Способ сварки магнитоуправляемой дугой

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09(5)5 В 23 К 9/08 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ПАТЕНТУ л. %19кий металлургический ин металлургический и,Таран, Сварка . М,: Машинос агнито оение етельство СССК 9/08, 1982.етельство СССК 9/08, 1980. РКИ МАГНИТОУПРАВЛЯ(54) СПОСОБ СВА ЕМОЙ ДУГОЙ (57) Использован ческая сварка ст ний. При подаче электродов с нало нитного поля элек довательно к од подают к изделию ду электродами в с расстоянием ме 6 ие: двухдуговая авто ыковых и других сое в сварочную ванну жением продольного троды подключают и ному источнику пита , причем расстояние зоне горения дуг свя жду электродами и из мати- динедвух маг- осления и межзано делиж л ос ле ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Ю.Г,Гаген и В.Дуправляемой дугой1970, с. 84, 33.Авторское свидМ 927433, кл, В 23Авторское свидМ 721268, кл. В 23 Изобретение относится к двухдуговой сварке стыковых и других соединений и моет быть использовано в различных отрасях промышленности,Цель изобретения - повышение производительности и качества сварного соединения путем управления размерами и формой сварочной ванны.При дуговой сварке ток дуги, протекая по жидкому металлу сварочной ванны, позволяет осуществлять на нее силовое возЯ 31817742 АЗ ем зависимостью Ьш Ьэ2(д = Кдо + (Оао + + Око) (Оад + Окд) Кдд, где Ьго - ширина шва при сварке одним электродом, мм, Ь, - расстояние между электродами, мм, 1 д - расстояние между электродом и изделием, или длина дуги, мм, Кдо - градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в основной защитной среде, В/мм; Кдд - градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В/мм. Оао, Око приэлектродное (днодное и катодное) падение напряжений дуги, горящей в основной защитной среде. В; Оад, Окд - приэлектродные (анодное и катодное) падение напряжений дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В. Защитную среду в зону между электродами подают со скоростью, превышающей скорость подачи ее в зону дуги в 2 - 20 раз, а векторы этих скоростей составляют в пространстве угол 0 - 90 о, магнитную индукцию (В) продольного магнитного поля устанавливают по зависимости ВК сов а, где К - коэффициент пропорциональности, а - угол между вектором скорости сварки и направлением сил гравитации. , б з.п, ф-лы, 11 ил 2 табл,действие за счет наложения внешнего магнитного поля. Однако из-за неконтролируемого растекания этого тока в ванне иновном металле трудно осуществить ценаправленное силовое воздействие на металл ванны.Для осуществления целенаправленного силового воздействия на металл ванны необходимо обеспечить в ней регламентированное распределение линий тока, Выполнить это условие можно, если использовать схему19 1817742 20 Таблица 3 Угол А Фо ми ование шваПропорцио- нальность Характер процесса ВВпп обратная0,085 Таблица 5 3 о,А МВпп Пропорциональность д,А Характер процесса Неустойчивый процесс 160 Значительно меньше Меньше 350 200 н Пропоррционально Больше 240 280 Значительно больше380 1 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 37 45 60 37 37 37 Э 7 37 45 45 45 45 45 10 30 45 60 70 Неудовлетворительное, появляются подреэыУдовлетворительноеХорошееУдовлетворительноеНеудовлетворительноеНеудовлетворительное, появляются подреэыУдовлетворительноеХорошееУдовлетворительноеНе овлетво ительное, появляются наплывы Неустойчивый процесс замыкания (+) электрода наизделиеПериодические замыкания электрода (+) на изделиеУстойчивый процесс Периодические замыкания электрода ( - ) на иэделиеНеустойчивый процесс замыкания электрода (-) наизделие Периодические замыкания электрода (+) на изделиеУстойчивый процесс, равномерное плавлениеэлектродовПериодические замыкания электрода ( в ) на иэделиеНеустойчивый процессПроизводственно-издательскиЙ комбинагПатент" з 1735ВНИИПИ 1 ираж арственного комитета 113035, Москва, Жо изобретения35. Раущскаяоднисное и открьпичм ори ГКНТ СС б 4/5 /ю он% ,в.,Нцн 1(31сварки двумя электродами, включив обе сварочные дуги последовательно в цепь одного источника питания, При этом линии тока в сварочной ванне будут, в основном, сконцентрированы в области между активными пятнами дуг, расположенными на поверхности ванны, Изменяя пространственное положение электродов (например, положение их относительно вектора скорости сварки) и направление магнитного потока, создаваемого искусственно в зоне горения дуг, можно управлять характером силового воздействия на металл сварочной ванны, При этом необходимо обеспечить условия невозможности перехода дугового разряда из промежутков между изделием и электродами в межэлектродное пространство, минуя изделие, Для этого устанавливают расстояние между электродами таким, что. бы с энергетической точки зрения дугам было бы целесообразней существовать только в промежутках между электродами и изделием, Выполнить это условие можно подавая различные защитные среды в межэлектродный промежуток и пространства между иэделием и электродами, или сдувая дугу в требуемую зону струей газа. Причем эти защитные среды могут быть созданы за счет подачи в активные эоны различных газов, флюсов и т,д.Учитывая, что условия горения обеих дуг и плавления электродов различны из-за того, что одна дуга горит при прямой полярности сварочного тока, а вторая - при обратной, обеспечить стабильное протекание процесса можно, подавая электроды в зоны горения дуг со скоростями, пропорци-. ональными коэффициентам расплавления соответствующей полярности или пропуская импульсы тока по электроду с меньшей скоростью плавления или производя сварку переменным током, При этом фаза и частота переменного магнитного потока должна быть согласована с фазой и частотой сварочного тока,На фиг,1 представлена схема разветвления линий тока в изделии при сварке одной дугой; на фиг.2 - схема возникновения сил, вращающих сварочную ванну; на фиг.З - схема разветвления линий тока в иэделии при сварке двумя дугами, подключенными к двум, включенным последовательно (со средней точкой) источниками; на фиг.4 - схема разветвления линий тока в изделии при сварке двумя последовательно включенными дугами, подключенными к одному источнику; на фиг,5 - схема перехода двух- дугового процесса в однодуговой; на фиг.б - схема возникновения двух отдельных сварочных ванн и двух швов; на фиг,7 - схема 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 подачи дополнительной защитной среды; на фиг.8 - схема подачи основной защитной среды с разными скоростями; на фиг,9 - схема сварки в различных пространственных положениях; на фиг.10 - схема сварки горизонтальных швов; на фиг.11 - схема поворота электродов вокруг оси симметрии.При горении одной неподвижной дуги, фиг,1 (поз,1) между электродом 2 и изделием 3 носители электричества проходят через электрод, дугу и разветвляются (поз.4) в изделии равномерно во все стороны. При наложении продольного, по отношении к дуге, магнитного поля Ф (поз.5) в соответствии с правилом левой руки на жидкую сварочную ванну, являющуюся проводником с током (поз.б, фиг,2) будут действовать силы Г (поз,7), вращающие металл ванны против хода часовой стрелки. Такой поток переноси тепло во все стороны равномерно формируя круглую сварочную ванну. Обеспечить на правленный перенос тепла в этом случаг весьма затруднительно,При сварке двумя электродами (фиг.З поз,2.8) от двух последовательно включенных источников (поз.9, 10) (что соответствует одному источнику со средней точкой) линии тока разветвляются аналогично случаю, приведенному на фиг,1, а продольное магнитное поле Ф (поз,.5) будет вращать металл ванны вокруг оси электрода (поз.2) против хода часовой стрелки, а вокруг оси электрода 8 по ходу часовой стрелки, Такие потоки будут переносить тепло от дуг (фиг.1,11) во все стороны равномерно, а движущиеся согласно в зоне между электродами потоки металла взаимодействовать между собой практически не будут, Следовательно обеспечить направленный перенос тепла, как и в случае использования одной дуги, весьма затруднительно.Для реализации целенаправленного силового воздействия на жидкий металл сварочной ванны необходимо обеспечить в ней ток определенного направления, Выполнить это условие можно, если использовать схему сварки двумя электродами, расположенными параллельно или под углом й друг к другу (фиг.5), включив обе сварочные дуги (фиг.4, поз. 1, 11) последовательно в цепь одного источника питания (поз.10).В этом случае электрический ток от положительного полюса источника питания (фиг.10) протекает через электрод (поз.2), дугу (поз.1), изделие (поз.З),вторую дугу (поз,11), электрод(поз.8) и к отрицательному полюсу источника (-). Между катодным пятном (поз,12), дуги (поз.1) и анодным пятном (поз,13) второй дуги (поз,11) ток протекает по жидкой сварочной ванне. по пути нэи(4) э оне сваркназовем еа, Ок, Кд),чим индекрасстоя нибыть: Если в з щитная среда метры дуги (О 0 средой обозна окажется, что ми Ьэ должноимеется одна зае основной, а парапределяемые этой ом Оао Око, Кдо томежду электрода+ О + Кд кц 1) +(О + О до+ Кд д =(Оа+ Ок+ Кд ктроумме нод- ения ие между э е или равно у суммы пр ения напр жения, В; жения, В; яжения в где ОаОк -рианодное падение напррикатодное падение напградиент падения напги, В/мм; стол меньшего сопротивления. Поэтому линии тока в сварочной ванне (поз.14) сгущаются в верхней ее части между электродами (поз,2,8). Магнитное поле Ф (поз.5) направленное вдоль дуг будет перпендикулярным линиям тока (поэ.14) в сварочной ванне, В соответствии с правилом левой рукина проводник с током (часть сварочной ванны заключенной между активными пятнами на ее поверхности) действует сила Е (поэ.15). Она создает поток жидкого, перегретого металла в направлении расплавляемой поверхности сварочной ванны. Благодаря этому тепло, накопленное сварочной ванной, более эффективно используется на плавление свариваемого изделия, увеличивается глубина проплавления, скорость сварки, уменьшается длина сварочной ванны, что позволяет резко увеличить производительность сварки, снизить расходы на электроэнергию. Интенсивное перемешивание сварочной ванны снижает вредное влияние ликвационных процессов снижает склонность к образованию горячих трещин, повышает качество сварных соединений.Расстояние между электродами определяет расстояние между активными пятнами на поверхности ванны, а это расстояние Ьэ (фиг,5) существенно влияет на концентрацию линий тока в верхней части ванны и на разветвление этих линий вглубь изделия, Причем с уменьшением расстояния между активными пятнами концентрация линий тока (плотность тока) в верхней части ванны увеличивается, а разветвление их вглубь изделия уменьшается, Это позволяет формировать поток именно с верхних, перегретых активными пятнами, слоев металла и интенсифицировать перенос тепла от дуг к поверхности плавления, С этих позиций расстояние между электродами должно быть как можно меньше, однако при достаточно малом расстоянии энергетические потери дуги горящей между электродами фиг,5 (поз,16), Ддз = Ьэ) могут оказаться меньше суммы потерь пер. вой дуги (поз.1) и второй дуги (поз,11), В этом случае в соответствии с принципом наименьшей работы дуги, горящие между электродами и изделием погаснут, а будет гореть дуга между электродами. Запишем равенство этих мощностей: Хд 1 гд 2 - длина дуг первой, второй, мм: Ьэ - длина дуги, горящей между электродами, мм,5 С целью упрощения примем, что и.точник питания стабилизирует ток независимо от того, горят две или одна дуга. Предположим, что длина дуг горящих между электро" дами и изделием одинакова. Это позволит 10 упростить выражение (1); 2(оа + Ок + Кд Д = Оа + Ок + Кд Ьэ (2) Если в системе будет соблюдено это равен ство, то возможно существование и двух иодной дуги. Предположим, что существует одна дуга, горящая между электродами (поз,16). Тогда исчезает прикатодное падение напряжения дуги 1 (поз.1) на поверхно сти сварочной ванны (поз.12) и прианодноепадение напряжения дуги 2 (поэ.11) на поверхности сварочной ванны(поз.13), а также ток в сварочной ванне (поэ.14). Дуга становится косвенной, изделие нагревается толь ко излучением дуги, а отсутствие тока вванне делает невозможным создание потоков металла. Следовательно, необходи о обеспечить стабильное существование 2-х дуг, горящих между электродами и издели ем. Для этого необходимо, чтобы энергетические потери одной дуги, горящей между электродами были равны или больше суммы энергетических потерь двух дуг, горящих между электродами и изделием, т.е. необхо димо условие: 2(оа + Ок + Кд Гд) 5 Оа + Ок + Кд Ьэ (3) Из этого неравенства можно оп ределить ве 40 личину расстояния между электродами, обеспечивающую устойчивость двухдугового процесса: Следовательно, расстоян дами должно быть больш длин двух дуг на величин ного и прикатодного пад(7) Ьш Ьэ Ьш Ьэ(8) 55 деленной на градиент падения напряжения в столбе дуги. Эта составляющая может быть довольно большой, что отрицательно влияет на формирование сварочного шва и воэможность управлять переносом тепла. Если расстояние между электродами окажется настолько большим, что от теплового воздействия каждой дуги будут формироваться две отдельные сварочные ванны фиг,6 (поз,17, 18) и два шва (поз.19, 20), то эффективность управления переносом тепла снижается, Поэтому расстояние между электродами должно быть меньше или равно ширине отдельного шва; где Ьш- ширина шва при сварке одной.дугой, мм.Следовательно, может возникнуть противоречие, когда по условию существования двухдугового процесса расстояние между электродами должно быть больше или равно ширине шва; Для устранения этого противоречия предлагается в зону между электродами (фиг,7, поз,21) вводить дополнительную защитную среду в виде газа или флюса, обеспечивающую увеличение прианодного (0 э), прикатодного (Ок) падения напряжения, а также градиента падения напряжения в столбе дуги (Кд) в сравнении с этими же параметрами основной среды. Обозначим параметры дополнительной среды индексом д, Тогда расстояние между электродами определится формулой: где 0 эд, 0 кд - прианодное, прикатодное падение напряжения дуги, горящей в дополнительной среде, В;Кдд - градиент падения напряжения встолбе дуги, горящей в дополнительной среде, В/мм.Как следует из формулы (8) расстояниемежду электродами уменьшается в случае,если прианодное, прикатодное падение напряжения и градиент падения напряженияв столбе дуги, горящей в дополнительнойсреде, превышает соответствующие параметры дуги, горящей в основной защитнойсреде,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Если отношение этих параметров дуги, горящей в дополнительной среде к этим же параметрам дуги, горящей в основной среде, меньше в 1,3 раза, то эффект от применения дополнительной среды крайне незначителен. Он недостаточен для получения общей сварочной ванны и управления процессом переноса тепла, При увеличении этого отношения выше 1,3 раза расстояние между электродами уменьшается, образуется общая сварочная ванна и появляется возможность формировать поток металла, стимулировать перенос тепла в требуемом направлении и таким образом управлять формой сварочной ванны, повысить производительность и улучшать качество сварного соединения. Если эти параметры выше, чем в 4 раза, то расстояние между электродами значительно уменьшается, т,к, уменьшается длина линий тока в сварочной ванне, расположенных перпендикулярно магнитному потоку, вследствие чего уменьшается воэможность формирования потока жидкости в сварочной ванне и возможность управлять формой ванны.Если это соотношение превышает 4, то величина перпендикулярных линий тока становится настолько малой, что управление формой ванны и качеством сварного соединения становится невозможным. Высокое качество сварных соединений обеспечивается при соблюдении соотношений свойств дополнительной и основной защитных сред в укаэанных пределах, Ситуация не изменится, если в зону сварки подавать защитную среду с высокими параметрами, а в зону горения двух дуг подавать среду с низкими параметрами,.Если свариваемые материалы не допускают применения дополнительного газа, то стабилизировать горение дуг между электродами и изделием предлагается увеличением скорости защитного газа в зоне между электродами. П ри незначител ьном увел ичении скорости газа менее, чем в 2 раза дополнительное охлаждение межэлектродного промежутка мало и дуга может существовать между электродами. Это, как показано выше, снижает качество сварных соединений и негативно отражается на производительности процесса. При увеличении скорости газа в межэлектродном промежутке более чем в 2 раза. дуга под воздействием холодных масс газа начинает смещаться в сторону изделия, контактирует с изделием и возникает двухдуговой процесс обеспечивающий возможность управлять переносом тепла в сварочной ванне, При увеличении скорости газа более чем в 20 раз струя его оказывает значительное воздействие нвсварочную ванну, выплескивая ее, что снижает качество сварного соединения. С целью уменьшения этого воздействия струю газа направляют подуглом отОдо 900, как это показано на фиг,8. по мере роста скорости газа. Дополнительный газ поз.22, основной поз,21. При изменении угла ниже Оодополнительная защитная среда, подаваемая с большой скоростью, окажет большое силовое воздействие на жидкий металл сварочной ванны, что приведет к снижению стабильности дугового процесса и качества сварного соединения. Увеличение угла больше 90 нецелесообразно, так как вызовет снижение стабильности дугового процесса и плохое качество сварного соединения.При сварке в различных пространственных положениях на формирование сварочной ванны и соответственно сварного шва большое влияние оказывают силы гравитации. При сварке в нижнем положении силам гравитации противодействует нерэсплавившийся металл свариваемых кромок, Это наиболее благоприятные условия формирования ванны. При изменении положения сварочной . ванны, например, при сварке вертикального шва на спуск, силы гравитации создают поток . металла из хвостовой части в зону плавления он подтекает под дугу, уменьшает глубину проплавления, ухудшаетформированиесварного шва, снижает производительность. Давлениедуги не может компенсировать влияние этого потока, так как воздействует на поверхность ванны, а не на ее обьем.Для компенсации влияния сил гравитации, фиг,9, поз.23 предлагается направить встречно ему поток, формируемый в ванне между активными пятнами дуг силой Г поэ.15,Для этого достаточно изменить направление магнитного поля сил или направление тока. Если сохранять магнитное поле постоянным, то при сварке в других пространствен н ых положениях будет набл юдаться перекомпенсация сил гравитации, осевая . (по оси шва) составляющая которых изменяется по косинусоидальному закону. Поэтому предлагается магнитную индукцию (В) изменять по косинусоидальному закону;В-Ксоза В= - .Ф9 Ягде К - коэффициент пропорциональности;Ф - магнитный поток;Я - площадь;а - угол между вектором скорости сварки и направлением сил гравитации. В соответствии с этим законом поток,формируемый магнитным полем, изменяетсвою величину и направление, обеспечивая компенсацию вредного влияния сил гравитации, что улучшает качество сварного соединения и повышает производительность. Изменение свойств сварочных мэтериэлЬв параметров режима учитывается коэффициентом пропорциональности, Если закон изсация составляющей сил гравитации, что ухудшает качество сварного ссединения и снижает производительность.При сварке горизонтальных швов в ванне возникают поперечные потоки металла, вызываемые силами гравитации фиг.10,(поз,24), что приводит к возникновению подрезав (поз.25) на вертикальной стенке (поз.26). Для компенсации этих потоков, исключения подрезов, т,е. для повышения качества сварных соединений предлагается поток металла. направлять вверх в хвостовую часть ванны. Для того, чтобы направить поток вверх к подрезу плоскость. в которой 20 расположены электроды, располагаютвдоль шва с наклоном к горизонтальнойплоскости в 30-45, фиг.10.При увеличении угла. наклона электродов более 45 давление дуг направлено на30 увеличение подрезов, снижение качества и производительности сварки. При уменьшении угла наклона менее 30 поток направляется почти вертикально, а не в сторону подреза, что снижает эффективность управления сварочной ванной, снижает качество и производительность сварки Оптимальные углы поворота находятся впределах 30-45,Для направления потока в сторону хво 40 стовой части сварочной ванны электроды поворачивают оси симметрии электродов на 30-60 относительно направления сварки, фиг,11.При углах наклона менее 30 поток металла направлен вертикально вверх в зону, где металл изделия еще плавится, что не способствует устранению подрезов, При угле поворота более 60 поток направляется не в зону образования подрезов, а несколько ниже, что увеличивает усиление шва, но не исключает появления подрезов, снижает качество и производительность, Следовательно, повышение качества сварных соединений 50 и производительности сварки обеспечивается при угле поворота электродов вокруг оси сим. метрии на угол 30-60 относительно нэправления сварки. Время существования металла в жидком состоянии определяется его теплофизи менения магнитной индукции будет отличаться от косинусоидального, то воз никнет недокомпенсация или перекомпен 1817742 12ческими свойствами, параметрами режима и гидродинамической обстановкой в сварочной ванне, При большом времени пребывания металла в жидком состоянии предлагается уменьшить его температуру, подавая его в зону затвердевания по дну сварочной ванны. Это повышает глубину проплавления, исключает подрезы, а следовательно, повышает качество и производительность сварки. При малом времени существования металла в жидком состоянии направляют поток по поверхности ванны.При сварке плавящимися электродамй их скорости плавления на прямой и обратной полярности различны, так как различны падения напряжения в прианодной и прикатодной областях. Поэтому в процессе сварки длина одной дуги будет уменьшаться, а другой увеличиваться, что приведет к короткому замыканию одного электрода на изделие, Для поддержания стабильного двухдугового процесса предлагается подавать электрод, в активном пятне которого выделяется больше энергии, со скоростью, пропорциональной этой энергии; Если пропорциональность нарушится, процесс становится нестабильным, вследствие чего снижается качество и производительность сварки.Как показано выше, при равных скоростях подачи плавящихся электродов длина дуги горящей на электроде с меньшей скоростью плавления,.будет уменьшаться до короткого замыкания, Для устранения этого недостатка по цепи изделие - электрод пропускают импульсы тока,.мощность которых пропорциональна разности скоростей плавления электродов. Если пропорциональность нарушится двухдуговой процесс становится нестабильным вследствие чего снижается качество сварных изделий и производительность процесса сварки,При сварке переменным током направ,ление его изменяется с частотой промышленной сети, для сохранения направления .электромагнитных сил, создающих поток металла, магнитный поток необходимо изменять по закону изменения сварочного тока, Величину переменного тока регулируют изменяя величину индуктивного сопротивления, что приводит к изменению величины смещения тока относительно напряжения, а параметры обмотки электромагнита постоянны. Поэтому сварочный ток и магнитный поток будут смещаться относительно друг друга. В результате уменьшится их взаимодействие и согласованность в момент, когда они находятся в противофазе, Следствием этого будет уменьшение потоков жидкого металла, снижение эффективности управле 25 102022303240 4220 ния формой сварочной ванны, снижение качества и производительности. Для сохранения параметров управления потоком металла предлагается по обмоткам магнитной системы пропускать ток тсй же частоты, а фазу тока относительно напряжения питающей сети сдвигать на величину смещения тока сварочной цепи, то естьпропорционально индуктивности сварочной цепи,Способ осуществляют следующим образом.Над свариваемым изделием (3)см.фиг,4, устанавливаются электроды (2,8) ссоблюдением условия отличительной части1 пункта формулы изобретения. К электродам подключают источник питания(10) +- - . Принеобходимости в зону горения дуг подают защитную среду, например, газ, флюс АН 348 и др., аргон, углекислоту. Возбуждают дуги прямой и обратной полярности между электродами и изделием, Увеличивают скорость газа или подают другой газ в промежуток между электродами в соответствии сп.З формулы изобретения. По обмоткам магнитной системы пропускают ток, он создает продольное магнитное поле Ф (поз.2), В соответствии с законом Ампера, по правилу левой руки на верхнюю часть сварочнойванны, в которой сконцентрировались линии тока, действует сила, направленная к передней (при реверсе к задней) кромке сварочной ванны. Она создает поток металла,переносящий тепловую энергию в направлении сварки. Поток разворачивается силами поверхностного натяжения, гравитации и омывая зону плавления отдает ей тепловую энергию, плавит кромки и устремляется в зону затвердевания. Благодаря направленному переносу тепла глубина проплавления увеличивается, а ширина шва уменьшается.. При наплавке поток реверсируют, вследствие чего глубина проплавления уменьшается, длина сварочной ванны увеличивается, . процессы легирования приближаются к состоянию равновесия, качество наплавленного металла повышается. С целью возможности формирования шва в любом пространственном положении магнитную индукцию продольного магнитного поля устанавливают покосинусоидальному закону, для исключенияподрезав при формировании горизонтальных швов плоскость, в которой расположены электроды, наклоняют в соответствии с п,4 формулы изобретения. Для повышения стабильности процесса электроды подают со скоростями, прямо пропорциональными коэффициентам расплавления соответствующих электродов и в случае равенства ско 13 1817742ростей электродов, выполняя условие.п.6. формулы изобретения, При сварке на переменном токе катушки электромагнита питают током в соответствии с условием п.7. формулы изобретения. 5П р и м е р ы. В условиях лаборатории Мариупольского металлургического института были проведены испытания, подтверждающие связь отличительной части формулы изобретения с целью,10Для сварки использовали вольфрамовые электроды марки ВТдиаметром 5 мм, В качестве основной защитной среды использовали аргон, дополнительной - углекислый гаэ. Токдуги в обоих случаях 110-130 15 А, напряжение на дуге 8-14 8. Расход аргона при сварке одной дугой 6-6 л/мии, двумя дугами 12-16 л/мин. Магнитное поле создавалось катушкой, содержащей 9 Ю витков медного провода диаметром 1 мм, по кото рой пропускали ток до 1 А. Прм сварке одной дугой пластин иэ ст.3 глубина проплавлеимя составляла 3-4 мм.Сварку двумя дугами осуществлалм а соответствии с предлагаемой а заявке схемой, 25 при этом изменялм расстояние между электродами, а расстояние между злвктродамм и изделием оставалось равным 2 мм.Результаты эксперимента представле- . ны в табл. 1. 30Как видно иэ результатов экспериментов, при расстоянии между злектродамм менее 3 мм (прммер 2.1) горит одна дуга между вольфрамовыми электродами, формирование шва плохое, вследствие незначительно го теплового воздействия дуги на металл, При расстоянии между злектродаве 3 мм горят две дуги между электродаммм изделием, образуется общая сварочная ванна глубиной 6-8 мм (пример 3). 40При расстоянии между электродами 5 мм появляется граница между сварочными ваннами и качество формирования ухудшается (пример 4). Увеличение расстояния до 7 мм привело к формированию двух отдель ных швов с уменьшенной глубиной и роплавления (пример 5).Сварку двумя электродами осуществляли на параметрах, приведенных выше при использовании основной защитной среды (Аг). 50 Дуга горела между электродами и переходила в двухдуговой процесс при расстоянии между электродами более 14 мм. При этом формировались два сварных шва снижалась возможность управления формой свароч ной ванны. Скорость центральной части эащитнбго потока увеличивали эа счет введения вспомогательного сопла диаметром 5 мм. При скорости центрального потокэ, превышающего скорость периферийного в 9-20 раэ однодуговой процесс переходил в двухдуговой. При скорости центрального потока в 10-20 раз превышающей скорость периферийного его направляли в сторону нерасплавившихся кромок под углом от О до 90 относительно направления подачи основного потока. Что исключило воздействие скоростного напора на сварочную ванну,Результаты эксперимента представлены в табл. 2,Сварку в различных пространственных положениях осуществляли двумя электро- дамм на режимах, приведенных выше. Пространственное положенме собранной конструкцмм показано иа мг, 9. Как видно из фигуры прм сварке в различных пространственных положенмях силы гравитации создают металлостатмчвское давление, час которого компемсмэуется реакцией твердых кромок стыка. Прм взаммодействмм сил гравитации и кромок стыка вознмкает скатывающае сала мзеевмякицаяся по косинусомдальному закому. если угол отсчитывать между направлением сил гравитации и вектором сваркм. Сверку промзаодмлм по направлению вреаценма часовой стрелам, фмг.9. Злектромагнмтмые смаы дювкмы быть на и чиловленной сюой граемтаююм, Коэффмцмент К определялм опытным гтутем, в зависимости от параметров режееа и способа сварки он изменялся в пределах от 1,2 до 5, Сварку горпзонтальных вава осуществлюлм двумя злектродамм иа режавеех, прмведенных выше, Пространственное положение конструкции показано ма Фмг.10,11. Пластины установлены перпемдюкулярно друг другу и сваривалмсь угловым горизонтальным швом. Изменяли угол наклоеа плоскости, в которой расположены электроды относительно горизонтальной плоскости (у) фмг.10 и поворачивалм электроды вокруг оси симметрии относительно направления сварки (Л), фиг.11.Результаты экспериментов представлены в табл. 3.Как следует иэ результатов экспериментов, хорошее и удовлетворительное формирование обеспечивается при наклоне плоскости электродов к горизонту(угол у) от 30 до 45 О, а вокруг общей оси симметрии от 30 до 60(Л).Сварку плавящимся электродами диаметром 2 мм производили в среде углекислого газа при токе 330-350 А и напряжении на дугах 24-26 В. Коэффициент рэсплавления на обратной (+) полярности (13 г/Ач) меньше коэффициента расплавления напрямой полярности(22 г/Ач), что соответствует скоростям плавления 0,05 до 0,085 м/с, При постоянной скорости (0,085 м/с) подачи эпектродэ прямой полярности изменяли скорость подачи электрода обратной полярности.Результаты опыта приведены в табл. 4, Следовательно дпя обеспечения устойчивого дугового процесса электроды необходимо подавать со скоростями, пропорциональными их скоростям плавления,Для усреднения скоростей плавления сварку производить переменным током.Сварку производили плавящимися электродами марки СвГ 2 С диаметром 2 мм в среде углекислого газа с одинаковой скоростью подачи (0,085 м/с). По цепи электрод (+), подключенный к положительному полюсу источника - изделие пропускали дополнительный ток.Результаты эксперимента представлены в табл. 5,Как следует из результатов экспериментов, при протекании дополнительного тока (240 А) через электрод, подключенный к плюсу источника обеспечивается равномерное плавление электродов. При меньшем дополнительном оке (пример 2,1) начинаются периодические замыкания электрода на изделие и затем процесс становится неустойчивым. Если дополнительный ток превышает оптимальный (240 А), то длина дуги увеличивается и начинаются замыканйя электрода подключенного к минусу источника.Сварку производили переменным током величиной 150 А двумя неплавящимися электродами диаметром 5 мм из вольфрама ВТ. Индуктивность сварочной цепи была постоянной и оценивалась косинусом дт(сов у = 0,6), Косинус электромагнита изменяли от 0,3 до 0,9, Эффективность взаимодействия тока и магнитного потока оценивали по изменению глубины проплавления,Результаты экспериментов приведены в табл. 6,Как видно из результатов экспериментов, максимально взаимодействие сварочного тока и магнитного потока при совпадении фаз, то есть при соблюдении пропорциональности индуктивности электромагнита и сварочной цепи.Предлагаемый способ позволяет повысить производительность сварки и качество сварных соединений за счет более эффективного использования тепла сварочной ванны, поступающей от дуги, за счет управления формой сварочной ванны, процессами затвердевания, направленного переноса металла сварочной ванны.оД - Цд + О 20 ьш Ьэ25 30. среде, В/мм; 40 45 50 55 51015 Формула изобретения 1. Способ сварки магнитоуправляемой дугой в защитной среде, при котором в сварочную ванну подают два электрода, электроды подключают к одному источнику, но к разным полюсам, а на дуги и сварочную ванну воздействуют продольным магнитным полем, о т п и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности и улучшения качества сварного соединения путем управления размерами и формой сварочной ванны, в межэлектродный промежуток и пространство между электродами и изделием подают основную и дополнительную защитные среды, причем расстояние между электродами в зоне горения дуг связано с расстоянием между электродами и изделием зависимостью где Ьа - ширина шва при сварке однимэлектродом, мм;Ьэ - расстояние между электродами, мм; ц - расстояние между электродом и изделием или длина дуги, мм;Кдо - градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в основной защитной Кдд - градиент падения напряжения в столбе дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В/мм;Оао, Око - приэлектродные (анодное и катодное) падения напряжений дуги, горящей в основной защитной среде, В;Озд, Окд - приэлектродные (анодное и катодное) падения напряжений дуги, горящей в дополнительной защитной среде, В,2. Способ поп.1, отлича ющийся тем, что, с целью повышения стабильности протекания процесса, в зону между электродами защитную среду подают со скоростью, превышающей скорость подачи ее в зону дуги в 2-20 раз, а векторы этих скоростей располагают в пространстве под углом 0-90.3. Способ по п;1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цепью обеспечения возможности формирования шва в любом пространственной положении, магнитную индукцию В продольного магнитного поля устанавливают в соответствии с зависимостьюВ=Ксоз а,где К - коэффициент пропорциональности; а - угол между вектором скорости свар. ки и направлением сил гравитации.4. Способ по и 1, о т п и ч а ю щ и й с я тем, что. с целью исключения подрезов при формировании горизонтальных швов, плоскость, в которой расположены оси эпетро1817742 дов, последовательно наклоняют под углом 30-45 к горизонтальной плоскости и разворачивают вокруг оси симметрии, расположенной в плоскости осей электродов, на 30-60 о, причем вершину угла ориентируют в сторону вектора сварки.5, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности процесса при сварке плавящимися электро-. дами на постоянном токе, электРоды подают со скоростями, пропорциональными коэффициентам расплавления соответствующих электродов.6, Способ по пп. 1-5, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения стабильности процесса сварки с равными скоростями подачи электродов, по цепи изделие - электрод с меньшей скоростью плавления пропускают импульсы тока, мощность которых 5 пропорциональна разности скоростей плавления электродов.7. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью исключения влияния индуктивности сварочной цепи при сварке на 10 переменном токе и создании магнитного поля катушкой электромагнита, катушку электромагнита питают током той же час 1 оты, Что и ток сварки, но со сдвигом фазы относительно тока сварки на величину, пропорциональ ную индуктивности сварочной цепи. Таблица 1 2 ц+ Оао +Оо - Ц +илош =ьэФормирование шва Характер гоения гиМВпп Ьэ мм Ьэ расчетной величины, полученной по Формуле Одна дуга Плохое формирование Удовлетворительное формирова- ние Две дуги периодически появляетсяодна Две дуги То же 2,5 Ьэ Две дуги Ьэ Две дуги ЬшЬэ Таблица 2 Угол наклона дополнительного потока Горения дуги Формирование шва- раздЧо Дуга горит между двумяэлектродами Однодуговой процесс переходит в двухдуговой Двухдуговой процесс Двухдуговой процесс 40 о Нет шва Удовлетворительное40 Хорошее Удовлетворительное Неудовлетворительное То же выплескивание ванны Удовлетворительное Хорошее Удовлетворительное Нет шва40 о 40 о 40 о 20 о Оэ 40 80 о н О но говой и о есс 3 4 5 6 7 8 9 10 152021-301515151515 Хорошее ФормированиеУдовлетворительное формирование возможно разделение по центру Неудовлетворительное, Формируетсява шва