Способ сварки импульсной дугой

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 8219 1)5 В 23 К 9 Т ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗО ПАТЕНТУ 1(56) Тефанов В,Н. Исследование и разработка методов повышения производительности высокочастотной импульсной дуговой сварки. Дисс. канд. техн, наук 05.09.05 защ.25.12.88, утв, 05,89 Л., ЛПИ, 1988 г, (54) СПОСОБ СВАРКИ ИМПУЛЪСНОЙ ДУ- ГОЙ Изобретение относится к области сварочного производства, а именно, к технологии дуговой сварки, включающей формирование высоко-концентрированной дуги подобно электронному или лазерному лучу,Известен способ сварки магнитоуправляемой дугой, при котором зажигают две дуги постоянного тока на концах двух плавящихся ручных электродов, расположенных параллельно друг другу с минимальным расстоянием между собой. За счет действия .собственного магнитного поля двух парал. лельных дуг постоянного тока достигается повышенная стабильность протекания процесса каплепереноса и уменьшения блужданий пятна нагрева на изделии (1).Недостатком способа-прототипа (1) является низкая степень сжатия (взаимного притяжения) двух дуг постоянного тока.,Целью настоящего изобретения является повышение производительности процесса сварки дугой за счет увеличения относительной глубины проплавления при увеличении плотности мощности дуги в пят(57) Использование: в технологии дуговой сварки. Сущность изобретения: способ состоит в том, что дугу питают импульсами тока общей длительностью 4 - 20 мкс и частотой 15-20 кГц. При этом дугу формируют синхронным зажиганием двух или более дуг от параллельных электродов, расположенных в углах равностороннего многоугольника. За счет сжатия дуги собственным магнитным полем возрастает концентрация ввода энергии дуги в изделие, что приводит к повышению производительности и качества сварки, 3 ил. не нагрева и качества шва за счет введения ультразвуковых колебаний в сварочную ванну,. Поставленная цель достигается тем, что при сварке импульсной дугой дугу питают импульсами тока с общей длительностью 4- 20 мкс и частотой 15- 20 кГц, при этом дугу формируют синхронным зажиганием двух или более дуг от параллельных электродов, расположенных в углах равностороннего многоугольника.Производительность процесса дуговой сварки может быть увеличена за счет ряда факторов. Например, при увеличении тока дуги увеличивается глубина проплавления и масса расплава, Увеличение плотности тока в пятне нагрева вызываетувеличениедавления и как следствие увеличение глубины проплавления. Увеличение напряжения приэлектродных областей за счет изменения состава защитного газа, приводит к увеличению мощности дуги и следовательно, производительности. Сварка короткой дугой уменьшает блуждание активных пятен и5 10 15 20 25 30 8 п 4 п 4 п35 50 повышает глубину проплавления. Введениеультразвука в сварочную ванну повышаетжидкотекучесть расплава, а за счет этого ипроизводительность. Плотность тока в пятне нагрева можно повысить путем введениядинамических режимов работы, т,е, питанием дуги импульсами тока. Как показано врезультатах исследования искрового разряда (2), диаметр канала, плотность тока и градиент напряжения связаны с временем,прошедшим после пробояследующим обра- "зом:Время послепробоя газа (мкс) 0;50 2,00 8,00Диаметр канала (см) 0,11 0,19 .0,29 ,Плотность тока(2),При зажигании, например, двух высокочастотных импульсных дуг, расположенныхрядом друг с другом и параллельно другдругу, происходит их взаимодействие.Это взаимодействие имеет электромагнитную основу, т,е. за счет двух индуцированных магнитных полей оттоков обоих дуг,Давлениекоторое стремится сблизитьэти дуги друг с другом, определяется поформуле: где Р - давление, Н - напряженность магнитногополя,- ток импульса дуги, ) - плотность тока дуги, х - расстояние между дугами, Из формулы (1) следует, что сжатие (давление) прямопропорционально квадрату напряженности магййтного поля, квадрату тока, плотйости тока и обратно пропорциойально квадрату расстояния между. электродами. При числе дуг более двух аффект увеличения силы сжатия определяется геометрическим сложением действующих сил. В общем случаесййа сжатия причисле электродов более двух пропорциональйо числу электродов., Из сравнения предлагаемого сйособа с прбтОтипом-можно выделить следующие отличительные йризнаки: формирование столба"дугй из нескольких, (более одной)высокочастотных импульсных параллельных дуг, расположение дуг в углах равностороннего многоугольника, использование собствейного магнитного поля дуг для сжатия общего столба дуги, синхронизирован"ные импульсы дуг совпадающей прямой и обратной полярности общей длительностью 4-20 мкс, частотой 15 - 25 кГц, которые соответствуют критерию "существенные отличия". Аналоги, обладающие одйим из этих признаков, отсутствуют, следовательно, указанные выше признаки удовлетворяют критерию "новизна".Некоторые варианты технологических схем реализации способа показаны на фиг.1, 2, 3, где обозначено: 1 - неплавящиеся электроды, 2 - общее пятно нагрева на изделии при горении нескольких высокочастотных импульсных дуг, 3 - пятно нагрева от действия электрической дуги постоянного тока равной мощности, 4 в .плавящийся Электрод или лазерный луч Технологические схемы состоят из электродов 1, с которых зажигают высокочастотные синхронизированные импульсныедуги; При взаимодействии собственных магйитных полей каждой горящей дуги последние притягиваются друг к другу и на изделии образуется пятно нагрева 2.В зависимости от числа дуг пятно нагрева изменяется по площади и по форме. Для сравнения на всех фигурах показано в виде окружности 3 пятно нагрева от дуги постоянного тока с равной мощностью: При сварке плавящимся электродом может быть технологическая схема фиг, 1, когда оба электрода плавящиеся или с одним плавящимся электродом 4, расположенным между электродами по центру. Аналогично реализуются технологические схемы комбинированной лазерно-дуговой сварки, когда лазер подается по центру и между так же,: как плавящийся электрод 4. Экспериментальная проверка способаосуществлялась на опытной установке, со 40 стоящей из 4-х источников постоянного тока типа ВДУ - 504 и блока из 4-х высокочастотных транзисторных ключей. Ключи реализованы каждый на ЗО транзисторах типа,КТ 825. Ключи давали импульсы длительно стью от 2 до 30 мкс и частоту от 5 до 30 кГц прямой и обратной полярйости, Выходное напряжение устанавливалось на источниках ВДУ. В качестве горелки использовались два, три, четыре вольфрамовых электрОда диаметром 3 мм, установленных вокруг керамической трубки диаметром 6 мм и закрепленных керамическими прокладками, В трубку подавался аргон, Как показали исследования, давление, создаваемое одиночной импульсной дугой на отверстии у анода диаметром 0,5 мм при длительности импульса 5 мкс, частоте 20 кГц й среднем токе 80 А, равно 600 Паскалям, что в шесть раза больше, чем от дуги постоянного тока 80 А, равного 100 Паскалей,и ГКНТ СССР каз 4286 ВНИИПИ Гасу Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,Экспериментально полученные плотности мощности в пятне нагрева достигали 10 Вт/см, давление на отверстии у анода диаметром 0,5. мм при длительностй импульсов прямой полярности 4 мкс и 10 мкс обратной полярности с частотой 20 кГц и токах с каждого из четырехэлектродов 20 А составила 4600 Паскалей. Относительнаяглубина проплавления на основе АМГсоставила 4-6, скорость сварки достигала до 120 - 200 м/час.Эффективность способа проявляется наиболее сильно при применении двухэлектродных технологических схем в ручном ведении процесса, трехэлектродных в механизированных процессах, и четырех- и 6более электродные схемы в роботозированных производствах; Формула изобретения 5 Способ сварки импульсной дугой, прикотором дугу питают импульсами тока с общей длительностью 4 - 20 мкс и частотой 15- 20 кГц, о тл и ча ю щ и й С я тем,что, с целью повышения производительности и качества 10 сварки путем йовышения концентрацииввода энергии дуги в изделие за счет сжатия дуги собственным магнитным полем, дугу формируют синхронйым зажиганием двух или более дуг от параллельных электродов, 15 расположенных в углах равностороннегоноо о ив