Способ дуговой сварки

(72) Авторы изобретения Ф.Е.Дорошенко, В.В.Фролов и Г.Г.Чернышов Специальное конструкторское бюро гидротехническихстальных конструкций и механизмов ффйосгидросталь(54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ Изобретение относится к сваркеметаллических толстолистовых крупногабаритных конструкций, свариваемых в различных пространственных положениях, в частности к сварке непбворотных 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 охлаждаемымползуном, перемещающимся по мере заполнения разделки вместе со сварочным . автоматом 1Однако этот способ позволяетсваривать 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 сварку ведут с возвратно-поступательными перемещениями сварочного электрода от корня шва к вершине под постоянным в пределах 30-90 ф углом к поверхности свариваемых деталей (2 илисо сложныМи колебаниями электро. да 3 . Эти способы обладают сравнительно невысокой производитель-ностью, которая определяется условиями формирования сварочной ванны ф в различных пространственных поло"жениях, ограничивающими силу сварочного тока величинами до 150-200 А,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук описываемому изобретению является способ дуговой сварки с принудительным формированием шва, прикотором на сварочную ванну вбэдействуют поперечным магнитным полем. В 15 этом способе осуществляют взаимодействие силы тяжести расплава ванны с кондеромоторными силами, создаваемыми постоянным поперечным магнитным полем и сварочным током, прохо дящим по расплаву за счет скольжения вслед эа сварочной ванной токоподвода сварочной цепи, обеспечивающего постоянство величины направлениятока в сварочной ванне 4 .25 Для удержания ванны при сваркестали толщиной более 10-15 мм за один проход, учитывая значительную ее массу, требуется высокая напряЗ женность поперечного магнитного по.ля, ухудшающая устойчивость горениядуги.Цель изобретения - увеличениепроизводительности процесса сварки,выполняемой за один проход в нижнеми потолочном напряжениях, путем ведения процесса сварки двумя разнополярными дугами.Это достигается тем, что предла-гаемыМ способом дуговой сварки спринудительным Формированием шва, прн котором на сварочную ванну воз" 10действуют поперечным магнитным по" лем, дуги "располагают в продольнойосевой плоскости стыка на расстоянииодна от другой, равном разности тол. щины свариваемого изделия и радиу" 15сов дуг, при, этом используют неоднородное магнитное поле с градиентоммагнитной индукции, увеличивающимсяк корню шва, а величину градиента выбирают пропорциональной удельномувесу сварочной ванны, а для повышения устойчивости процесса сваркипривозникновенйи случайных возмущений градиент магнитной индукции у поверхности сварочной ванны в направлениивектора скорости сварки устанавливают"йоложйтельным. "Включением двух дуг на разныеполярности обеспечивается направлен-ное прохождение тока по жидкому металлу, а накладываемое на него 30неоднородное поперечное магнитноеполе указанной Формы и соответствую."щего направления создает неоднород-ное силовое поле, компенсирующее"гидростатическое давление сварочной. 35ванны, что предотвращает вытекание"в нижнем и потолочном йоложениях,Необходимость соответствия, гра"диента магнитной индукции удельному "весужидкого металла определяетсяформой эпюры гидростатического давления, которая уравновешивается по- . "-,лем пондеромоторных сил соответствующей формы;для компенсации гидростатйческогодавления ванны требуется значитель"но"меньшая сила, чем для удержаниямассы сварочной ванны при однопроходной сварке металла одинаковой тол"щины. Это обстоятельство позволяетиспольэовать в опйсываемом способесварки значительно меньшую напряженность поперечного магнитного ноля изначительно большую силу сварочного.тока, что увеличивает критическую массу сварочной ванны и пр.изводительность процесса.На фиг. 1 представлена схема спо"соба в нижнем положении; на фиг,2разрез А-А фиг, 1; на фиг. 3 - в потолочном положении;на Фиг.4 - разрез 60Б-Б Фиг. 3.На фиг.1-4 приняты следующие условные обозначения;о - толщина свариваемогометалла;7- вектор магнитной индукции; 75 фЭ - вектор тока;,гсй 3- градиент магнитной индукции;Ю 8 в полярности электродов 1Мсэ- направление сварки.Две электродные проволоки 1, вклю"чаемые на разные полярности, подаютс определенной скоростью в зазор между свариваемыми листами 2. Дуги 3зажигают на специальном вкладыше 4,вставляемом в разделку кромок.в месте начала шва. За счет совместногоплавления электродов и свариваемыхкромок образуется сварочная ванна5. Поперечное неоднородное магнитное цоле в зоне сварочной ваннысоздается П-образным электромагни"том б. Топография магнитного поляв сварочной ванне определяется конструкцией электромагнита и свойствами свариваемого металла. Если свариваемый металл обладает ферромагнитными свойствами, то топография маг".нитного поля в свариваемом зазореи сварочной ванне зависит от геометрии разделок кромок, которые в, этомслучае являются полюсами электромагнйта, и Формы изотермической поверхности с температурой точки Кюри.В этом случае требуемый градиейтмагнитной индукции по глубине сварочной ванны получают выбором угласкоса кромок сварочного стыка приусловии равномерного их оплавления.Эависимость градиента магнитной индухцйи от угла скоса кромок можетбыть получена экспериментально.При сварке, стальных листов в нижйем положении требуемый градиент магнитной индукции достигается созданиемугла скосакромок 22-2 бд на лицевойстороне стыка, а при сварке в потолоМном положении - созданием такогожеугла скоса, но с обратной стороныстыка.При сварке неферромагнитных материалов топографиямагнитного пойеречного поля задается конструкциейи расположением электромагнита относительно сварочной ванны и от геометрии разделки кромок не зависит.Сила тяжести сварочной ванныудерживается механическими фбрмирующими устройствами - скользящим охлаждаемым ползуном 7, формирующим лицевую поверхность шва, и подкладкой 8:обратную поверхность шва.для обеспечейия стабильного формирования сварочной ванны, устойчиво:го против случайного нарушения ееравновесия, используют поперечное магнитное поЛе с возрастающей у поверхности сварочной ванны магнитнойиндукцией. В этом случае при нарушении равновесиямежду формирующими си-лами и гидростатическим давлениемсварочной ванны жидкий металл начи"нает перемещатьсяв сторону увеличения магнитной индукции, что приводит к увеличению пондеромоторныхформирующих сил и восстановлениюравновесия сварочной ванны.Указанная характеристика магнитного поля может быть обеспечена какконструкцией электромагнита, так ирасположением его относительно сварочной ванны. 8Для осуществления описанного способа сварки целесообразно использо"вать дуговую сварку в защитных газах или сварку порошкоными проволоками. 10Примером выполнения описанногоспособа является сварка двух стальных листов толщиной 30 мм в потолочном положении.Сварка выполняется эа один проход 15двумя порошковыми проволоками диаметром 4 мм, подключаемыми на разныеполярности, с принудительным формированием шва (Фиг. 4) .Формирование шва осуществляетсяскользящим охлаждаемымползуном 7с лицевой стороны стыка и подкладкой8 или нторым ползуном - с обратнойстороны стыка,две электродные проволоки подаютв пространство, образованное форми"рующими устройствами и кромками сва.риваемых листов. Расстояние междуэлектродами (дугами 3). устанавливают максимально возможным в пределахтолэ 1 ины свариваемого метаЛла, но 30так,чтобы исключить оплавление поверхности Формирующих устройств.На практике расстояние между дугамиможно определять по зависимости:8: Ьр, 35где 1 - расстояние между дугами;о - толщина свариваемого металла;г - радиус столба дуги.При сварке стали толщиной 30 ммэто расстояние равно 24-25 мм,40Учитывая, что в данном примересваривается Ферромагнитный материал, принципиальное значение имеетформа изотермы околошовной зоны стемпературой точки Кюри.Для удержания сварочнойванны впотолочном положении необходимо,чтобы линии изотермы по обе стороны от шва были расположены под Углом 22-26 , направленным вверх.оТакое расположение изотерм дос"тигается установкой соответствующихнапряжений на дугах:- на дуге, расположенной у лице"вого формирующего устройства - 3032 в,а на второй дуге - 35-36 В.По%лучению требуемого угла между иэотермами с температурой точки Кюриспособствует также соответствующая разделка кромок.Сварка выполняется на режиме: 60скорость подачи проволоки 260280 м/ч;сварочный ток 800-900 А;напряжение на дугах 30-32 Ви 35-36 В. 65 Скорость сварки в данном случаеопределяется производительностьюнаплавки н являетсявеличиной, производной от скорости подачи электродов (в нашем примере 7-8 м/ч) .В предлагаемом способе сваркик основным параметрам режима, кроме указанных; также относитсямагнитная индукция поперечного магнитногсполя, создаваемого электромагнитнойприставкой,Учитывая, что поперечное магнитное поле н зазоре стыка являетсянеоднородным, вкачестве отсчета принимается максимальная величина магнитной индукции, определяемая при перемещении датчика по глубине разделкикромок.В данном случае величина магнитной индукции должна составлять200-250 Гс, а ее направление уста" .навливается по известному правилулевой руки таким образом, чтобывзаимодействие поля и тока в жидкомметалле создавало пондеромоторнуюсилу, направленную к фронту кристал"лизации снарочной ванны.Удержание сварочной ванны при,этом, кроме механических Формирующих устройств, обеспечивается благо"даря компенсации гндростатическогодавления жидкого металла эа счетсоздания соответствующего градиентамагнитной индукции, увеличивающего"ся к корню шва.Совместное использование механических устройств й электромагнитныхсил для Формирования шва позволяетзначительно увеличить критическуюмассу сварочной ванны, удерживаемойв различных пространственных положениях, а это йоэволяет увеличитькритическую величину сварочного тока и производительность процесса нцелом. Так, например, известные спо"собы сварки обеспечивают Формирование шва в потолочном положении натоках до 150-200 А,При этом производительность наплавки составляет до 4 кг/ч .Предлагаемый способ сваркИ предусматривает выполнение процесса натоках до 800-1000 А и обеспечиваетпроизводительность наплавки более30 кг/чт.е. производительностьпроцесса увеличивается в несколькораз,Кроме того, предлагаемый способобеспечивает сварку толстолистового проката эа один проход за счеткомпенсации гидростатического давления жидкого металла, что способст"вует сокращению подготовительныхи промежуточных операций (настройкааппаратуры, удаление шлака послекаждого прохода и т,п,) .Формула изобретения1. Способ дуговой сваркй с при"нудительным Формированием шва, при7075 Рог ЦНИИПИ Заказ 210/8 Тираж 12 ис Филиал ППП Патент,г. Ужгород, ул. Проект:"сф 1 Ф7 64Фкотором на сварочную ванну воздействуют поперечным магнитным полем,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения производительности процесса сварки, выполняемой заодин проход в нижнем и потолочномположениях, путем ведения процессасварки двумя раэнополярными дугами,дуги располагают в продольной осевой плоскс:ти стыка на расстоянииодна от другой, равном разности толщины свариваемого иэделия и радиусовдуг, при этом используют неоднородное магнитное поле с градиенто магнитной индукции, увеличивающимся ккорню шва, а величину градиента выбирают пропорциональной удельномувесу сварочной ванны,2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения устойчивости процесса сваркипри возникновении случайных возму"щений, градиент магнитной индукцииу поверхности сварочной ванны в направлении вектора скорости сваркиустанавливают положительным,5 Источники инФормации, принятыево внимание при экспертизе1. Лебедев Б.Ф., Привалов Г.А.Новое в сварке сФерических резервуаров. - фИонтажные и специальные1 О работы в строительстве, 1974,9 8, с. 24.2. Малышев Б.Д. и др. Автоматическая газозлектрическая сварка толсто-.листового металла.3, Авторское свидетельство СССРМ 415114, кл. В 23 К 9/1 б, 1971.4. Авторское свидетельство СССРР 336113, кл. В 23 К 9/ОВ, 19 б 9.