Способ электронно-лучевой сварки

СО 1 ОЗ СОВЕ ГСКИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕ СКИХРЕСПУБЛИК 1750,. 50 К 15/00 ТЕНИ ОБ ИСАНИЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) ЕсЬогп Р. ет а Еессгоп Ьеат вебп 9 о1 Ысс - УУаеб соеропеяз оФ Йе Ю - Ьазе -аоу и сопе 617-и;" Ргос 3 гб 1 пФ Со. опвеб апб МеИ. Ьу еес 1 гопз апб азег Ьеагп",(57) Изобретение относится к электроннолучевой сварке, в частности к технологиисварки сканирующим лучом, и может бытьиспользовано при сварке трудносвариваемых сплавов. Цель изобретения - повйшение качества сварных соединений сплавовс высоким коэффициентом теплопроводноИзобретение относится к электронно- . лучевой сварке, в частности к технологии сварки сканирующим лучом, и может быть использовано при сварке трудносваривае- мых сплавов.Цель изобретения - повышение качества сварных соединений сплэвов с высоким коэффициентом теплопроводности путем устойчивого формирования сварочной ванны, при несквозном проплавлении, уменьшения корневых дефектов.На фиг.1 показана схема траектории сканирования электронного луча; на фиг.2 - диаграммы изменения токов отклоняющей электромагнитной системы электронно-лучевой пушки, мощности и амплитуды ее изсти путем устойчивого формйрования сварочной ванны при несквозйом проплавлении и снижения корневых дефектов. Способ состоит в сканировании электронного луча на поверхности свариваемого металла по дугообразной траектории 5 (дуге окружности или эллипса, параболе), расположенной симметрично относительно плоскости стыка 6 и вогнутой внутрь сварочной ванны 4, и одновременном плавном изменении мощности электронного луча. Минимальное значение мощности луча достигается на оси симметрии траектории сканирования, а максимальное - на ее концах. Максималь- Б ное значение мощности луча соответствует заданному значению по условиям сварки, т.е. определяется глубиной проплавления, При плавном снижении мощности луча в точке В фронт плавления не опережаетдвижение луча по траектории сканирования. Это является условием получения не- ъ обходимой кривизны фронта плавления, 3 менения за период сканирования луча; на фиг.3- блок-схема устройства, реализующего способ электронно-лучевой сварки.Способ состоит в сканировании электронного луча по дугообразной траектории, расположенной симметрично отнОсительно плоскости стыка и вогнутой внутрь сварочной ванны, и одновременном плавном изменении мощности электронного луча таким образом, чтобы минимум достигался на оси симметрии траектории сканирования, а максимум - на ее концах, Причем максимальное значение мощности луча соответствует заданному значению по условиям сварки, т.е. определяется глубиной проплавления.Сварку деталей 1 и 2 осуществляют электронным лучом с образованием сварочного шва 3 и ванны 4, в которой сканирует луч по дугообразной траектории 5, симметрично расположенной относительно стыка 6 деталей 1 и 2, При этом возникает тепловой поток 7 в направлении центра кривизны траектории 5 сканирования (фиг,1), Траекторию 5 сканирования задают перемещением электронного луча вдоль и поперек стыка б (оси х и у) согласно соответствующим законам изменения токов 1 х и 1 у в обмотках отклоняющей электромагнитной системы электронной пушки, Мощность луча при этом синхронно модулируют согласно выражению Р=Р-Л Р сова; где Р и Р текущее и заданное значения мощности луча, определяемое величиной тока луча при постоянном ускоряющем напряжении (фиг,2), При плавном снижении мощности луча к точке симметрии траектории 5 сканирования (точка В) фронт плавления не опережает движение луча. что является условием получения необходимой кривизны фронта плавления,Направление максимального теплоотвода от фронта плавления (линия АВС в каждой точке совпадает с нормалью к линии фронта в тех же точках. Твердый металл в области АБСИД, таким образом, получает дополнительный подбгрев, причем наибольший подогрев имеет металл, прилегающий к оси симметрии (линия ВО), так как сюда поступает тепло с двух сторон Отсюда следует, что тепловложение на фронте плавления при приближении электронного луча к точке симметрии траектории сканирования (точка В) необходимо снижать, Лишь в этом случае можно добиться, чтобы фронт плавленияне опережал траекторию сканирования электронного луча. Снижение тепловложения в середине траектории сканирования можно получить либо повышением скорости перемещения электронного луча. что неприемлемо из-за гидродинамических возмущений в сварочной ванне, либо уменьшением его мощности,Закон изменения мощности электронного пучка в течение периода его сканирования зависит от формы траектории сканирования. При сканировании по дуге (параболе, дуге окружноСти или эллипса) изменение мощности луча Р вдоль траектории сканирования необходимо осуществлять по косинусоидальному закону(фиг.2), что обеспечивает равномерный подогрев перед фронтом плавления, Амплитуда изменения мощности луча Л Р зависит обратно пропорционально от величины хорды, соединяющей концы траектории сканирования 15 20 25 30 35 40 45 50 55 электронного луча, но не превышает величины Р Таким образом, Р=пп ( К/Ь; Р,) .где К . коэффициенг пропорциональностиопределяемый скоростью сварки и тепло проводностью свариваемого металла;Ьдлина хорды траектории сканирова ния,Для обеспечения возможности форми рования.фронта плавления с обратной кривизной необходимо, чтобы выполнялось условие Ь б, где де - диаметр электронного луча на поверхности свариваемого металла.Значение максимальной мощности лучаРо выбирают из условия достижения требуемой глубины проплавления. Угол а межд.продольной осью симметрии сварочнойванны и нормально к поверхности траектории сканирования изменяется от 0 до 90(фиг.1), При гаком способе сканированияэлектронного луча одновременно реализуется условие предотвращения образованиякорневых дефектов сварного шва, заключающееся в формировании распределенияплотности мощности электронного луча с"провалом" в приосевой области.Способ электронно-лучевой сварки реализуется с помощью устройства, блок-схема которого представлена на фиг,3.Устройство содержит: сварочную пушку 8,оборудованную отклоняющей электромагнитной системой 9, блоки 10 усилителей ицифроаналоговых преобразователей 11.программируемых запоминающих блоков12, блока 13 управления, модулятора 14. (афиг.3 также показаны: 3 - сварной шов, 4 -сварочная ванна.Устройство работает следующим образом.Б программируемые запоминающиеустройства 12 заносятся программы задания перемещения луча 15 вдоль и поперекстыка б деалей 1 и 2, а также нормированную функцию изменения мощности луча 15(например, сов гк), В блоке 13 оператор задает амплитуду сканирования путем выдачина блок 11 цифроаналоговых преобразователей опорного сигнала; частоту сканирования путем выдачи адресных кодоввоспроизводимой информации из блока 13на вход блока 12; ток сварки путем выдачиуправляющего сигнала на вход блока 14 модулятора, на второй вход которого поступают коды нормированных коэффициентовизменения тока (мощности) электронноголуча,С частотой опроса блок 12 выдает кодыуправляющих сигналов смещения луча 15 имодуляции его тока, Блок 11 преобразуеткоды смещения луча и через усилители 1 О, задаются токи 1 х и 1 у в обмотке отклоняющей электромагнитной системы 9, магнитное поле которой перемещает электронный луч 15 по траектории 5 относительно стыка 6, Блок 14 модулирует сигнал, задающий ток электронного луча от блока 13, согласно коду модуляции, Регулировка глубины модуляции в блоке 14 позволяет задавать градиент изменения мощности электронного луча при приближении к оси симметрии траектории 5 сканирования. Сигнал с выхода блока 14 поступдет нд схему стабилизации тока электронно-лучевой пушки 8,Таким образом, оператор, занося программу в блок 12, может изменять траекторию 5 сканирования луча, а также управлять его частотой и амплитудой сканирования, задавать амплитуду изменения мощности луча в соответствии с его перемещением по траектории сканирования,Реализация устройства по блок-схеме фиг.З позволила отработать технологию сварки ранее трудносвариваемых материалов,Сваривали образцы из алюминиевого сплава АМгб вертикальным электронным лучом со скоростью 0,75 см/с в режиме не- сквозного проплэвления на глубину 5 см. Луч сканировали по дуге окружности диаметром 0,15 см с частотой 90 Гц. Амплитуда изменения мощности луча Л Р составляла (520);6 от максимальной мощности луча Ро, равной 18 кВт, Оптимальные результаты по формированию шва получены при Л Р.=0,16 Ро, т.е.мощность луча изменялась от 18 до 15,1 к Вт, Металлографическим анализом установлено, что в корне шва корневые дефекты отсутствуют, а амплитуда к о л е б ди я Г л у б и н ы и р О и л э в л с Ф 4 и 1е з н дительная,По сравнению с базовым обьектом, здкоторый принят прототип, предложенный5 способ электронно-лучевой сварки обеспечивает уменьшение брака при сварке трудносвэриваемых сплавов и сокрдщениезатрат на исправление дефектов свдрныхшвов,10Формула изобретения Способ электронно-лучевой сварки, прикотором луч сканируют по дугообразной15 траектории с осью симметрии, совпдддющей с г 1 лоскостью стыка, о т л и ч д ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качествасварных соединений сплавов с высоким коэффициентом 1 еплопроводности путем ус 20 тойчивого формирования сварочной ванныпри несквозном проплавлении и уменьшения корневых дефектов, траекторию сканирования луча выпуклой сторонойориентируют в сторону сварочной ванны, а25 мощность луча изменяют по конусоидэльному законуР=:Р-Л Р сов а,где Ро - максимальная мощность луча, Вт;Л Р - амплитуда изменения мощности30 луча. Вт, равная гпмнпК/Ь; Ро :К - коэФфициент пропорцион;льности,определяемый скоростью сварки и теплопроводностью свэриваемого металла;Ь - длина хорды траектории скднировэ 35 ния, мм, Ьд;де - диаметр электронного луча на поверхности свариваемого металла, мм;а - угол между продольной осью симметрии сварочной ванны и нормальюк по 40 верхности траектории сканирования,Составитель В.Мор Текред М.Моргентал Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5