Способ механизированной наплавки комбинацией дуг

Изобретение может быть использовано для дуговой механизированной сварки в среде инертного газа комбинацией дуг прямого и косвенного действия. Неплавящийся электрод подключают к отрицательному полюсу первого сварочного источника питания, а изделие - к его положительному полюсу. Зажигают между упомянутым электродом и изделием дугу прямого действия, в которую непрерывно подают первый плавящийся электрод. Дугу косвенного действия зажигают между неплавящимся и плавящимся электродами. В дугу прямого действия непрерывно подают второй плавящийся электрод другого химического состава. Обеспечивают непрерывное горение дуги прямого действия в пульсирующем режиме с подачей импульсов тока большей или меньшей величины и периодическое поочередное зажигание и гашение упомянутых дуг косвенного действия. Во время подачи импульса большего тока дуги прямого действия дугу косвенного действия гасят, а в период подачи импульса меньшего тока зажигают одну из дуг косвенного действия. Способ обеспечивает стабильность процесса за счет минимального магнитного взаимодействия дуг прямого и косвенного действия. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области сварки и может использоваться в машиностроении для наплавки слоев с особыми свойствами и сварки сложно свариваемых сталей и сплавов.

Известен способ сварки дугой прямого действия в инертных газах между неплавящимся электродом и изделием с подачей присадочной проволоки в зону дуги (см. И.А. Гедовиус, В.М. Шмаков. «Сварка новых материалов в среде защитных газов», Куйбышев, 1969. - 111 с., С. 5, рис. 1).

К недостаткам этого способа относятся низкие производительность и стабильность скорости расплавления электродной проволоки. Это обусловлено тем, что проволока нагревается только конвекцией и излучением от столба дуги, поэтому случайные изменения положения проволоки относительно столба дуги приводят к существенному изменению скорости ее расплавления.

Известен способ механизированной плазменной наплавки в среде аргона комбинацией дуг прямого и косвенного действия, по которому к неплавящемуся электроду подключают отрицательный полюс сварочного источника питания, а к изделию его положительный полюс, используют плавящийся электрод, подключаемый к положительному полюсу источника питания через балластное сопротивление, зажигают дугу прямого действия прямой полярности между неплавящимся электродом и изделием и дугу косвенного действия между неплавящимся и плавящимся электродом.

Способ может быть использован и для свободной сварочной дуги. Балластное сопротивление обеспечивает питание второй дуги от одного источника питания, аналогично питанию дуг от многопостовых источников питания (см. статью И.Е. Тавер, М.Х. Шоршоров «Сварка стали двойной плазменной струей», Сварочное производство, 1971 г, №10, С. 26-28). Этот способ принят за прототип.

Недостатком данного способа сварки является сильное взаимодействие собственных магнитных полей дуг, приводящее к нестабильности пространственного положения дуг и переноса электродного металла в сварочную ванну, что приводит к большому разбрызгиванию электродного металла и нестабильности размеров наплавляемого валика. Использование балластного сопротивления для питания дуги косвенного действия не обеспечивает устойчивости дуги на всех режимах, так как дуга с плавящимся электродом устойчиво горит от источника питания с жесткой вольтамперной характеристикой (ВАХ), а балластное сопротивление обеспечивает падающую ВАХ. Все это затрудняет использование дополнительно второй дуги косвенного действия с плавящимся электродом для расширения технологических возможностей процесса.

В известном способе механизированной наплавки комбинацией дуг прямого и косвенного действия в среде инертного газа, при котором к неплавящемуся электроду подключают отрицательный полюс сварочного источника питания, а к изделию его положительный полюс и зажигают между ними дугу прямого действия, плавящийся электрод подключают к положительному полюсу второго источника питания, отрицательный полюс которого подключают к неплавящемуся электроду, зажигают дугу косвенного действия между неплавящимся и плавящимся электродами, последний подают непрерывно в дугу прямого действия.

В отличие от прототипа, в дугу прямого действия непрерывно подают вторую электродную проволоку другого химического состава, подключая ее к положительному полюсу второго источника питания, обеспечивают периодическое горение дуги прямого действия в пульсирующем режиме и периодическое поочередное зажигание и гашение дуг косвенного действия между неплавящимся и плавящимися электродами, причем во время протекания большого тока дуги прямого действия дугу косвенного действия гасят, а в период протекания малого тока дуги прямого действия зажигают одну из дуг косвенного действия, длительность протекания большого тока в дуге прямого действия на изделие устанавливают в пределах 0,2…0,5 по отношению к циклу протекания в нем тока, причем минимальное среднее значение малого тока дуги прямого действия выбирают обеспечивающим ее устойчивое горение.

Средний за период пульсаций тока в дуге прямого действия ток дуг косвенного действия определяют по формуле

где d_Э - диаметр плавящегося электрода, см;

V_Э - требуемая скорость расплавления электрода, см/с;

ρ - плотность плавящегося электрода, г/см³;

α_Р - коэффициент расплавления плавящегося электрода при сварке дугой прямого действия на обратной полярности при токе I_СК.

Токи импульсов дуг косвенного действия могут выбираться равными.

Технический результат предлагаемого способа заключается в обеспечении стабильного горения комбинации трех дуг путем синхронизации пульсаций тока дуги прямого действия и поочередных импульсов дуг косвенного действия с электродов различного химического состава и за счет этого создания возможности варьирования химического состава шва в широких пределах путем изменения параметров дуг косвенного действия и создания возможности выбора оптимального химического состава металла шва, при использовании присущего комбинации дуг прямого и косвенного действия установленного свойства, что при изменении токов дуг косвенного действия площадь поперечного сечения провара основного металла практически не изменяется.

Сила взаимодействия магнитных полей токов дуг, согласно закону Ампера, пропорциональна произведению токов дуг. При работе дуги прямого действия в пульсирующем режиме, а дуг косвенного действия в импульсном режиме произведение средних токов дуг прямого и косвенного действия в период пульсации всегда меньше произведения их средних значений, присущих действию дуг в стационарном режиме. Требование к минимальному току дуги прямого действия обусловлено необходимостью обеспечения ее устойчивого горения.

Определение средних за период токов дуг косвенного действия в зависимости от требуемой скорости расплавления каждой электродной проволоки обеспечивает регулирование химического состава наплавленного металла и шва в широких пределах различными легирующими элементами, содержащимися как в обеих проволоках, так и только в одной из них.

Различие токов в проволоках во время импульсов обеспечивает еще большие возможности регулирования химического состава наплавленного металла, по сравнению с одинаковыми токами.

Выбор токов дуг косвенного действия равными упрощает устройство электрической схемы для реализации способа.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа, на фиг. 2 - циклограммы токов в дугах прямого и косвенного действия, фиг. 3 - зависимости коэффициента расплавления электродной проволоки от тока дуги обратной полярности, на фиг. 4 - вольтамперные характеристики дуги и источника питания.

На фиг. 1 представлена схема реализации предлагаемого способа сварки.

В сварочную горелку 1 подается инертный газ аргон. В горелке помещен неплавящийся вольфрамовый электрод 2. Между электродом 2 и изделием 3 горит дуга 4 прямого действия от сварочного источника питания постоянного тока 5. Отрицательный полюс источника 5 подключен к неплавящемуся электроду 2. Положительный полюс источника питания 5 имеет два выхода с проводниками, подключенными к изделию 3 через электронные ключи 6 и 7.

Электронный ключ 6 обеспечивает включение малого тока пульсаций дуги прямого действия, а электронный ключ 7 - большого тока пульсаций. Управление электронными ключами 6 и 7 производится с помощью специальной схемы управления. В период включения электронного ключа 6 электронный ключ 7 отключен и наоборот. Электронные ключи 6 и 7 с помощью электронной схемы позволяют регулировать в периоде длительность протекания малого I_МП и большого I_БП токов пульсаций в дуге прямого действия 4.

В дугу прямого действия 4 подается плавящийся электрод 8 с постоянной скоростью V_Э1. Электрод 8 подключен к положительному полюсу второго источника питания постоянного тока 9. Отрицательный полюс источника питания 9 подключен к неплавящемуся электроду 2. Между плавящимся электродом 8 и неплавящимся электродом 2 может гореть дуга 10 косвенного действия. В проводнике, соединяющем электрод 8 с источником питания 9, установлен электронный ключ 11, которым производится зажигание и гашение дуги косвенного действия 10 и регулируется длительность протекания тока в дуге 10 косвенного действия. Длительность протекания тока в дуге косвенного действия 10 t_К1 равно времени протекания малого тока в дуге прямого действия t_MП.

В дугу прямого действия 4 также подается второй плавящийся электрод 12 с другим химическим составом легирующих элементов, чем в первом электроде 8, с постоянной скоростью V_Э2. Плавящийся электрод 12 также подключен к положительному полюсу второго источника питания постоянного тока 9. Отрицательный полюс источника питания 9 подключен к неплавящемуся электроду 2. Между плавящимся электродом 12 и неплавящимся электродом 2 может гореть вторая дуга 13 косвенного действия. В проводнике, соединяющем плавящийся электрод 12 с источником питания 9, установлен электронный ключ 14, которым производится зажигание и гашение дуги косвенного действия 13 и регулируется длительность протекания тока в дуге 13 косвенного действия. Длительность протекания тока в дуге косвенного действия 13 t_К2 также равна времени протекания малого тока в дуге прямого действия t_МП.

Электронные ключи 11 и 14 зажигают и гасят дуги косвенного действия 10 и 13 периодически и поочередно в период протекания малого тока пульсаций в дуге прямого действия 4. Длительность протекания токов в каждой из дуг косвенного действия 10 и 13 равна длительности протекания малого тока в дуге прямого действия 4. Соответственно она может изменяться в пределах 0,8…0,5 периода протекания тока в дуге прямого действия. Управление электронными ключами производится с помощью специальной электронной схемы управления. Стабильное зажигание дуг косвенного действия 10 и 13 обеспечивается за счет непрерывной подачи плавящихся электродов в столб непрерывно горящей дуги прямого действия 4 вследствие достаточно высокой частоты импульсов тока.

На фиг. 2 представлены циклограммы токов дуг прямого и косвенного действия. Циклограммы представляют зависимости изменения токов дуг от времени t. Форма пульсаций прямоугольная, то есть в процессе пульсации ток не изменяется. Зависимость 1 для дуги прямого действия, ток в которой течет непрерывно, но с пульсациями. Весь период протекания тока дуги прямого действия обозначен t_Ц. На фиг. 1 показаны два периода пульсаций дуги прямого действия. Время протекания малого тока дуги прямого действия I_МП составляет t_МП, а время протекания большого тока дуги прямого действия I_БП составляет t_БП. Большой ток преимущественно обеспечивает проплавление изделия. Малый ток преимущественно обеспечивает устойчивое зажигание дуг косвенного действия. Соотношение времени протекания малого тока дуги прямого действия по отношению к длительности цикла следует выбирать в пределах t_МП/t_Ц=0,5…0,8, а большого соответственно t_БП/t_Ц=0,5…0,2. Это позволяет дополнительно регулировать средний ток дуги прямого действия и, следовательно, регулировать площадь проплавления основного металла в зависимости от того, какую долю участия основного металла в металле шва требуется получить. Кроме того, это создает возможность при сохранении среднего тока регулировать давление дуги на сварочную ванну в периоды пульсаций тока.

Зависимость 2 на фиг. 2 представляет циклограмму тока одной из дуг косвенного действия между плавящимся и неплавящимся электродами. Время протекания тока первой дуги I_1К косвенного действия составляет t_1К. Время протекания малого тока в дуге прямого действия на фиг. 2 равно времени протекания тока в первой дуге косвенного действия t_МП=t_1К. Ток I_1К обеспечивает требуемую скорость расплавления первой электродной проволоки. За счет такой системы протекания токов до минимума снижается взаимодействие магнитных полей дуг прямого и косвенного действия.

Соотношение времени протекания тока в дуге косвенного действия по отношению к длительности цикла пульсаций дуги прямого действия следует выбирать в пределах t_К1=(0,5…0,8)t_Ц. Это позволит дополнительно к току дуги косвенного действия регулировать площадь поперечного сечения наплавленного металла в зависимости от того, какое значение доли наплавленного металла в металле шва требуется получить. Соответственно длительность времени протекания тока в дуге прямого действия в этот период будет t_MП=(0,5…0,2)t_Ц.

Действующим значением однонаправленного тока дуги с любой формой импульсов является ее средний ток, так как напряжение дуги практически не зависит от тока.

Средний, за два периода пульсаций тока в дуге прямого действия, ток первой дуги косвенного действия с плавящимся электродом с прямоугольной формой импульса тока можно определить по формуле

где I_1К - значение тока импульса первой дуги косвенного действия в период его протекания в цикле;

t_1К - время протекания импульса тока первой дуги косвенного действия в одном периоде.

Время t_Ц составляет время цикла дуги прямого действия.

Коэффициент 2 в знаменателе формулы (1) учитывает, что горение дуг косвенного действия чередуется и одна дуга горит один раз за два периода пульсаций тока дуги прямого действия.

Зависимость 3 на фиг. 2 представляет циклограмму тока второй дуги косвенного действия между плавящимся и неплавящимся электродами. Весь период протекания тока в дуге прямого действия обозначен t_Ц. Время протекания тока второй дуги косвенного действия I_2К составляет t_2К. Время протекания малого тока в дуге прямого действия на фиг. 2 равно времени протекания тока во второй дуге косвенного действия на фиг. 4 t_МП=t_2К. Ток I_2К обеспечивает требуемую скорость расплавления второй электродной проволоки. За счет такой системы протекания токов до минимума снижается взаимодействие магнитных полей дуг прямого и косвенного действия. В общем случае токи дуг косвенного действия отличаются друг от друга I_1К=I_2K, а время протекания тока в этих дугах всегда одинаково t_1К=t_2К=t_МП.

Поэтому соотношение времени протекания тока во второй дуге косвенного действия по отношению к длительности такое же, что и для первой дуги косвенного действия. Это позволяет дополнительно к току дуги косвенного действия регулировать площадь поперечного сечения наплавленного металла в зависимости от того, какое значение доли наплавленного металла в металле шва требуется получить.

Средний ток второй дуги косвенного действия с плавящимся электродом с прямоугольной формой импульсов тока за цикл можно определить по формуле

где I_2К - значение тока второй дуги косвенного действия в период импульса;

t_2К - время протекания тока второй дуги косвенного действия (время импульса).

Время t_Ц составляет время цикла для пульсаций тока в дуге прямого действия.

Коэффициент 2 в знаменателе формулы (2) учитывает, что горение дуг косвенного действия чередуется и одна дуга горит один раз за два периода пульсаций тока дуги прямого действия.

Содержание какого-либо химического элемента в шве определяется по известной формуле

где С_Э^О - содержание данного химического элемента в основном металле, %;

ψ_О - доля участия основного металла в металле шва;

С_Э^Э - содержание данного химического элемента в наплавленном металле, %.

Доля участия основного металла в металле шва ψ_О определяется по формуле

где F_О - площадь поперечного сечения проплавления основного металла, см²;

F_H - площадь поперечного сечения наплавленного металла, см².

Площадь поперечного сечения наплавленного металла при наплавке двумя электродными проволоками можно рассчитать по формуле

где П₁ и П₂ - производительности наплавки соответственно переднего и заднего электродов, г/с;

ρ - плотность наплавленного металла, г/см³;

V_C - скорость сварки, см/с.

В формуле (5) принято, что плотности металла электродов равны.

Производительность наплавки каждого из электродов можно рассчитать по формуле

где α_Н - коэффициент наплавки, г/(А⋅ч);

I - ток дуги, А.

Коэффициент наплавки α_Н зависит от диаметра электрода, тока дуги, вылета электрода, полярности дуги.

Коэффициент наплавки однозначно связан со скоростью расплавления электрода

где ψ_П - коэффициент потерь электрода на угар и разбрызгивание;

V_Э - скорость расплавления электрода, см/с;

j - плотность тока в сечении электрода, А/см².

Коэффициент наплавки электродов α_Н определяется экспериментально через коэффициент расплавления и приводится в специальной литературе.

Таким образом, зная содержание химического элемента в электродах, с помощью формул (3-7) можно рассчитать его содержание в шве, если известна площадь поперечного сечения основного металла F_О. В предлагаемом способе она определяется экспериментально при наплавке по известному способу дугой прямого действия на заданном токе, равном среднему току пульсирующей дуги прямого действия, или теоретически путем использования расчетной схемы распространения тепла при сварке.

Поскольку в предлагаемом способе электродные проволоки подключаются к положительному полюсу источника питания и являются анодами, то в предлагаемом способе при использовании V_Э в формуле (7) необходимо брать ее значения для дуги прямого действия обратной полярности.

Для обеспечения требуемой доли участия наплавленного металла каждого из электродов в металле шва при заданном среднем токе дуги прямого действия и, соответственно, площади поперечного сечения проплавления основного металла необходима определенная производительность расплавления каждого плавящегося электрода, которая задается скоростью его расплавления V_Э.

Отсюда следует, что требуемое значение среднего сварочного тока каждой дуги косвенного действия можно определить по формуле

где d_Э - диаметр плавящегося электрода, см;

V_Э - требуемая скорость расплавления электрода, см/с;

α_Р - коэффициент расплавления плавящегося электрода при сварке дугой прямого действия на обратной полярности при токе дуги I_Д=I_С.

Таким образом, по зависимостям коэффициента расплавления в дуге прямого действия обратной полярности и требуемым скоростям расплавления электродов можно определить необходимые средние токи дуг косвенного действия в импульсном режиме по предлагаемому способу и, следовательно, значения токов в период импульсов.

Зная средний ток дуги косвенного действия, определенный по формуле (8), можно с помощью формулы (2) рассчитать ее необходимый ток в импульсе I_1К или I_2К.

Средний ток дуги прямого действия с неплавящимся электродом при прямоугольной форме пульсаций тока за период пульсаций можно определить по формуле

где I_МП - среднее значение малого тока дуги прямого действия в период его протекания в цикле;

t_MП - время протекания малого тока дуги прямого действия;

I_БП - среднее значение большого тока дуги прямого действия в период его протекания в цикле;

t_БП - время протекания большого тока дуги прямого действия.

Время t_МП+t_БП=t_Ц составляет время цикла для дуги прямого действия.

Время протекания тока импульсов дуг косвенного действия равно времени протекания малого тока дуги прямого действия

t_1К=t_2К=t_MП=(0,5…0,8)t_Ц.

Регулирование времени протекания токов дуг прямого и косвенного действия необходимо для создания дополнительных технологических возможностей, связанных с выбором оптимального переноса капель электродного металла и давлением дуг на сварочную ванну. Устанавливать время протекания тока дуги прямого действия меньше 0,2 времени цикла нецелесообразно из-за возможного нарушения равномерности скорости расплавления плавящихся электродов.

Средний ток дуги прямого действия за период определяет площадь поперечного сечения проплавления основного металла. Изменяя соотношение средних токов дуг прямого и косвенного действия, можно регулировать долю участия основного металла в металле шва.

На фиг. 3 представлены зависимости коэффициента расплавления α_Р электродной алюминиевой проволоки от тока дуги обратной полярности по литературным данным. Кривая 1 представляет зависимость для проволоки марки СвАМц диаметром d_Э=1,6 мм, кривая 2 для проволоки СвАМг6 диаметром d_Э=2,0 мм. Кривая 1 для электрода меньшего диаметра расположена выше кривой 2 для большего диаметра. Поэтому при одинаковых токах больше коэффициент расплавления и производительность расплавления у электродной проволоки меньшего диаметра. Аналогичные зависимости имеют место и для стальных проволок в дуге обратной полярности в инертных газах.

В результате проведенных исследований установлено, что площадь поперечного сечения основного металла практически не зависит от мощности, передаваемой в сварочную ванну жидким электродным металлом, а зависит только от среднего тока дуги прямого действия. Это обусловлено тем, что мощность, поглощенная жидким металлом электродов, передается в сварочную ванну и оказывает через нее на проплавление изделия очень малое влияние. Поэтому при использовании данного способа легко можно определить содержание любого легирующего элемента в шве при известных составе электродных проволок, основного металла и режимах дуг. Изменяя токи дуг косвенного действия, можно в широких пределах регулировать химический состав шва, так как сечение проплавления основного металла практически не изменяется.

За счет регулирования производительности расплавления и наплавки проволок при различном их химическом составе можно получать широкий спектр легирующих элементов в наплавленном металле и металле шва. Производительность расплавления и наплавки каждой проволоки можно регулировать раздельно за счет среднего тока дуг косвенного действия за два периода пульсаций дуги прямого действия, длительности протекания тока этих дуг, диаметра электродных проволок, вылета электродных проволок. Долю участия основного (или электродного) металла в металле шва можно практически независимо от тока дуг косвенного действия регулировать средним током дуги прямого действия. Это обеспечивает высокую технологическую гибкость способа сварки. Практически полностью может отпасть необходимость создания новых проволок, так как необходимый состав шва можно рассчитать и получить с помощью известных проволок.

На фиг. 4 представлены зависимости вольтамперных характеристик дуги и источника питания. Кривая 1 представляет крутопадающую вольтамперную характеристику источника питания, кривая 2 - вольтамперную характеристику дуги с неплавящимся вольфрамовым электродом, кривая 3 вольтамперную характеристику источника питания, обеспечивающую минимальные сварочные токи. Кривая 2 имеет падающий участок, минимум напряжения и возрастающий участок. Кривая 1 и кривая 2 пересекаются в двух точках Б и Г. В этих точках возможно существование дуги с неплавящимся электродом. В соответствии с теорией сварочной дуги точка Г является неустойчивой рабочей точкой системы, поскольку в ней не выполняется условие устойчивости и при небольших отклонениях тока дуга гаснет. Наоборот, точка Б является рабочей точкой системы, в которой условие устойчивости выполняется и при малых отклонениях тока дуги она переходит в новое устойчивое состояние. Точка пересечения вольтамперной характеристики дуги 2 с вольтамперной характеристикой дуги 3 в точке В дает минимальное значение тока, но при котором не обеспечивается устойчивое горение дуги с неплавящимся электродом. Этот ток нельзя использовать как малый при выборе пульсирующего режима горения дуги прямого действия между неплавящимся электродом и изделием по предлагаемому способу. Наоборот, в рабочей точке А пересечения кривых 3 и 2 обеспечивается устойчивое горение дуги. Поэтому ток I_МП для этой точки может служить малым током пульсаций в дуге прямого действия.

Пример.

Производилась наплавка по предлагаемому способу электродными проволоками по ГОСТ 10543-98: Нп-20Х14 диаметром d_Э=1,6 мм и Нп-Г13А диаметром d_Э=1,2 мм на пластину из стали 20 толщиной δ=10 мм.

Содержание легирующих элементов в проволоках и основном металле в процентах по данным сертификатов приведено в таблице 1.

Скорость наплавки составляла V_С=0,5 см/с. Дуга прямого действия между неплавящимся электродом диаметром d_Э=3 мм сварочной горелки и изделием горела в среде аргона. Расход аргона составлял G=10 л/мин. Дуга прямого действия питалась от сварочного источника питания постоянного тока ВДУ-306. Дуги косвенного действия питались от другого источника питания ФОРСАЖ-500. Электрическая схема обеспечивала следующие параметры пульсаций тока дуги прямого действия: большой ток пульсации прямоугольной формы I_БП=300 А, время его протекания 0,01 с, малый ток пульсаций прямоугольной формы I_МП=50 А, время его протекания 0,01 с. Период пульсаций дуги прямого действия составил t_Ц=0,02 с, частота пульсаций f=50 Гц. Средний сварочный ток дуги прямого действия

I_СП=(3000,01+500,01)/(0,01+0,01)=175 А.

Предварительно при обычной аргонодуговой наплавке дугой прямого действия от того же источника питания на токе дуги I_Д=I_СП=175 А была выполнена наплавка без подачи присадочной проволоки со скоростью сварки V_C=0,5 см/с.По макрошлифу определили площадь поперечного сечения проплавления основного металла F_O=0,4 см².

Скорости расплавления электродных проволок по предлагаемому способу подбирали из условия равенства площадей наплавленного металла от каждой из проволок F_H1=F_H2=0,1 см². Для получения таких площадей поперечного сечения и скорости сварки V_C=0,5 см/с скорости расплавления и подачи проволок должны соответственно составлять для проволоки Нп-20X14 V_Э1=2,5 см/с и для проволоки Нп-Г13А V_Э2=4,4 см/с. При этом коэффициент потерь электродного металла принимался для обеих электродных проволок ψ_П=0,05.

Путем опытов с дугой постоянного тока прямого действия обратной полярности установили, что для этого необходимы токи дуг соответственно для проволоки Нп-20X14 I_C1=120 А и для проволоки Нп-Г13А I_C2=110А. Поэтому средние значения токов импульсов дуг косвенного действия за период цикла дуги прямого действия должны быть равны полученным значениям дуги прямого действия.

Длительность импульсов тока прямоугольной формы для каждой из дуг косвенного действия будет равна длительности протекания малого тока дуги косвенного действия и составлять t_К1=t_К2=t_МП=0,01 с.

С помощью формулы (2) определяем значение тока импульса дуги косвенного действия I_1Кc проволоки Нп-20Х14

I_1К=I_1С⋅2t_Ц/t_2К=120⋅2⋅0,02/0,01=480 A.

Аналогично определяем значение для проволоки Нп-Г13А

I_2К=I_2С⋅2t_Ц/t_2К=110⋅2⋅0,02/0,01=440 А.

Рассчитывали содержание химических элементов в наплавленном металле и шве. Так как площади наплавленного металла от каждой электродной проволоки равны, то равны и производительности наплавки и содержание любого элемента будет равно полусумме его содержания в каждой из проволок. Содержание элементов в шве при известном содержании в наплавленном металле рассчитывали по формуле (3) при ψ_О=0,67. Результаты расчетов в % приведены в таблице 2.

Подбирая различные проволоки и режимы горения дуг косвенного действия, можно получить практически любой требуемый химический состав наплавленного металла и шва.

При расположении осей столбов дуг прямого и косвенного действия под углом друг к другу согласно закону Ампера сила взаимного влияния дуг будет пропорциональна произведению токов этих дуг.

В период протекания большего из токов дуг косвенного действия сила взаимодействия столбов дуг пропорциональна произведению токов

F₁=k⋅480⋅50=k⋅24000 А²,

где k - коэффициент пропорциональности, одинаковый для любых токов.

При сварке по известному способу ток дуги прямого действия составлял бы 175 А, а токи дуг косвенного действия уменьшаются в 2 раза

F₂=k⋅240⋅175=k⋅42000A².

Последнее произведение в 1,75 раза превышает максимальное из двух произведений по предлагаемому способу.

Способ может быть реализован с помощью выпускаемых промышленностью полуавтоматов и автоматов для механизированной и автоматической сварки в инертных газах с подачей присадочной проволоки совместно с используемыми сварочными источниками питания. Такие установки нужно дополнить устройствами для коммутации токов от положительных полюсов источников питания постоянного тока с соответствующей электронной схемой управления. Последнее не представляет проблемы для современного уровня развития электронной и микропроцессорной техники. Поэтому способ обладает промышленной применимостью.

1. Способ механизированной наплавки слоев металла комбинацией дуг прямого и косвенного действия в среде инертного газа, включающий подключение неплавящегося электрода к отрицательному полюсу первого сварочного источника питания, а изделия - к его положительному полюсу, и зажигание между упомянутым электродом и изделием дуги прямого действия, при этом в дугу прямого действия непрерывно подают первый плавящийся электрод, который подключают к положительному полюсу второго источника питания, отрицательный полюс которого подключают к неплавящемуся электроду, и зажигают дугу косвенного действия между неплавящимся и плавящимся электродами, отличающийся тем, что в дугу прямого действия непрерывно подают второй плавящийся электрод другого химического состава, подключенный к положительному полюсу второго источника питания, при этом обеспечивают непрерывное горение дуги прямого действия в пульсирующем режиме с подачей импульсов тока большей или меньшей величины и периодическое поочередное зажигание и гашение упомянутых дуг косвенного действия, причем во время подачи импульса большего тока дуги прямого действия дугу косвенного действия гасят, а в период подачи импульса меньшего тока дуги прямого действия зажигают одну из дуг косвенного действия, при этом длительность импульса большего тока дуги прямого действия устанавливают в пределах 0,2…0,5 по отношению к суммарной длительности обоих импульсов протекания тока, а минимальное среднее значение меньшего тока импульса дуги прямого действия выбирают из условия обеспечения ее устойчивого горения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что среднюю величину тока дуг косвенного действия определяют по формуле

,

где d_Э - диаметр плавящегося электрода, см;

V_Э - скорость расплавления электрода, см/с;

ρ - плотность плавящегося электрода, г/см³;

α_P - коэффициент расплавления плавящегося электрода при сварке дугой прямого действия на обратной полярности при токе I_СК.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что токи обеих дуг косвенного действия выбирают равными.