Неплавящийся электрод для дуговых процессов и способ сварки постоянным током неплавящимся электродом


 


Владельцы патента RU 2556256:

Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)

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 электродуговым процессам, преимущественно к плазменной сварке постоянным током алюминия и его сплавов, а также цветных металлов больших толщин, где рекомендуется применение сварки на обратной полярности в среде защитного газа, и может быть использовано в различных областях промышленности.

Известны различные конструкции электродов, применяемых при плазменной сварке и конструктивно входящих в состав плазмотронов. Так, широко известны электроды с припаянным медным наконечником, внутри которых расположена трубка для подвода к наконечнику охлаждающей воды. Например, неплавящийся электрод по патенту №2248868.

Однако подобные электроды имеют такой недостаток, как недостаточный ресурс и неустойчивость дуги, особенно при малых токах, при незначительном смещении электрода относительно плазмообразующего сопла.

Известен неплавящийся электрод для дуговых процессов на обратной полярности по патенту №1496969, принятый за прототип настоящего изобретения. Этот неплавящийся электрод содержит электропроводный корпус, в котором закреплен высокотемпературный стакан с запрессованной в нем вольфрамовой вставкой, а в полости стакана размещена водоохлаждаемая трубка.

Однако этот прототип слишком сложен в изготовлении.

Почти все известные способы сварки плазмотронами с неплавящимися электродами используют для предохранения от расплавления стакана поток охлаждающей жидкости, чаще всего воды. При этом обычно варьируется только скорость охлаждения в зависимости от требований к температуре анодного пятна. Исходя из сказанного в качестве прототипа заявленного способа выбрана заявка на патент №2003120016.

Задачей настоящего изобретения является создание неплавящегося электрода для плазмотронов, используемых при автоматической сварке постоянным током на обратной полярности алюминиевых сплавов большой толщины, и разработка способа сварки, обеспечивающего стабилизацию (стабильность) электрической дуги, горящей между электродом и изделием, и с эффективной системой охлаждения его электрода.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, будет повышение качества сварного шва за счет устойчивого горения дуги на больших токах, а также увеличение ресурса электрода.

Известно, что при плазменной сварке алюминия на обратной полярности деталей больших толщин (15÷20 мм) необходимо применять сварочный ток 500÷700 А. Сварочная ванна в этом случае может достигать в диаметре 20÷30 мм и она становится зависимой от плотности сварочного тока. При плотностях тока выше 20 А/мм2 сварочная ванна начинает возмущаться (вскипать) и процесс сварки становится невозможным. Главным органом в плазматроне, формирующим определенную плотность тока, является электрод, а на втором месте - плазмообразующее сопло и далее другие параметры. Кроме управления плотностью тока электрод должен иметь определенную температуру рабочего торца вольфрамовой вставки. При сварке на обратной полярности анодное пятно является местом входа и нейтрализации свободных электронов в материале анода и его температура может превышать 2500°C. Эмпирически было установлено, что если анод переохладить, что происходит при высокой скорости охлаждающей жидкости, то будут нарушаться процессы, протекающие в столбе дуги, в результате чего на поверхности анода образуется серая корка, толщина которой увеличивается с течением времени, что отрицательно влияет на формирование сварного шва. Когда температура анода превышает температуру плавления вольфрама, то торец электрода меняет форму и начинает испаряться, что также отрицательно сказывается на формировании сварного шва.

Необходимость создания плазмотронов для автоматической сварки требует оптимизации конструкции его наиболее теплонагруженных узлов, одним из которых является электрод. Поэтому основным техническим результатом, обеспечивающим решение указанных задач, является оптимизация размеров электрода, например соотношения его наружного диаметра с размерами вольфрамовой вставки. Эти соотношения существенно оказывают влияние на работу всего плазмотрона, в том числе достигать устойчивого горения дуги за счет распределения анодного пятна дуги по всей поверхности вольфрамовой вставки. В результате такого распределения анодного пятна по всей поверхности вольфрамовой вставки не происходит повышения плотности тока более 20 А/мм2, что обеспечивает формирование сварного шва при спокойной сварочной ванне без «вскипания», что, в свою очередь, благоприятно сказывается на повышении качества сварного шва.

Экспериментально были установлено, что наиболее оптимальные результаты сварки получаются при температуре анодного пятна в диапазоне 2300÷2500°C, когда торец вольфрамовой вставки не расплавляется, и при определенных геометрических размерах вольфрамовой вставки и медного корпуса.

Исходя из вышеизложенного заявленный технический результат достигается в техническом решении неплавящимся электродом для плазменной сварки на обратной полярности, содержащим электропроводный корпус, в котором закреплен медный стакан с установленной в нем вольфрамовой вставкой, а в полости стакана размещенной водоохлаждаемой трубкой. При этом геометрические размеры вольфрамовой вставки и медного стакана выбраны из следующих соотношений:

D=m√l, где

D - диаметр вольфрамовой вставки;

l - максимальный ток сварки;

m - эмпирический коэффициент =(0,41÷0,42).

D1=2D; L=D, где

D1 - диаметр медного стакана;

L - длина вольфрамовой вставки.

Заявленный технический результат достигается в техническом решении способа сварки неплавящимся электродом для плазменной сварки на обратной полярности, при котором внутреннюю поверхность электрода охлаждают жидкостью, которую подают со скоростью от 4 до 5 м/с. При этом поддерживают температуру торца вольфрамовой вставки в пределах 2300-2500°C, а для сварки применяют ток 500-700 А.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется с помощью фигуры (фиг.), на которой представлен общий вид электрода. Электрод состоит из электропроводного корпуса 1, к которому присоединяется при помощи резьбы или другим методом медный стакан 2, в котором находится вольфрамовая вставка 3. Предварительно вольфрамовая вставка устанавливается в графитовом тигле вместе с заготовкой из чистой меди (например, из меди марки М0 или М00). Тигель нагревают в вакуумной печи до расплавления меди, затем печь охлаждают и извлекают медную заготовку с вольфрамовой вставкой и обрабатывают согласно фиг. 1. Внутри медного стакана размещена водоохлаждаемая трубка 4, по которой подают воду или дистиллированную воду под давлением 0,4-0,5 МПа, обеспечивая скорость потока жидкости 4-5 м/с.

1. Неплавящийся электрод для плазменной сварки на обратной полярности, содержащий электропроводный корпус, в котором закреплен медный стакан с установленной в нем вольфрамовой вставкой, а в полости стакана размещена водоохлаждаемая трубка, отличающийся тем, что вольфрамовая вставка выступает из стакана на величину, равную толщине его дна, а геометрические размеры вольфрамовой вставки и медного стакана выбраны из следующих соотношений:
D=m√I, где
D - диаметр вольфрамовой вставки,
I - максимальный ток сварки,
m - эмпирический коэффициент =(0,41÷0,42),
D1=2D; L=D, где
D1 - диаметр медного стакана,
L - длина вольфрамовой вставки.

2. Способ плазменной сварки на обратной полярности с использованием неплавящегося электрода по п. 1, включающий охлаждение внутренней поверхности электрода с помощью водоохлаждаемой трубки, по которой подают жидкость со скоростью от 4 до 5 м/с и поддерживают температуру торца вольфрамовой вставки в пределах 2300-2500°C, а для сварки применяют ток 500-700 А.



 

Похожие патенты:

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

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.

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.

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 может быть использовано при дуговой сварке деталей под флюсом с использованием сварочного пистолета, контактный наконечник которого обеспечивает электрический контакт со сварочной проволокой.

Изобретение относится к способу роликовой приварки и может быть использован при формировании на поверхности стальной детали металлопокрытия из цветных металлов и сплавов, таких как медь, латуни, бронзы и др.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к твердому припою для высокотемпературной пайки нержавеющей стали. Порошок твердого припоя на железохромовой основе для высокотемпературной пайки основного материала из нержавеющей стали содержит, мас.

Изобретение относится к материалам для упрочнения деталей индукционной наплавкой и способу упрочнения деталей индукционной наплавкой и может быть использовано в области защиты стальных деталей машин металлургического, горнорудного, сельскохозяйственного, дорожно-строительного и другого оборудования от абразивного видов изнашивания.

Изобретение относится к сварочной технике, а именно к конструкциям неплавящихся электродов для дуговой сварки, используемых например, в металлургии и химическом производстве для высокотемпературной обработки материалов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к ролику для поддержки и транспортировки горячего материала, в частности полученной непрерывной разливкой стальной заготовки на рольганге или в установке непрерывной разливки.

Изобретение относится к получению многослойных энерговыделяющих наноструктурированных пленок для неразъемного соединения чувствительных к нагреву материалов. .

Изобретение относится к сварочным и наплавочным материалам, в частности к композиционным проволокам, применяющимся в металлургическом, нефтехимическом, атомно-энергетическом и общем машиностроении, а также при производстве летательных аппаратов и может быть использовано для электродуговой наплавки сложнолегированных жаропрочных сплавов на основе алюминида никеля Ni3Аl.

Изобретение относится к области изготовления, монтажа и эксплуатации резервуаров для хранения и обработки жидкости. .

Изобретение относится к способу изготовления многослойного материала для высокотемпературной пайки и может быть использовано, например, для изготовления тонких листов в теплообменниках. Способ включает обеспечение сердцевинного слоя из первого алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: 0,5-2,0% Mn, ≤1,0% Mg, ≤0,2% Si, ≤0,3% Ti, ≤0,3% Cr, ≤0,3% Zr, ≤0,2% Cu, ≤3% Zn, ≤0,2% In, ≤0,1% Sn и ≤0,7% (Fe+Ni), остальное - Al и ≤0,05% каждой из неизбежных примесей; обеспечение барьерного слоя из второго алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: ≤0,2% Mn+Cr, ≤1,0% Mg, 1,6-5% Si, ≤0,3% Ti, ≤0,2% Zr, ≤0,2% Cu, ≤3% Zn, ≤ 0,2% In, ≤0,1% Sn и ≤1,5% (Fe+Ni), остальное - Al и ≤0,05% каждой из неизбежных примесей; совместную прокатку слоев; термическую обработку при температуре от 300 до 550 °С в течение времени, необходимого для выравнивания содержания Si до 0,4-1% как в сердцевинном слое, так и в барьерном слое; прокатку многослойного материала до конечной толщины со степенью обжатия от 8 до 33%. Изобретение направлено на повышение прочностных свойств, особенно ползучести и усталости, и коррозионной стойкости многослойного материала. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 7 ил., 4 табл., 3 пр.
Наверх