Способ дуговой сварки



 


Владельцы патента RU 2533616:

Открытое акционерное общество "Государственный научный центр Научно-исследовательский институт атомных реакторов" (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способу дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа, и может быть применено для сварки изделий цилиндрических конструкций, в том числе при герметизации изделий активных зон ядерных реакторов в обычных и в дистанционных условиях. Для этого изделие сваривают при плотности теплового потока в пределах 20…400 Дж/мм2с и величине вылета изделия из цанги, равной (0,2…0,4)d, где d - диаметр свариваемого изделия, (мм). В результате обеспечивается заданная глубина проплавления без дефектов.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено для сварки изделий цилиндрических конструкций, в том числе при герметизации изделий активных зон ядерных реакторов в обычных и в дистанционных условиях.

Известен способ герметизации тепловыделяющих элементов (способ герметизации оболочки твэла, патент США, №3045108), при котором сварка осуществляется путем оплавления торца оболочки совместно с заглушкой неплавящимся электродом в среде защитных газов. При этом дуга зажигается путем контакта электрода на цилиндрический выступ заглушки, который при этом испаряется и образуется сварочная дуга. Формирование сварного шва получается за счет плавления части заглушки, трубки и неиспарившегося выступа. Таким способом создаются необходимые условия для формирования сварного шва. Однако при контактном способе зажигания дуги в сварочную ванну попадают включения вольфрама, что снижает сплошность сварного шва. К тому же при контактном зажигании дуги значительно повышается износ вольфрамового электрода и возникает необходимость его постоянной замены, тем самым усложняя процесс сварки в дистанционных условиях. Кроме того, изготовление заглушки с выступом и сборка изделия усложняет процесс и повышает его трудоемкость.

Известен способ сварки (Разработка технологии сварки дугой, управляемой магнитным полем, тонкостенных оболочек из высоколегированных сталей и химически активных металлов / Б.Р.Рябиченко, М.П.Андреев, М.С.Гриценко // Вопросы атомной науки и техники: Сер. Сварка в ядерной технологии. 1986. Вып.1. С.29-19), принятый за прототип, при котором процесс сварки ведут с наложением магнитного поля. Свариваемое изделие (корпус с заглушкой) фиксируют в медной цанге, закрепляют в сварочной установке, электрод располагают по центру торца изделия на расстоянии 2..4 мм от поверхности, подают защитный газ от баллона и контактным способом зажигают сварочную дугу, которая отклоняется магнитным полем и вращается с заданной скоростью по торцу изделия. В результате оплавления торца изделия образуется сварной шов. Такой способ, например, используется при изготовлении твэлов «быстрых» реакторов. При этом время сварки составляет от 1,5 до 5 с, а вылет изделия из цанги (h) равен 1/3-d·(d - диаметр изделия).

Однако при применении данного способа металл сварочной ванны длительное время находится в расплавленном состоянии за счет продолжительного времени сварки. При герметизации изделий с малым свободным объемом длительный сварочный цикл может привести к выплескам жидкого металла сварочной ванны в результате расширения газа внутри изделия и образованию дефектов типа свищей и газовых полостей. Также при сварке металлов, склонных к образованию пор (например, алюминия, никеля, сталей, изготовленных методом порошковой металлургии и т.д.), данный способ не обеспечивает решение задачи уменьшения порообразования. Кроме того, контактный способ зажигания дуги приводит к образованию вольфрамовых включений в сварном шве, что также снижает качество сварных соединений. Реализация такого способа сварки требует применения дополнительного оборудования.

Задачей данного технического решения является повышение качества сварных швов при герметизации изделий с торцовой конструкцией путем уменьшения пор, вольфрамовых включений, газовых полостей и выплесков.

Для этого в способе дуговой сварки в среде защитного газа, при котором оплавляют неплавящимся электродом торец свариваемого цилиндрического изделия при вылете h изделия из цанги при его вертикальном расположении в цанге сварочной установки, отличающийся тем, что изделие сваривают при плотности теплового потока в пределах 20…400 Дж/мм2с и величине вылета изделия из цанги, равной h (0,2…0,4)d, при этом длительность процесса сварки выбирают из соотношения , (с), где d -диаметр свариваемого изделия, (мм).

Экспериментально установлено, что если длительность времени сварки из указанного диапазона увеличить, то это приведет к образованию выплесков и газовых полостей при герметизации изделий с малым внутренним объемом. При времени сварки меньше данного диапазона наблюдается непровар сварного шва. Если вылет изделия из цанги превысит значение 0,4d, то происходит нарушение геометрической формы шва в виде наплывов по диаметру сварного шва, при вылете меньше 0,2d получается непровар сварного шва из-за недостатка металла для образования соединения. Если значение плотности теплового потока меньше 20 Дж/(мм2с), то это приведет к непровару сварного шва, если больше 400 Дж/(мм2с) - к выплескам металла шва, прожогам и нарушению геометрической формы.

Изобретение позволяет значительно повысить качество сварных соединений при герметизации изделий с малым замкнутым объемом газа типа источников ионизирующих излучений, а также при сварке изделий из металлов, склонных к порообразованию за счет ограничения времени на образование газовых пузырьков в диапазоне при плотности теплового потока 20...400 Дж/мм2с и вылете изделия из цанги (0,2…0,4)d. При этом не происходит образование выплесков жидкого металла сварочной ванны и пор. Бесконтактный способ зажигания дуги исключает попадание включений вольфрама в сварной шов. Данный способ сварки легко реализуется в дистанционные условия защитных камер и боксов.

Такое сочетание новых признаков заявляемого решения с известными позволяет повысить качество и работоспособность сварных соединений.

Предлагаемый способ сварки был применен в процессе изготовления источника ионизирующего излучения из стали 12Х18Н10Т, состоящего из корпуса диаметром 2 мм и заглушки. Собранный корпус с заглушкой устанавливали в медную цангу и патрон сварочной установки. Вольфрамовый электрод диаметром 3 мм закрепляли в сварочной горелке и устанавливали по центру торца корпуса с длиной дуги 2 мм. Сварку выполняли на режиме: ток сварки - 30 А, время сварки - 0,5 с, вылет из цанги - 0,6 мм, расход защитного газа - 6 л/мин.

Указанный режим обеспечивает заданную глубину проплавления и такое время существования сварочной ванны, при котором газовый пузырь не успевает вырасти до браковочного размера и всплыть к поверхности сварочной ванны для образования выплеска расплавленного металла. При этом купол сварного шва формируется в виде правильного полушара.

Данный способ сварки был применен также при герметизации оболочек диаметром 6,9 мм, изготовленных методом порошковой металлургии. Сварку выполняли на режиме: ток сварки - 250 А, время сварки - 0,8 с, вылет из цанги - 2,0 мм, расход защитного газа - 6 л/мин. При таких условиях сварки время существования сварочной ванны не превышает время, позволяющее зародышам микропор вырасти в поры браковочного размера.

Качество сварных соединений корпусов источников, полученных с применением данного способа, оценивали рентгенографическим контролем и металлографическими исследованиями на 100 образцах. Результаты контроля показали, что количество забракованных сварных соединений по выплескам и газовым полостям, по сравнению с прототипом, уменьшилось на 15%. Количество образцов, забракованных по вольфрамовым включениям, уменьшилось на 10%. В случае герметизации оболочек, изготовленных методом порошковой металлургии, количество забракованных сварных соединений уменьшилось на 70…80%.

Сварка может вестись в среде гелия или аргона, которые могут подаваться в зону сварки любым известным способом.

Предлагаемый способ обеспечивает технический эффект и может быть осуществлен с помощью известных в технике средств. Следовательно, он обладает промышленной применимостью.

Способ дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа, включающий оплавление торца свариваемого цилиндрического изделия при его вертикальном расположении в цанге сварочной установки, отличающийся тем, что изделие сваривают при плотности теплового потока в пределах 20…400 Дж/мм2с и величине вылета изделия из цанги, равной (0,2…0,4)d, где d - диаметр свариваемого изделия, мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сварки, в частности, к области придания особого профиля отдельных участков кромок при изготовлении стыковых сварных соединений, и может найти применение при автоматической аргонодуговой сварке встык труб и пластин из стали, снабженных плакирующим слоем.

Способ предназначен для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом деталей из алюминиевых и магниевых сплавов, одна из которых тонкостенная, другая толстостенная.

Изобретение относится к способу многодуговой сварки листовых сварных заготовок для получения из них методами холодной штамповки деталей кузова автомобиля. Предварительно определяют ток и скорость сварки первой дуги из условия обеспечения проплавления на всю толщину листовой заготовки и изотерму плавления на поверхности листов со стороны сварки.

Изобретение относится к водоохлаждаемой горелке для дуговой сварки как плавящимся, так и неплавящимся электродами, и может найти широкое применение во всех отраслях народного хозяйства, связанных с применением сварки черных и цветных металлов, а также их сплавов.

Изобретение относится к способу сварки неплавящимся электродом в защитных газах и может быть использовано в различных отраслях промышленности при изготовлении, монтаже и ремонте ответственных металлических конструкций из сталей перлитного класса, к качеству которых предъявляются высокие требования.
Изобретение относится к области сварки и может быть использовано в машиностроении, судостроении, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности при изготовлении различных изделий, конструкций и узлов, включающих соединения из меди или ее сплавов и стали.

Изобретение относится к сварке металлических деталей, в частности, в самолетостроении и особенно при изготовлении газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к области сварки, а именно к способам изготовления высокопрочных тонкостенных осесимметричных стальных оболочковых корпусов ответственного назначения, и может быть использовано при сварке конструкций в виде сосудов, работающих под высоким давлением.

Изобретение относится к способу дуговой сварки в среде защитных газов полос на специализированных машинах, которые устанавливаются в непрерывных металлургических агрегатах, например травильных линиях, агрегатах укрупнения или формирования рулонов.

Изобретение относится к области дуговой сварки и может быть использовано преимущественно в орбитальной сварке неповоротных стыков трубопроводов. Способ включает сварку корневого шва, заполняющих и облицовочных швов стыков с колебаниями неплавящегося электрода поперек шва. Причем, для этих швов посредством последовательных касаний противоположных кромок стыка неплавящимся электродом определяют расстояние между кромками стыка, находят координаты продольных осей каждого прохода в данном шве относительно одной из кромок стыка и амплитуду колебаний неплавящегося электрода. Устройство для сварки содержит сварочный источник питания, блок управления автомата для сварки, контроллер цикла сварки, колебатель неплавящегося электрода с приводом и контроллером, механизм поперечного перемещения горелки, вспомогательный низковольтный источник питания, датчик тестового тока, вычислительно-программное устройство, блок первичной обработки информационных сигналов и блок ввода/вывода информационных и управляющих сигналов. Изобретение позволяет расширить технологические возможности сварки и повысить качество сварных соединений. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением, состоящей из обечайки со сферическим дном и горловины. Предварительно из кружка высокопрочной стали типа СП-28 или ВП-30 листового проката формируют обечайку с наружным концевым утолщением цилиндрической части и сферическим дном переменного сечения. Из углеродистой стали 35 формируют усиленную горловину. Толщину сварочной кромки горловины выбирают в соотношении 2:1 к толщине сварочной кромки обечайки. Осуществляют сборку конструкции в сварочно-сборочном приспособлении со съемной подкладкой с обеспечением соосности и кольцевого технологического зазора в стыке, равного 0,10…0,16 толщины сварочной кромки обечайки. Сварку выполняют в среде защитных газов. Изобретение обеспечивает качество сварного соединения из разнородных сталей и равнопрочность сварного соединения. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано при плазменной сварке постоянным током на обратной полярности в среде защитного газа алюминия и его сплавов, а также цветных металлов больших толщин. Неплавящийся электрод содержит электропроводный корпус, в котором закреплен медный стакан с установленной в нем вольфрамовой вставкой, которая выступает из стакана на величину, равную толщине его дна, при этом геометрические размеры вольфрамовой вставки и медного стакана выбирают из заданных соотношений. В полости стакана размещена водоохлаждаемая трубка, посредством которой осуществляют охлаждение внутренней поверхности электрода. Охлаждающую жидкость подают со скоростью от 4 до 5 м/с и при этом поддерживают температуру торца вольфрамовой вставки в пределах 2300-2500°C, а сварку ведут на токах 500-700 А. Использование изобретений позволяет повысить качество сварного шва за счет устойчивого горения дуги на больших токах, а также увеличить ресурс электрода. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горелкам для сварки в защитных газах и может быть использовано в машиностроении при изготовлении сварных конструкций, ремонтно-восстановительных работах и исправлении дефектов в металле. Горелка снабжена регулируемым коллектором для подачи атмосферного воздуха в пристеночную зону сопла. Одновременно в зону пористого вкладыша горелки подается природный газ (пропан). Форма вкладыша горелки приближена к оживальной, обеспечивающей ламинарный поток, как одно из условий надежной защиты сопла горелки и дуги. Технический результат заключается в обеспечении авторегулирования предварительно настроенного процесса горения защитного газа, обеспечении стабильных оптимальных температурных условий в зоне сопла и для дуги за счет использования в качестве защитного газа продуктов диффузионного горения природного газа при атмосферном давлении в сварочной горелке с неплавящимся электродом, кроме того, от продуктов сгорания горючего газа возможен прогрев металла перед сваркой или отпуск сварного соединения после нее. 3 ил.

Техническое решение относится к головке горелки для дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов. Головка содержит корпус с каналом для подачи защитного газа, цангу для крепления неплавящегося электрода, сопло и сопряженную с соплом оправку со сквозными отверстиями. Канал охлаждения дополнительно содержит гильзу, выполненную с отверстием под цангу, с резьбой на концах и с фланцем с отверстиями. Цанга выполнена составной из наконечника с зажимными кулачками и пустотелого штока и размещена в гильзе. Канал охлаждения выполнен внутри пустотелого штока цанги в направляющем отверстии для электрода в виде винтовой образующей, замкнутой поверхностью электрода, и с двумя радиальными канавками по краям, при этом одна из канавок выполнена с входным отверстием для подачи защитного газа, а вторая - с выходным отверстием для прохода защитного газа внутрь оправки, причем канавки снабжены соосно им выполненными радиальными отверстиями в гильзе, а радиальная канавка на выходе примыкает к торцу наконечника с зажимными кулачками цанги. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения электрода, цанги, оправки, сопла. 1 ил.

Изобретение относится к способу сварки роторов для генерации энергии (газовых турбин, паровых турбин, генераторов), которые содержат множество роторных дисков, размещенных вдоль оси ротора. Кованые и испытанные посредством NDT роторные диски (26) обрабатывают для подготовки под сварку. Выполняют внутренний узкий зазор под сварку TIG и примыкающий внешний зазор под сварку SAW. Стапелируют диски (26) сверху друг над другом. Проверяют выход стапелированных дисков (26) друг относительно друга и при необходимости регулируют их крепление. Осуществляют расплавление корня сварки без заполнения шва, используя сварку TIG. Увеличивают высоту шва сваркой TIG в узком зазоре с наполнителем сварки из основного металла, чтобы обеспечивать наклон ротора в горизонтальном положении. Наклоняют ротор в горизонтальном положении. Заканчивают сварку заполнением внешнего зазора сваркой SAW. Проверяют швы ротора с помощью методов неразрушающего контроля, используя ультразвуковое испытание. Получают сварное соединение высокого качества при упрощении технологии за счет исключения дорогостоящего и времязатратного этапа дополнительной обработки сварного шва. 4 ил.
Наверх