,15 мм, протяженность которого вдоль стыка составляет около 3,5 мм. Диаметр сварочной ванны составляет 3 мм. Величина лыски на посадочном месте заглушки в радиальном направлении находится в пределах 0,15-0,2 мм. По ширине канал и лыска совпадают. Сварка выполняется в установках камерного типа с одновременной загрузкой изделий в количестве более 100 шт. Сварка выполняется при ускоряющем напряжении 30 кВ, токе сварки порядка 15 мА и скорости сварки 1 оборот за 3 секунды. При уменьшении проплавляющей способности луча до величины, равной или меньшей толщины стенки оболочки, в месте расположения зазора и лыски образуются недопустимые, явно видимые наружные дефекты типа несплавления или провала, при появлении которых сварка прекращается до устранения причин, вызывающих эти дефекты.

1. Способ контроля глубины проплавления при формировании стыкозамкового сварного соединения тонкостенной оболочки с заглушкой, включающий сборку свариваемых электронно-лучевой сваркой деталей в упор и последующую сварку с контролем величины проплавления, отличающийся тем, что сборку осуществляют, по крайней мере, с одним местным зазором в стыке, распространяющимся на всю его глубину и имеющим протяженность вдоль стыка не менее величины сварочной ванны в этом направлении и ширину, составляющую 0,2-0,4 толщины стенки оболочки, при этом сварку в зоне нахождения зазора осуществляют с уменьшенной теплоотдачей в заглушку, а наличие требуемой величины проплавления определяют по отсутствию недопустимых наружных дефектов сварного шва в зоне расположения зазора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зазор в стыке формируют за счет создания на свариваемом торце заглушки при ее изготовлении вертикального канала, а уменьшенную теплоотдачу в заглушку при сварке в зоне зазора обеспечивают за счет предварительного выполнения на посадочном месте заглушки лыски, соединяющейся с вертикальным каналом в нижней части стыка.