Способ дуговой сварки плавлением

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (»>946845 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.01.81 (21) 3237571/25-27 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (5I) М. Кл.з

В 23 К 9/16

Гаеударствеииый комитет (53) УД К 621 . .791. .754 (088.8) Опубликовано 30.07.82. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 05.08.82 вв делам иэооретеиий и открытий (72) Авторы изобретения

Ю. С. Ищенко, В. А. Букаров, Л. М. Маркелов, Т. А. Дорина и В..Г. Лошакова (54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Изобретение относится к способу дуговой сварки плавлением, преимущественно неплавящимся электродом в среде защитных газов, ответственных конструкций из различных металлов, и может найти применение в судостроении, авиа-ракетостроении, энергетической и других отраслях промышленности.

Известен способ дуговой сварки в среде защитных газов неплавящимся электродом, при котором после окончания сварки производят принудительное натягивание расплавленного металла металлическим стержнем с более высокой, чем свариваемый металл, температурой плавления.

Данный сяособ позволяет избежать кратера при достаточно больших объемах сварочных ванн, когда время натягивания жидкого металла соизмеримо с временем существования ванны (1).

В большинстве случаев ванна имеет небольшой объем и ее время существования измеряется долями секунд, что значительно осложняет операцию механического вытягивания расплавленного металла. Кроме того, при введении стержня в ванну возможно попадание в нее грязи и нерасплавляемых частиц, что приводит к ухудшению качества сварных швов.

Известен способ импульсно-дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов, при котором процесс заканчивают при постоянном уменьшении во времени длительности импульсов и неизменной длительности паузы (2).

Недостатки данного способа заключаютtp ся в том, что его можно осуществлять только при импульсной сварке.

Сложно синхронизировать момент начала заварки кратера с протеканием импульса тока. Возможно совпадение начала заварки с паузой, и тогда в шве возникнет кратер. Кроме того, для реализации способа необходим сложный блок программного изменения длительности импульса.

Наиболее близким к предлагаемому является способ дуговой сварки неплавящимzp ся электродом в среде защитных газов, в частности стыков труб, при котором на конечном участке кольцевого шва плавно увеличивают скорость и снижают по прямолинейному закону ток сварки (3J.

Недосгатками известного способа являются сложность настройки программ скорости сварки и времени спада тока, так как незначительная несинхронность изменения обоих параметров вызовет уход дуги с ванны и появление кратера на шве; при длитель5 ных многократных повторениях указанных операций, например сварке кольцевых швов большой партии, возникают рассогласования в изменениях тока и скорости сварки изза нарушения работы электросхемы, а это»p в свою очередь, как показывает опыт, приводит к появлению кратера и росту брака при сварке.

Кроме того, для реализации способа необходимы блоки программного изменения тока и скорости сварки.

»5

Цель изобретения — повышение качества сварного шва путем устранения сбразования кратера при окончании процесса сварки.

Причем время тепловой инерционности ванны определяют из условия к» („= — „— — „»-» (Кг у . + Кз) св;-»

55 к; — — — — 1п св»

Ч . + »св»

Поставленная цель достигается тем, что в способе дуговой сварки плавлением, при котором сварку выполняют на оптимальном режиме, а при окончании процесса изменяют ток и скорость сварки, в момент окончания процесса номинальный ток скачкообразно уменьшают на 30 — -40% с одновременным мгновенным снижением скорости сварки до нуля, вь»держивак?т указанный режим в течение времени, не превышающем время тепловой инерционности зо ванны, полученной на оптимальном режиме, а по истечении этого времени скачком увел ичива»от скорость сварки до величины, соответствующей 40 — 50% от номинальной скорости сварки, выдерживают ее в течение времени тпер — о8 1- Vc?»p где B p ширина шва при оптймальном режиме, Vcepскорость сварки, а затем скачком уменыпают ток и скорость сварки до нуля.

При сварке соединений с удельной погонной энергией более 40000 Вт»см в момент окончания процесса измене?»ие режима осуществляют в несколько этапов до момента уменьшения тока и скорости сварки до нуля, при этом для каждого псследующего этапа берут в качестве оптимального режима значения предыдущего этапа, 45 а поэтапное изменение режима осуществляют до значений тока, удовлетворяющих условию - (50 — 80 Л/см, где Ь вЂ” — толщина стенки свариваемого металла. где .q-,,; Vc.в;,, q;; Vc»?; эффективная мощность дуги и скорость сварки на предыдущем и последующем этапах соответственно; К», К2, К вЂ” коэффициенты, учитывающие скорость кристаллизации металла, х и у — эмпирические коэффициенты, зависящие от теплофизических свойств металла.

На фиг. 1 показана циклограмма процесса; на фиг. 2 — циклограмма многоступенчатого процесса; на фиг. 3 — — форма поверхности шва при окончании сварки: на фиг. 4 — форма поверхности шва при многоступенчатом окончании сварки.

На чертежах обозначены формы 1 сварочной ванны, получаемая при сварке на оптимальном предыдущем режиме; форма

2,3 ванны по истечении времени тепловой инерционности ванны и при последующем движении дуги соответственно; сварной шов

4, получаемый при сварке на оптимальном предыду»цем режиме, форма 5 заваренного кратера, сварной шов 6 при сварке на режиме последующего (предыдущего) этапа, форма 7 ванны на последующем (после

2-х кратного повторения изменений тока и скорости сварки) этапе по истечении соответствующего времени тепловой инерционности ванны.

Буквами обозначены J p, Vcz,— — ток и скорость сварки на оптимальном режиме; Л„

Vc»»; — — ток и скоРость сваРки на носе»едУюшем этапе; t — время течения процесса окончания сварки, t — — время тепловой инерционности ванны; tneð время, в течение которого выдерживают режим на последующем

?ти» t»»ep» ° ?ти ° t»»e»z — указа»»ные времена соо»ветственно на первом и вторых этапах изменения тока и скорости

cB3pKH J», Л2), Vc?» Vc»»2 — аналог?»ч?»о для тока и скорости сварки, Вр, В; — ширина шва на оптимальном (предыдущем) и на последующем этапах сварки.

Способ дуговой сварки плавлением осуществляют следующим образом.

Дуговую сварку плавлением соединения ведут на оптимальном режиме, т. е. при значениях тока 7р и скорости сварки (фиг. 1)

Vcz .. Ванна 1 имеет большой объем и форму (фиг. 3). В момент окончания процесса сварки ток 7р скачкообразно уменьшают на 30 — 40% (Л; ) с одновременным мгновенным снижением скорости сварки до нуля.

Вследствие уменьшения вводимой в изделие энергии объем ванны 1 изменяется, т. е. часть расплавленного металла закристаллизовывается. По истечении некоторого времени ванна 2 приобретает квазистационарные размеры. Время с момента скачкообразного изменения тока и мгновенного снижения скорости сварки до нуля до момента установления квазистационарных размеров ванны 2 названо временем тепловой инерционности ванны (тти ). По истечении вре946845

5 мени tT„ñêà÷êîì увеличивают скорость сварки Vcr, .до значения, соответствующего 40—

50 /о от номинальной скорости. Значения

3i = (0,3 — 0.,4) Jo и Vcs; = (0,4 — 0,5)Ъср обусловлены обеспечением объема ванны, при котором не образуется кратер даже при обрыве дуги. Указанные значения 3; и V получены опытным путем на различных металлах (стали, титановые сплавы) при широком изменении удельной погонной энергии

Ч

Ч в 6

Разброс значений Э! и Ъ в; обусловлен непостоянством условий теплоотвода (материалом и его размерами). Меньшие значения 3; и Vcq; соответствуют более худшим условиям теплоотвода, например, для титанового сплава и малых толщин (6 = !в

2 мм). При перемещении дуги объем ванны

2 уменьшается (ванна 3) по мере выхода ее за размеры ванны 1. Значение тока 7; и скорости Ъ в; вьуерживают в течение времени t пее, > с0,в - с)ч, т. е. до тех по р, пока ванна 3 не выйдет за пределы ванны I.

10з — 6.10 Вт/см

l5

Экспериментально установлено, что сварка на Режиме 3; и Ъ;в; вызывает РавномеР- 25 ное уменьшение объема ванны 3 вплоть до ее полного исчезнованния. Таким образом, происходит клинообразное образование формы шва при заварке кратера 5. При исчезновении ванны или ее незначительных объемах скачком уменьшают ток и скорость сварки, т. е. заканчивают сварку. При подобном окончании процесса сварки кратеры отсутствуют. При сварке соединений с удельной погонной энергией более 4.10 Вт/смг ванна 1 имеет значительный объем и одно35 кратное уменьшение 3О. 3с.до значений 1; может привести к появлению кратера. В этом случае изменение режима осуществляют в несколько этапов. При этом на каждом последующем этапе ток предыдущего этапа уменьшают на 30 — 40 /o с одновременным 40 мгновенным снижением скорости сварки до нуля, выдерживают указанные режимы в течение времени tTH, „, полученных на режимах предыдущйх этапов (фиг. 2), а по истечении его увеличивают скачком скорость сварки до 0,4 — 0,5 Чсв„„âûäåðæèâàþò ее в течение t — — — — — = - — — —, а затем

<0,8-1,0)Чсв -1 скачком уменьшают ток и скорость сварки до нуля. Поэтапное изменение режима осуществляют до значений тока, удовлетворяющих условию + (50 — 80 А/см. При ука- 50 занных токах объем ванны незначителен с периодически повторяющимся ее исчезновением. Значения 50 — 80 А/см получены опытным путем при сварке стальных титановых пластин толщиной от 1 до 6 мм. При указанной последовательности операций ванны 1 переходит в ванны 2 и 3, которые образуют шов 6, а затем в ванну 7 (фиг. 4).

Качество заварки шва во многом зависит от правильного выбора времени

На основе многочисленных экспериментов связанных с определением объема ваг путем взвешивания, были получены след щие зависимости.

Для стали г — (0

Ч,в; Ч„,- V„,, 2 х и (0.3 — — = — + 1) ); для титанового сплава г,5

t „= — (! п (0,24 — - -,+ 2) — — - х

Ч„Ч„, Vcj...

" и (0,24 —, + 2) )

Чсв;-

Предварительно 1ти рассчитывают и задают с помощью реле времени. Аналогично осуществляют операцию с t<, Оример. Способ осуществлен при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом пластин из стали 12X18H IOT размером

200 Х 100 Х 3 мм. Процесс окончания сварки проводят на макете устройства для заварки кратера.

Режим сварки: 1о — — 100 А; Vcqо — — 0,22 см/с; длина дуги 1,5 мм; напряжение дуги 8,3 В.

При сварке на указанном режиме объем ванны составляет Х О вЂ” — 0,0214 см, а ширина шва Вв — — 0.5 см. В моменте окончания сварки скачком с помощью контактора уменьшают ток до 70А, что составляет

36 /р от номинального тока. Одновременно мгновенно прекращают перемещение дуги

Время тепловой инерционности ванны, рассчитанное по формуле (О 7 83 1!О) ти г

ОЛ2 !п(0 3 (07 8 3 70! +1)1

0,22 0,22 составляет 0,59 с. По истечении этого времени скачком увеличивали скорость сварки до Vcq; = 0,1 см/с, т. е. на 45 /о от номинальной. Время перемещения на режиме 1 = 70 А, Vcgj = 0,1 см/с рассчитывают по формуле t = — = 5,5 с.

os

" Р 0,9- О,!

Дугу перемещают в течение 4 с, а затем.ее резко обрывают и прекращают перемещение

При этом шов на конечном участке имеет клинообразную форму длиной 4 мм. Кратер на шве отсутствует.

946845

Предлагаемый способ дуговой сварки плавлением обеспечивает качественную заварку кратера при сварке любых соединений. Для его осугцествления необходимо простое устройство, состоящее из реле и контактора. 5

Стоимость этого устройства на 50 /o меньше стоимости узла заварки на тиристорных источниках сварочного тока.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, может быть выполнено непосредственно в аппаратуре управления сварочным

10 автоматом. При этом в источнике питания никаких устройств для заварки не требуется что повышает надежность его работы и снижает стоимость.

l5

Формула изобретения

1. Способ дуговой сварки плавлением, при котором сварку выполняют на оптимальном режиме, а в момент окончания процес20 са изменяют ток и скорость сварки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного шва путем устранения образования кратера, в момент окончания процесса ток скачкообразно уменьшают на

30 — 40% с одновременным мгновенным сНН жением скорости сварки до нуля, выдерживают указанный режим в течение времени, не превышающем время тепловой инерционности ванны, полученной на оптимальном режиме, а по истечении этого времени зо скачком у.величивают скорость сварки до величины, соответствующей 40- 50% от номинальной скорости сварки выдерживают ее в течение времени tgep > — — 08 — —, в, Ъ

08 — 1 0 ) где В о — ширина шва при оптимальном ре35 жиме, V q — оптимальная скорость свар0 ки, а затем скачком уменьшают ток и скорость сварки до нуля.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сварке соединений с удельной погонной энергией более 40000 Вт/см в момент окончания процесса изменения режима осуществляют в несколько этапов до момента уменьшения тока и скорости сварки до нуля, при этом для каждого последующего этапа берут в качестве оптимального режим предыдущего этапа, а поэтапное изменение режима осуществляют до значений тока, удовлетворяющих условию — х — (50—

"J

80 А/см, где 6 — — толщина стенки свариваемого металла.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время тепловой инерционности ванны определяют из условия л

С.Ь, 2 ъ„à — — "Л вЂ” !п (К2 --+ К), з»

1 с ; где q;,, %в;,, q; V<>; — эффективная мощность дуги и скорость сварки на предыдущем и последующем этапах соответственно К,, К>, Кз — коэффициенты, учитывающие скорость кристаллизации металла;

Х, Y — — эмпирические коэффициенты, зависящие от теплофизических cBGAcTB металла.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 282553, кл. В 23 К 9/!6, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 304079, кл. В 23 К 9/16, 1970.

3. Рощин В. В. Пористость при автоматической сварке стыков труб из стали 1Х2М.—

В сб.: «Сварочное производство», вып. 6(3), M., НИКИМТ, 1979, с. 40 (прототип).

Yeso

Составитель В. Неровный

Редактор А. Фролова Техред А. Бойкас Корректор М. Шароши

Заказ 5422/22 Тираж l153 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4