Способ импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов



Способ импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов
Способ импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов
Способ импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов
Способ импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов
Способ импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов
Способ импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов

 

B23K103/10 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2553769:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к способу импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов. Изобретение может быть использовано в судостроении, авиастроении, ракетостроении и других отраслях машиностроения. Формируют X-образный профиль свариваемых кромок и выполняют многопроходную сварку с утолщением шва. Каждая из кромок содержит центральный линейный участок, соединенный дугообразными участками с наклоненными линейными наружными участками. Дугообразный участок выполняют радиусом R=(0,30÷0,50)β, толщину центрального линейного участка выполняют в пределах c=(0,05÷0,10)β, где β - толщина свариваемых кромок. Изобретение позволяет повысить статическую прочность и увеличить усталостную долговечность сварных соединений. 4 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к области сварочного производства и предназначено для изготовления сварных конструкций ответственного назначения из алюминиевых сплавов большой толщины, и может быть использовано в судостроении, авиастроении, ракетостроении и других отраслях машиностроения.

Способы дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов большой толщины направлены на достижение условий формирования качественного сварного соединения путем обеспечения стабильности процесса сварки (выбора рода и полярности тока), оптимизации формы и конструктивных элементов подготовки свариваемых кромок, выбора технологических вариантов заполнения разделки и технических приемов сварки.

Известен способ дуговой сварки плавящимся электродом в защитном газе стыковых соединений алюминиевых сплавов большой толщины, при котором выполняют Х-образную разделку свариваемых кромок с двусторонним симметричным криволинейным скосом - тип С26 (Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные. - Основные типы, конструктивные элементы и размеры. ГОСТ 14806-80. М.: Издательство стандартов. 1980. С.18). Разделка кромок под сварку предусматривает притупление размером не менее 8 мм и радиус закругления, равный 10 мм, при угле раскрытия кромок 15°.

Недостатком способа является то, что при сварке больших толщин отсутствует свободный доступ сварочной горелки к свариваемым кромкам вследствие чего сварщик не может полноценно контролировать процесс сварки; увеличивается вылет электродной проволоки, что приводит к блужданию дуги по кромкам и неполному их проплавлению. Последующее удаление корня шва и заполнение образовавшейся разделки присадочным металлом не гарантирует исключение непроваров в центральной части сварного соединения, что является недопустимым, так как приводит к снижению механических свойств сварных соединений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ полуавтоматической сварки плавящимся электродом в среде защитных газов алюминиевых сплавов толщиной от 6 до 40 мм двусторонним швом, включающий X-образную разделку с двумя симметричными скосами кромок под углом 30°, с подрубкой корня первого прохода [Хаванов В.А., Киселев С.Н., Скорняков Л.М. Особенности сварки в защитных газах алюминиевых сплавов больших толщин // Сварка в атомной промышленности и энергетике, т.2, ч.4, 5. - М.: Изд. AT. - 2002. - С.241-260, табл.1, с.244] - Прототип.

Вне зависимости от толщины свариваемых деталей разделка кромок под сварку имеет прямолинейную форму с углом раскрытия кромок 30°, притуплением кромок, размером 3-4 мм и радиусом закругления свариваемых кромок равным 8 мм.

Недостатком прототипа является низкая статическая и усталостная прочность сварных соединений из-за наличия в центральной части шва конструктивно-технологического непровара и несплошностей, что является недопустимым для изделий ответственного назначения, в том числе корпусных алюминиевых конструкций, подвергающихся воздействию циклических нагрузок.

Экспериментальные результаты по сварке плавящимся электродом показали, что на стабильность процесса сварки и качество швов стыковых соединений алюминиевых сплавов, в первую очередь, оказывают влияние толщина, геометрическая форма и размеры свариваемых кромок, причем размеры разделок свариваемых кромок для металла разной толщины отличны друг от друга, хотя их геометрическая форма остается той же.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка способа импульсной дуговой сварки стыковых соединений плавящимся электродом алюминиевых сплавов большой толщины двусторонним швом полуавтоматическим способом в среде защитных газов, обеспечивающим повышение статической прочности и увеличение усталостной долговечности сварных соединений.

Технический результат достигается тем, что в способе импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов большой толщины двусторонним швом, включающем формирование X-образного профиля свариваемых кромок, причем каждая из кромок содержит центральный линейный участок, соединенный дугообразными участками с наклоненными линейными наружными участками, выполнение многопроходной сварки с утолщением шва, в соответствии с изобретением дугообразный участок выполняют радиусом R=(0,30÷0,50)β, толщину центрального линейного участка выполняют в пределах c=(0,05÷0,10)β, а расстояние от границы утолщения шва до свариваемых кромок составляет b=(0,1÷0,4)β, где β - толщина свариваемых кромок.

Уменьшение толщины центрального линейного участка (c) менее 0,05β приводит к прожогам и проваливанию свариваемых кромок. При величине (c) более 0,10β для его полного проплавления необходимо увеличить погонную энергию сварки, что приводит к увеличению сварочных напряжений и деформаций. При неполном проплавлении необходимо производить трудоемкую операцию - выборку корня шва механическим способом специализированным инструментом до чистого металла с образованием канавки симметрично оси шва.

При выборе радиуса закругления дугообразного участка (R) свариваемых кромок, меньше рекомендуемого 0,3β, при сварке больших толщин ухудшается доступ сварочной горелки к свариваемым кромкам, что приводит к увеличению вылета электродной проволоки и блужданию сварочной дуги по кромкам и, как следствие, недостаточное их проплавление. Ухудшается визуальный контроль за процессом сварки вследствие чего невозможно стабильно вести процесс сварки. При выборе большего радиуса закругления (R) 0,5β увеличивается сечение шва, что влечет повышение расхода присадочного металла, тепловложения и рост сварочных напряжений и остаточной деформации.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежами:

фигура 1 - X-образный профиль свариваемых кромок, где каждая кромка содержит центральный линейный участок (притупление кромки), соединенный дугообразными участками (закругление) с наружными линейными участками.

фигура 2 - схема расположения утолщения шва (расстояние b=(0,1÷0,4)β от границы утолщения (крайнего валика) до свариваемой кромки);

фигура 3 - макроструктура стыкового соединения алюминиевого сплава марки 1550М толщиной 40 мм, выполненного с полным проваром двусторонним швом по заявляемому варианту, и характер разрушения при растяжении;

фигура 4 - внешний вид сварного соединения со стороны корня шва после первого прохода.

Пример осуществления предлагаемого изобретения

В качестве основного свариваемого материала использовали плиты толщиной 20 и 40 мм из сплава марки 1550М по ГОСТ 17232-99.

Стыковые соединения выполняли по заявляемому варианту и по прототипу на сварочной установке T&R Multi 500KW.

В качестве присадочного материала использовали сварочную проволоку марки СвАМг5 диаметром 1,6 мм по ГОСТ 7871-75.

На свариваемых деталях механическим способом выполняли двустороннюю симметричную разделку с криволинейным скосом и притуплением свариваемых кромок в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1
Конструктивные элементы разделки свариваемых кромок
Тип стыкового соединения Толщина свариваемого материала (β), мм Радиус закругления свариваемых кромок (R), мм Величина притупления свариваемых кромок (c), мм Угол скоса свариваемых кромок, град Разделка свариваемых кромок
По прототипу 20 8 3÷4 30
40 8 3÷4 30
По заявляемому варианту 20 0,5β=10 0,10β=2 15
40 0,3β=12 0,05β=2 15

Свариваемые детали собирали и фиксировали в сборочно-сварочном приспособлении.

Многослойные швы выполняли отдельными валиками последовательно один за другим, заполняющими каждый слой шва. Все слои, кроме первого, выполняли на одном режиме.

Параметры сварки при выполнении первого слоя наплавленного металла: сила сварочного тока 90÷150 A, напряжение на дуге 17÷18 В, скорость подачи проволоки 3-5 м/мин, расход защитного газа 10-42 л/мин.

Параметры сварки при выполнении последующих слоев наплавленного металла: сила сварочного тока 230÷270 А, напряжение на дуге 22÷24 В, скорость подачи проволоки 8-10 м/мин, расход защитного газа 20÷25 л/мин.

После сварки каждого валика производили удаление пылеобразного конденсата и возможных брызг металла зачисткой поверхности металлической щеткой.

Результаты экспериментальных исследований показали, что сварка по прототипу не позволяет получить полного провара свариваемых кромок при первом проходе на весу из-за большой величины притупления и малого радиуса закругления свариваемых кромок.

При сварке по заявляемому варианту, благодаря выбору оптимальной величины притупления и радиуса закругления в области притупления, получено полное проплавление свариваемых кромок при первом проходе на весу с хорошим формированием шва. Перед выполнением шва с обратной стороны (подварочный шов) необходимо производить удаление только проплава первого прохода, где наиболее вероятно скопление дефектов, до чистого бездефектного металла, что существенно упрощает механическую обработку, так как отсутствует необходимость в формировании канавки симметрично оси шва.

Контроль радиографическим методом с чувствительностью 0,50÷0,75 мм сварных соединений, выполненных по заявляемому варианту, не выявил дефектов в сварном шве в виде трещин, несплошностей и непроваров.

Макроструктура стыкового соединения алюминиевого сплава марки 1550М, выполненного с полным проваром двусторонним швом по заявляемому варианту, и характер разрушения при растяжении приведены на фиг.4.

Результаты испытаний сварных стыковых соединений алюминиевого сплава марки 1550М, выполненных по заявляемому варианту и прототипу, приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2
Результаты испытаний сварных стыковых соединений сплава 1550М на статическое растяжение
Варианты стыкового соединения Толщина материала, мм Существенные признаки Временное сопротивление σв, МПа Коэффициент прочности кпрвсввом гарант. Область разрушения
c, мм R, мм α, град b, мм
Предлагаемые 20 0,1β=2 0,5β=10 45 0,4β=8 270 1,0 Граница сплавления шва с основным металлом
решения 0,05β=1 15 0,1β=2 250 0,95
40 0,1β=4 0,3β-12 45 0,4β=16 260 1,0 Основной металл
0,05β=2 15 0,1β=4 265 1,0
Запредельные 20 0,2β=4 0,6β=12 50 0,5β=10 200 0,80 Металл шва
варианты 0,02β=0,5 0,2β=4 10 0,05β=1 211 0,82 Металл шва
40 0,2β=8 0,6β=24 50 0,5β=20 217 0,85 Металл шва
0,02β=0,8 0,2β=8 10 0,05β=2 204 0,80 Металл шва
Прототип 20 4 8 - - 200 0,78 Металл шва
4 8 - - 190 0,73 Металл шва
40 4 8 - - 193 0,75 Металл шва
4 8 - - 183 0,71 Металл шва
Таблица 3
Результаты испытаний сварных стыковых соединений сплава 1550М на циклическое растяжение
Варианты стыкового соединения Толщина материала, мм Существенные признаки Усталостная долговечность, циклы ρ=0,1; ν=10 Гц Область разрушения
c, мм R, мм α, град b, мм Pmax, кН циклы
Предлагаемые 40 0,05β=2 0,3β=12 45 0,2β=8 165 7700 Граница сплавления
решения 110 30000 шва с основным
77 343900 металлом
Запредельные 40 0,2β=8 0,6β=24 50 0,5β=20 77 25700
варианты 0,02β=0,8 0,2β=8 10 0,05β=2 77 15700
Прототип 40 4 8 - - 165 1010 Металл шва
4 8 - - 110 3480
4 8 - - 77 33900

Анализ приведенных в таблицах данных показывает, что статическая прочность на 25-30%, а усталостная долговечность в 7-11 раз выше для сварных соединений, выполненных по заявляемому варианту, чем для соединений, выполненных по прототипу, что подтверждает преимущества предлагаемого способа сварки стыковых соединений алюминиевых сплавов.

Наличие непроваров в центральной части шва, выполняющих роль концентраторов напряжений, приводит к недопустимому снижению значений статической и усталостной прочности.

Способ полуавтоматической импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом позволяет произвести сварку на меньшей погонной энергии по сравнению с прототипом, при этом обеспечивается полный провар притупления свариваемых кромок по всему сечению на весу за один проход и обеспечивается равномерное формирование корня шва, без применения специальных устройств предупреждающих вытекание металла ванны. При сварке алюминиевых сплавов большой толщины обеспечивается свободный доступ сварочной горелки к свариваемым кромкам и хороший визуальный контроль над процессом сварки.

Результаты испытаний на статическое растяжение и переменное нагружение, анализ макроструктуры и результаты радиографического контроля подтверждают достижение технического эффекта предлагаемого способа полуавтоматической импульсно-дуговой сварки стыковых соединений алюминиевых сплавов плавящимся электродом в инертном газе в сравнении с прототипом и запредельными вариантами.

Способ импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов двусторонним швом, включающий формирование X-образного профиля свариваемых кромок, причем каждая из кромок содержит центральный линейный участок, соединенный дугообразными участками с наклоненными линейными наружными участками, выполнение многопроходной сварки с утолщением шва, отличающийся тем, что радиус дугообразного участка и толщину центрального линейного участка выбирают в зависимости от толщины свариваемых кромок, исходя из следующих соотношений: R=(0,30-0,50)β и c=(0,05-0,10)β, где R - радиус дугообразного участка, c - толщина центрального линейного участка, β - толщина свариваемых кромок.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к сварочной технике, а именно к способу и источнику питания для электродуговой сварки трехфазной дугой. Источник питания содержит блок управления, выполненный в виде микропроцессора, и три цепи, каждая из цепей состоит из последовательно соединенных выпрямителя и инвертора, и они выполнены с возможностью соединения входом с источником энергии.

Устройство предназначено для импульсного питания сварочной дуги с плавящимся и неплавящимся электродами. Устройство состоит из источника питания 1, к положительному полюсу которого подсоединены коммутирующий дроссель 2 и силовой тиристор 3, зашунтированные последовательно включенными блокирующим диодом 4 и резистором 5, причем к точке соединения катода диода 4 и резистора 5 подключена обкладка фильтрующего конденсатора 6, а вторая его обкладка подключена к минусу источника питания 1, а также дросселя 8, который включен в сварочную цепь.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в импульсном сварочном источнике питания. Техническим результатом является обеспечение быстрого реагирования на быстро происходящие события в сварочной дуге, возникающие с интервалами времени менее 1 мс.

Изобретение относится к области дуговой сварки металлов плавящимися электродами и предназначено для сварки металлоконструкций и изделий различной толщины при производстве монтажных и ремонтных работ в строительстве, в быту и других областях народного хозяйства.

Изобретение относится к способу прерывания короткого замыкания (30) при сварке короткой дугой. При возникновении короткого замыкания (30) устанавливают промежуток (32) времени, в котором осуществляют определенную токовую характеристику для прерывания короткого замыкания (30) внутри промежутка (32) времени.

Изобретение относится к способу дуговой электросварки заготовки (варианты), в котором во время произведения сварки выполняют перемены сварочного процесса. Осуществляется переход от произведенного сварочного процесса к последующему сварочному процессу посредством короткого замыкания между расплавляемой сварочной проволокой и заготовкой.

Изобретение относится к способу формирования импульсов сварочного тока и устройству для его осуществления и может быть использовано для автоматической сварки в среде защитных газов и для сварки алюминия и его сплавов неплавящимся электродом асимметричными по амплитуде импульсами переменного тока прямоугольной формы.

Изобретение относится к способу управления сварочным аппаратом, содержащим плавкий электрод, в котором величины параметров сварки, требуемых для процесса сварки, запоминают в запоминающем устройстве и хранят в виде так называемых характеристических кривых (1) при помощи, по меньшей мере, одной опорной точки (2) на характеристической кривой (1).

Изобретение относится к способу генерирования последовательности импульсов электрической дуги между перемещающимся сварочным электродом и металлической заготовкой и к системе электродуговой сварки короткими замыканиями дуги плавящимся электродом в среде инертного газа.

Изобретение относится к способу и устройству управления дуговой сваркой изделий неплавящимся электродом в среде защитных газов. .

Способ сварки деталей 1 и 2 разной толщины из разнородных металлов может быть использован в авиастроении, приборостроении, в атомной энергетике. Формируют технологические бурты 3 и 4 на толстостенной 2 и тонкостенной 1 деталях.

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способу получения сварного сталеалюминиевого соединения, и может быть использовано в судостроении, при строительстве железнодорожного транспорта и автомобилестроении.

Изобретение относится к способу изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением, состоящей из обечайки со сферическим дном и горловины.

Изобретение может быть использовано при изготовлении крупногабаритных конструкций из молибдена или его сплавов, например, при сварко-пайке обечаек экранов муфелей высокотемпературных газостатических установок.
Изобретение относится к способу сварки нахлесточных соединений из разнородных металлов и может быть использовано в энергетике, автомобилестроении, судостроении и вагоностроении.

Изобретение относится в общем к медицинским стентам, в частности к устройству для изготовления стентов, используемому в способе изготовления стентов. Устройство для изготовления стентов содержит сердечник и рукав.

Изобретение относится к машиностроению и судостроению, поскольку в этой области чаще всего встречаются стыковые соединения с двухсторонним доступом. Технический результат изобретения - снижение затрат на дополнительный металл при сварке и повышение ее производительности.

Изобретение относится к области корпусного судостроения и может быть применено при соединении сваркой деталей большой толщины. Способ формирования стыка соединяемых деталей большой толщины из титановых сплавов при электронно-лучевой сварке включает образование подкладки из припуска одной из деталей.

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.

Изобретение относится к области сварки, в частности к способу подготовки кромок деталей под дуговую сварку стыкового соединения. Выполняют двухсторонние скосы и притупления кромок свариваемых деталей для выполнения двухстороннего шва.
Способ может быть использован для соединения алюминиевых деталей пайкой, например, при изготовлении радиотехнических устройств. Осуществляют предварительную подготовку деталей путем нанесения гальванического покрытия из никеля, меди и олово-цинка.
Наверх