Способ электродуговой обработки

 

Ь СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ОБРАБОТКИ, преимущественно изделий, имеющих форму тел вращения, при котором обрабатываемое изделие располагают внутри кольцевого неплавящегося электрода соосно ему и дугу возбуж". дают между электродом и изделием, отличающийся тем, что, с целью равномерного разогрева по всему периметру обрабатываемого участка изделия без использования внешнего магнитного поля, масти изделия, не .подлежащие дуговой обработке, защищают изолированными жаропрочными экранами, дугу возбуждают в режиме падающего участка вольтамперной характеристики дуги и ведут процесс в вакууме при давлении ниже 10"^ мм рт„ ст»2. Способ по По 1,отличающ и и с я тем, что, с целью уменьшения эрозии изделия и повышения эффективности процесса, дуговую обработку ведут на прямой полярностио

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО ЦИАЛ И СТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (l 9) (t i j (st)s В 23 K 9/167

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 2186489/27 . (22) 31. 10. 75 (46) 30.10.92, Бюл. 1 40 (11) Институт электроники AII Узбекской CCP (72) У.А.Арифов, П.У.Арифов, И.Х,Эстерлис, I) ° B*Õoðîøõèí В,Н,Аpyстамов (53) 621.791, 754 (088..8) (56) Хренов К.К. Сварка, резка и пай-,, ка маталлов. И., Машиностроением, 1913, Патон Б,Е,, Кубасов В,H. Эксперимент по сварке металлов в космосе, "Автоматическая сварка", 1970, Н 5.

Авторское свидетельство СССР

N 166981, кл. В 23 I< 9/00, 1958, (54) (57) 1. СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ

ОБРАБОТКИ, преимущественно изделий, имеющих форму тел вращения, при котоИзобретение относится к дуговой обработке, в частности к нагреву, резке и сварке в вакууме изделий, имеющих форму тел вращения, например труб.

Известны способы дуговой обработки дугой прямого действия, когда в цепь сварочной дуги включено обрабатываемое изделие, и дугой косвенного действия, когда изделие не включено в электрическую цепь сварочной дуги, горяц ей между электродами, Недостатком косвенного разогрева является низкий эффективный КПЛ, а прямого разогрева — сильная эро; ия изделия под действием неподвижной ром обрабатываемое изделие располагают внутри кольцевого неплавяцегося электрода соосно ему и дугу возбуж . дают между электродом и изделием, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью равномерного разогрева по всему периметру обрабатываемого участка изделия без йспользования внешнего магнитного поля, части изделия, не подлежащие дуговой обработке, защицают изолированными жаропрочными экранами, дугу возбуждают в режиме падающего участка вольтамперной характеристики дуги и ведут процесс в вакууме при давлении ниже 10 мм рт. ст.

2. Способ по и., о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьше- 3 ния эрозии изделия и повышения эффективности процесса, дуговую обработку ведут на прямой полярности. дуги, что недопустимо при решении многих технологических задач. С

Для уменьшения эрозии дугу пере- (Л мещают по изделию движением электро- ОО дов, внешним магнитным полем или вращающимся рабочим телом (газом или жидкостью) . Эти способы требуют примене" ния дополнительного часто весьма громоздкого оборудования и поэтому не всегда приемлемы„

Известен способ дуговой сварки в вакууме, исследованный в космосе на установке "Вулкан", для которого характерно непрерывное хаотическое движение дуги вдоль свариваемого изде" лия. В процессе сварки пои таком спо592058

code s силу непрерывного изменения условий локализации а:тивные пятна ,дуги непрерывно и беспорядочно пере. мещаются на поверхности капель и ван- 5 ны. Процесс сварки при этом неустойчив и не позволяет получить доброкачественный шов, Наиболее близким по технической суцности и достигаемому эффекту к описываемому изобретению является способ автоматической сварки неподвижных изделий с замкнутой линией шва.

По этому способу дуга возбуждается между свариваемыми изделиями и вспомо45 гательным неподвинным неплавящимся электродом, охватывающим изделия.

Равномерный разогрев кромок изделий достигается перемещением дуги, включая ее анодные и катодные пятна, не* 2О подвижным магнитным полем, создаваемым. в зоне перемещенйя дуги, Недостатком укаэанного способа является применение сильного магнитного поля, создаваемого громоздкой 25 электромагнитной катушкой, охватываюцей по периметру иэделие и вспомогательный электрод. При проведении процесса в вакууме катушка служит источником выделения газов и органи- 3(j ческих примесей,что ухудшает вакуум.

При разогреве изделия, имеющего большую протяженность или являющегося частью сложной конструкции, возникают трудности с установкой такой катушки, в нужном месте. Кроме того, применение известного способа в вакууме не исключает переброса дуги на части изделия, не подлежащие интенсивному нагреву, и на детали, подводящие ток к электро-4О дам, так как магнитное поле обеспечивает лишь вращение дуги по периметру иэделия и не препятствует характерному для вакуумной дуги непрерывному хаотическому движению вдоль изделия. 45

Цель изобретения — обеспечение

Равномерного разогрева по всему периметру обрабатываемого участка изделия беэ использования внешнего магнитного поляс

Это достигается тем, что по предла50 гаемому способу электродуговой обработки, преимущественно изделий, имею" щих форму тел вращения, части детали, не подлежацие дуговой оЬработке, защищают изолированнь|ми жаропрочными экранами, дугу возбуждают в режиме пэдаюцего участка вольтамперной ха» рактеристики и ведут процесс в вакууме при давлении ниже 10 мм рт,ст,, Для уменьыения эрозии изделия и повышения эффективности процесса дуговую оЬраЬотку ведут на прямой полярности.

Опорные пятна дугового разряда низкого давления, включая чисто вакуумную дугу, оЬладают свойством непрерывно хаотически. перемещаться по поверхности электродов, Это обычно нежелательное свойство дуги низкого давления используется в предлагаемом спосоЬе для достижения положительного эффекта - перемещения дуги по периметру изделия без применения внешнего магнитного поля.

Бсли возбудить дугу в режиме падающего участка вольтамперной характеристики между изделием, имеющим форму тела вращения и охватывающим его по периметру вспомагательным неплавящимся электродом, внутренняя поверхность которого представляет соЬой поверхность врацения, соосную с изделием, (например цилиндрическую или коническую), то опорные пятна дуги совершают направленное перемещение по периметру изделия и вспомагательного электрода, равномерно разогревая обрабатываемый участок изделия.

Экранирование частей изделия, расположенных рядом с обрабатываемым участком, и токоподводящих деталей необходимо для исключения переЬроса на них опорных пятен дуги и позволяет использовать большую часть выделяемой в дуге энергии на нагрев обрабатываемого участка ..

При ведении дуговой обраЬотки на прямой полярности (электрод-катод, изделие-анод) .дуга горит в диффузном режиме, характеризуемом отсутствием на аноде-изделии ярко выраженных анодных пятен„ При этом электрод Ьомбардируется ионами, а изделие - электронами, в результате чего, хотя обц|ее количество выделяюцейся на изделии энергии больше, чем на электроде, но эрозия изделия значительно меньше.

В качестве вспомагательного электрода может быть использовано кольцо из тугоплавкого металла,. например вольфрама или молиЬдена, С целью получения прочного и герметичного шва при сварке после разогрева кромок изделий дугой производят осадку свариваемого стыка„ Осадка позволяет уменьшить температуру нагрева стыка, непровар и прожоги.

5 g920

Изготавливая снариваемые кромки с отбортовкой, можно получить шов хорошего качества без осадки

Способ поясняется чертежом

Изделие 1,меет форму тела вращения, участок 2 которого необходимо разогреть до высокой температуры,, Этот участок охватывается по периметру неплавящимся электродом 3, внутренняя 10 поверхность 4 которого представляет собой поверхность врацения, а оси изделия 1 и отверстия электрода совмещают,, Токоподводящие детали 5 и части изделия, расположенные рядом с обраба"15 тываемым участком 2, зацищают изолированными от электрической цепи наропрочными экранами 6. Затем к изделию

1 и электроду 3 подводят ток, после чего при давлении среды ниже 10 мм рт. ст,, между ниии возбуждают устойчивый дуговой разряд, поддерживая его горение в режиме падающего участка вольтамперной характеристики,, При этом опорные пятна дуги, с большой скоростьк перемец аясь по периметру изделия и электрода, равномерно разогревают расположенный внутри электрода участок 2 изделия= Увеличивая ток разряда или время воздсйствия дуги на изделие„ добиваются равномерного оплавления обрабатываемого участка. Дальнейшее увеличение тока дуги или времени воздействия на изделие приводит к резке изделия на этом участке. 35

При сварке вспомогательным электродом 3 охватывают стык 2 свариваемых изделий 1, после чего проводят описанные операции...Если свариваемые кромки изготовлены с отбортовкой, то в про- 4О цессе обработки они равномерно проплавляются. Нов без дефектов получают подбором размеров отбортовки и величины тока дуги, Если кромки изделий не отбортованы, 5 то процесс сварки заканчивают механической осадкой свариваемого стыка устройством, не показанным на чертеже.

Пример 1.- В вакуумной камере при давлении 10 мм рт:, ст . разогре- 5О вался участок трубы из молибдена с наружным диаметром 16 мм, Ток дуги составлял 320 А, напряжение горения дуги - 35 В, напряжение источника

110 В. Через 10 сек после начала разогрева температура нагреваемого участка достигала 2100 С, стенки трубы при этом практически не подвергались эрозии Затем ток увеличивали до

360,,,то вызвало равномерное плавление трубы по периметру Увеличение тока до 400 А привело к резке трубы на участке разогрева, Пример 2, Применение предлагаемого способа позволило сравнительно небольшим током (200-400 А) разогревать тигли из вольфрама и молибдена объемом 5-8 см ь до температуры, ограничиваемой лишь точкой плавления материала тигля, При этом значительно (на 1-2 порядка) увеличились скорости испарения из тигля различных материа" лов пс сравнению с их значением для устройств, используемых в современной электронной промышленности, Пример 3„ Проводилась сварка незапитанных трубопроводов малых диаметров из нержавеющей стали Х18Н9Т и титанового сплава ВТ-1 в вакууме з

10 мм рт . ст. Для труб с наружным диаметром 10 мм ток дуги составлял

120 А при напряжении горения дуги 30 В, напряжении источника 110 В. Время горения дуги при сварке с осадкой / сек, а при сварке плавлением с применением отбортовки кромок - 10 сек. Получены прочные герметичные швы„

Использование г.редлагаемого спосо" ба электродуговой обработки изделий, имеющих форму тела вращения обеспечивает по сравнению с известными способами значительное повышение КПД разогрева за с,ет применения такого интенсивного и экономичного источника тока, как вакуумная дуга; возможность осуществлять B вакууме равномерный по периметру разогрев определенного участка изделия, сплавпение этого участка, резку изделий на этом участке, а также сварку неповоротных стыков изделия без применения перемещающих дугу устройств и внешних магнитных полей простоту конструктивного выполнения,, Проведение операции в вакууме поз" воляет исключить взаимодействие материала разогреваемого изделия с окружаюц ей средой.

Отсутствие дополнительных деталей, служащих источником выделения газов и примесей, делают возможным использование предлагаемого способа для разогрева изделия в таких отраслях промышленности, где требуется повышенная чистота материалов, например в электронной промышленности.

Описываемый способ позволяет осуществлять технологические операции

5920Я и в условиях космического пространства. в вакууме как в земных условиях, так

С оста ви тел ь

Техред И.Моргентал

Корректор О.f:ðàâöîâà

Пооиэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

Редактор Е. Гиринская о»»»»»

Заказ 45/4

ВНИИПИ Государственного

113035, Тираж Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5