Способ дуговой сварки

 

(72) Авторы изобретения

Ф.E,Äîðîøåíêî, В.В.Фролов и Г.Г.Чернышов

Специальное конструкторское бюро гидротехнических стальных конструкций и механизмов Иосгидросталь (54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ

Изобретение относится к сварке металлических толстолистовых крупногабаритных конструкций, свариваемых в различных пространственных положениях, в частности к сварке неповоротных кольцевых стыков трубоПроводов диаметром в несколько метров или меридиональных стыков сферичес" ких резервуаров, свариваемых в. неповоротном положении.

В настоящее время для сварки таких конструкций применяют дуговую сварку с принудительным формированием шва медным охлаждаемым ползуном, перемещающимся по мере заполнения разделки вместе со сварочным . автоматом (1) .

Однако этот способ позволяет сваривать за один проход толщины не более 10-12 мм, что ограничивает его использование.

Другие известные способы одно-. проходной сварки со свободным формированием шва, при которых сва >ку ведут с возвратно-поступательными перемещениями сварочного электрода от корня шва к вершине под постоянным в поделан 30-90 углом к поверхности свариваемых деталей (2g или со сложными колебаниями электро. да pj Эти способы обладают сравнительно невысокой производитель- ностью, которая определяется условиями формирования сварочной ванны в различных пространственных поло" жениях, ограничивающими силу сварочного тока величинами до 150-200А.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому изобретению является способ дуговой сварки с принудительным формированием шва, при котором на сварочную ванну вбэдействуют поперечным магнитным полем. В этом способе осуществляют взаимодействие силы тяжести расплава ванны с кондеромоторными силами, создаваемыми постоянным поперечным магнитным полем и сварочным током, проходящим по расплаву за счет скольжения вслед эа сварочной ванной токоподвода сварочной цепи, обеспечивающего постоянство величины направления тока в сварочной ванне I4) .

Для удержания ванны при сварке стали толщиной более 10-15 мм за один проход, учитывая значительную ее массу, требуется высокая напряженность поперечного магнитного по647075 ф .ля, ухудшающая устойчивость горения J — вектор тока;. дуги. грЭ3 - градиент магнитной индукции;

Цель изобретения — увеличение Ю 9- полярности электродов; производительности процесса сварки, V - направление сварки. выполняемой за один прохоД в нижнем Две электродные проволоки 1, вклюи потолочном напряжениях, путем ве- чаемые на разные полярности, подают дения процесса сварки двумя разнопо- 5 с определенной скоростью в зазор межлярными дугами. ду свариваемыми листами 2. Дуги 3

Это достигается тем, что предла- зажигают на специальном вкладыше 4, гаемыМ способом дуговой сварки с вставляемом в разделку кромок в меспринудительным формированием шва, те начала шва. За счет совместного при котором на сварочную ванну воз " р плавления электродов и свариваемых действуют поперечным магнитным по- кромок образуется сварочная ванна лем, дуги "располагают в продольной 5. Поперечное неоднородное магнитосевой плоскости стыка на расстоянии ное цоле в зоне сварочной ванны одна от другой, равном разности тол- создается П-образным электромагни. щины свариваемого изделия и радну- 5 том б. Топография магнитного поля сов дуг, при. этом используют неодно- в сварочной ванне определяется конроднае магнитное поле с градиентом струкцией электромагнита и свойствамагнитной индукции, увеличивающимся ми свариваемого металла. Если сварик корню шва, а величину градиента вы- ваемый металл обладает ферромагнитбирают пропорциональной удельному ными. свойствами, то топография маг-. весу сварочной ванны, а для повыше- нитного поля в свариваемом зазоре ния устойчивости процесса сварки при — и сварочной ванне зависит от геомет возникновенйи случайных возмущений . Рии разделок кромок, которые в, этом

- градиент магнитной индукции у поверх- случае являются полюсами электромагности сварочной ванны в направлении нйта, и формы изотермической поверхвектора скорости сварки устанавли- 5 ности с температурой точки Кюри. вают йоложйтельным. В этом случае требуемый градиеит

Включением двух дуг на разные магнитной индукции по глубине сва полярности обеспечивается направлен- рочной ванны получают выбором угла ное прохождение тока по жидкому ме- скоса кромок сварочного стыка при таллу, а накладываемое на него 80 условии Равномерного их оплавления. неоднородное поперечное магнитное Эависимость градиента магнитной инполе указанной формы и соответствую дукцйи от угла скоса кромок может щего направления создает неоднород- быть получена экспериментально. ное силовое поле, компенсирующее При сварке. стальных листов в нижгидростатическое давление сварочной. 35 йем положении требуемый градиент магванны,- что предотвращает вытекание нитной индукции достигается созданием в нижнем и потолочном йоложениях. угла скоса кромок 22-26 на лицевой

Необходимость соответствия. rpa- стороне стыка, а при сварке в потолоМдиента магнитной индукции удельному ном положении — созданием такого же весу жидкого металла определяется 40 угла скоса, но с обратной стороны формой эпюры гидростатического дав- стыка. ления, которая уравновешивается по- . При сварке неферромагнитных ма -:лем пондеромоторных сил соответствую- териалов топография;, магнитного по-. щей формы; - †:- . : - перечного поля задается конструкцией

Для компетйсации гидростатйческого 45 и расположением электромагнита отнодавления ванны тРебуется значитель- сительно сварочной ванны и от гео"но"меньшая сила, чем для удержания метрии разделки кромок не зависит. массы сварочной ванны при однопро- Сила тяжести сварочной ванны .ходной сварке металла одинаковой тол- удерживается механическими фбрмирующины. Это обстоятельство позволяет щими устройствами — скользящим охлажиспольэовать в опйсываемом способе даемым полэУном 7, формируюшиМ лице сварки значительно меньшую напряжен- вую поверхность шва, и подкладкой 8 ность поперечного магнитного ноля и :обратную поверхность шва. значительно большую силу сварочного Для обеспечейия стабильного форми.тока, что увеличивает критическую мас- рования сварочной ванны, устойчивосу сварочной ванны и пр. изводитель- 5,го против случайного нарушения ее ность процесса . равновесия, используют поперечное магНа фиг. 1 представлена схема спо" нитное поЛе с возрастающей у поверсоба в нижнем положении; на фиг.2 - хности сварочной ванны магнитной

Разрез A-А фиг . 1; на фиг. 3 - в по- индукцией. В этом случае при нарушетолочном положении;на фиг.4 — разрез 60 HHH равновесия между формирующими си- °

Б-Б фиг. 3. лами и гидростатическим давлением

На фиг.1-4 приняты следующие услов- сварочной ванны жидкий металл начиные обозначения: нает перемещаться в сторону увели5 - толщина св арив аемого металла; чения магнитной индукции, что приво)7- вектор магнитной индукции; 65 дит к увеличению пондеромоторных

647075 формирующих сил и восстановлению равновесия сварочной ванны.

Указанная характеристика магнитного поля может быть обеспечена как конструкцией электромагнита, так и расположением его относительно сварочной ванны. 8

Для осуществления описанного способа сварки целесообразно использовать дуговую сварку в защитных газах или сварку порошкоными проволоками. Ю

Примером выполнения описанного способа является сварка двух стальных листов толщиной 30 мм в потолочном положении.

Сварка выполняется эа один проход 15 двумя порошковыми проволоками диаметром 4 мм, подключаемыми на разные полярности, с принудительным формированием шва (Фиг. 4) .

Формирование шва осуществляется скользящим охлаждаемым ползуном 7 с лицевой стороны стыка и подкладкой

8 или нторым ползуном - с обратной стороны стыка. две электродные проволоки подают в пространство, образованное формирующими устройствами и кромками сва. риваемых листов. Расстояние между электродами (дугами 3). устанавливают максимально возможным в пределах толщины свариваемого металла, но 30 так, чтобы исключить оплавление поверхности Формирующих устройств.

На практике расстояние между дугами можно определять по зависимости:

0= 5- 2r, 35 где 2 — расстояние между дугами; о — толщина свариваемого металла; г — радиус столба дуги.

При сварке стали толщиной 30 мм это расстояние равно 24-25 мм. 40

Учитывая, что в данном примере сваривается Ферромагнитный материал, принципиальное значение имеет форма изотермы околошовной зоны с температурой точки Кюри.

Для удержания сварочной ванны в потолочном положении необходимо, чтобы линии изотермы по обе стороны от шва были расположены под Углом 22-26, направленным вверх. о

Такое расположение изотерм дос" тигается установкой соответствующих напряжений на дугах: — на дуге, расположенной у лицевого Формирующего устройства — 3032 B,à на второй дуге - 35-36 В.По55 лучению требуемого угла между иэотермами с температурой точки Кюри способствует также соответствующая разделка кромок.

Сварка выполняется на режиме: скорость подачи проволоки 260280 м/ч; сварочный ток 800-900 А; напряжение на дугах 30-32 В и 35-36 В .. 65

Скорость сварки в данном случае определяется производительностью наплавки н является величиной, производной от скорости подачи электродов (н нашем примере 7-8 м/ч) .

В предлагаемом способе сварки к основным параметрам режима, кроме указанных; также относится магнитная индукция поперечного магнитногс поля, создаваемого электромагнитной приставкой.

Учитывая, что поперечное магнитное поле н зазоре стыка является неоднородным, в качестве отсчета принимается максимальная величина магнит;:ной индукции, определяемая при пере,мещении датчика по глубине разделки кромок.

В данном случае величина магнитной индукции должна составлять

200-250 Гс, а ее направление уста" . навливается по известному правилу левой руки таким образом, чтобы взаимодействие поля и тока в жидком металле создавало пондеромоторную силу, направленную к фронту кристал" лизации снарочной ванны.

Удержание сварочной ванны при ,этом, кроме механических Формирую щих устройств, обеспечивается благо" даря компенсации гндростатического давления жидкого металла эа счет создания соответствующего градиента магнитной индукции, увеличивающегося к корню шва.

Совместное использование механических устройств и электромагнитных сил для Формирования шва позволяет значительно увеличить критическую массу сварочной ванны, удерживаемой в различных пространственных положениях, а это йоэволяет увеличить критическую величину сварочного тока и производительность процесса н целом. Так, например, известные спо" собы сварки обеспечивают ФормироваI ние шва в потолочном положении на токах до 150-200 A.

При этом производительность нап- . лавки составляет до 4 кг/ч .

Предлагаемый способ сваркИ предусматривает выполнение процесса на токах до 800-1000 A и обеспечивает производительность наплавки более

30 кг/ч,,т.е. производительность процесса увеличивается в несколько раз.

Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает сварку толстолистового проката эа один проход за счет компенсации гидростатического давления жидкого металла, что способст" вует сокращению подготовительных и промежуточных операций (настройка аппаратуры, удаление шлака после каждого прохода и т.п.) .

Формула изобретения

1. Способ дуговой сваркй с принудительным Формированием шва, при

7075

Рог,!

Фиг. 4

Подписное

ЦНИИПИ Заказ 210/8 Тираж 1221

Филиал ППП Патент,г. Ужгород, ул. Проектная, 4.;.;Ф :" е с

Ф 7 64

Ф котором на сварочную ванну воздействуют поперечным магнитным полем, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности процесса сварки, выполняемой за один проход s нижнем и потолочном положениях, путем ведения процесса сварки двумя раэнополярными дугами, дуги располагают в продольной осевой плоскс .ти стыка на расстоянии одна от другой, равном разности толщины свариваемого иэделия и радиусов дуг, при этом используют неоднородное магнитное поле с градиентог магнитной индукции, увеличивающимся к корню шва, а величину градиента выбирают пропорциональной удельному весу сварочной ванны.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения устойчивости процесса сварки при возникновении случайных возмущений, градиент магнитной индукции у поверхности сварочной ванны в направлении вектора скорости сварки устанавливают положительным.

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лебедев B.Ф., Привалов Г.A.

Новое в сварке сферических резервуаров. — Монтажные и специальные

И3 работы в строительстве, 1974, 1Ф 8, с. 24.

2. Малышев Б.Д. и др. Автоматическая газозлектрическая сварка толсто-. листового металла.

3. Авторское свидетельство СССР

М 415114, кл. В 23 К 9/1б, 1971.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 336113, кл. В 23 К 9/08, 19б9.