Способ и устройство для сварки дугой

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0 1050828 119 15 И В 23 908 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(54) СПОСОБ СВАРКИ ДУГОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ сварки дугой, при котором в зазоре свариваемого соединения создают управляющее магнитное поле с постоянной по направленкчо радиальной составляющей магнитной индукции, отлсгчигогггиися тем, что, с целью повышения качества сварных тавровых соединений толстостенных труб с трубными пластинами толщиной более 5 мм путем равномерного нагрева соединяемых элементов по всей поверхности стыка, управление осуществляют магнитным полем с дополнительной переменной по направлению аксиальной составляющей магнитной индукции.2. Устройство для сварки дугой, управляемой магнитным полем, содержащее две соосно установленные с зазором встречно включенные обмотки электромагнитов и ферромагнитный элемент, отгичогощееся тем, что ферром агнитный элемент выполнен в виде цилиндрического сердечника с %Я ф шайбой на одном из его концов, имеющей форму эллипса, и установлен с возможностью поворота внутри одной из обмоток элсктромагнитов, а шайба расположена между обмотками электромагнитов.фИзобретение относится к сварке, в частности к сварке дугой, вращающейся в магнитном поле, и может быть использовано при производстве сварных конструкций, состоящих из полых деталей замкнутой формы для получения тавровых соединений трубы с пластиной или таврового соединения двух труб, а также в других случаях, когда для сварки используется дуга, перемещающаяся под действием магнитного поля.Известен способ сварки электрической дугой, вращающейся в магнитном поле, которое создают с помощью двух электромагнитов, включенных встречно 1.Известен способ магнитного управления при прессовой сварке с использованием в качестве источника нагрева дуги, перемещающейся в магнитном поле, при котором с целью повышения качества сварки и снижения расхода электроэнергии применяют импульсное магнитное поле постоянной полярности, обеспечивающее прерывистое перемещение дуги 2 .Недостатком указанных способов является ухудшение качества сварки деталей толщиной более 5 мм, так как ограниченный размер активных пятен дуги, а также смещение дуги в процессе вращения, как правило, к внешней кромке торца свариваемой детали приводит к неравномерному нагреву деталей по толщине.Известен способ сварки вращающейся дугой и устройство для его осуществления, при котором перемещение дуги между торцами свариваемых .деталей происходит под действием радиального магнитного поля, а перемещение дуги по толщине торцов - под действием магнитного поля, силовые линии которого концентричны свариваемым деталям. В результате дуга пере- мещается по спирали, что обеспечивает более равномерный нагрев свариваемых деталей по толщине.Устройство для осуществления способа состоит из цилиндра, размещаемого внутри свариваемых труб, по которому пропускают электрический ток 3,Недостатком данного способа является то, что он пригоден в основном для сварки неповоротных стыков круглых труб ограниченной длины. Это связано с необходимостью создавать магнитные поля концентрично свариваемым деталям. При сварке деталей иного сечения и иной формы соединения поля, концентричные свариваемым деталям, получить не удается.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ. сварки дугой, управляемой магнитным полем, при котором в зазоре свариваемого соединения создают магнитное поле с постоянной по направлению радиальной составляющей маг 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Ънитной индукции. В известном способепутем подбора тока в электромагнитахдобиваются смещения положения нуля аксиальной составляющей магнитного поля.В результате достигается соответствиеразмера следа, оставляемого вращающейсядугой на пластине, поперечному сечениютрубы,Способ осуществляется устройством,содер жащим две соосные установленныес зазором встречно включенные обмоткиэлектромагнитов, а также размещаемоеза пластиной ферромагнитное кольцо, внутренний диаметр которого влияет на формуи размер следа, оставляемого дугой напластине 4.Недостатком известного способа является отсутствие управления перемещениемвращающейся дуги по толщине трубы, привариваемой к пластине, впроцессе сварки,что является причиной образования подрезов, несплавлений и низкого качества сварного соединения при толщине трубы более 5 мм.Цель изобретения - повышение качества.сварных тавровых соединений толстостенных труб с трубными пластинами толщинойболее 5 мм путем равномерного нагрева соединяемых элементов по всей поверхностистыка.Указанная цель достигается тем, что согласно способу сварки дугой, при которомв зазоре свариваемого соединения создаютуправляющее магнитное поле с постояннойпо направлению радиальной составляющеймагнитной индукции, управление осуществляют магнитным полем с дополнительной переменной по направлению аксиальной составляющей магнитной индукции.В устройстве для осуществления способасварки дугой, управляемой магнитным полем,содержащем две соосно установленныес зазором встречно включенные обмоткиэлектромагнитов и ферромагнитный элемент, последний выполнен в виде цилиндрического сердечника с шайбой на одномиз его концов, имеющей форму эллипса,и установлен с возможностью поворотавнутри одной из обмоток электромагнитов,а шайба расположена между обмоткамиэлектромагнитов.На фиг. 1 и 2 изображено распределениеуправляющего магнитного поля в дуговомпромежутке при сварке трубы и пластиныс различным направлением аксиальнойсоставляющей индукции управляющегомагнитного поля; на фиг. 3 - схема сварки таврового соеднения трубы с пластиной; на фиг. 4 - след, оставляемый на трубе вращающейся дугой, при эллиптическойформе поперечного сечения конца ферромагнитного сердечника; на фиг. 5 - устройство для сварки дугой, управляемоймагнитным полем,1050828 Способ осуществляют следующим способом.Трубу 1 (фиг. 1) и пластину 2.устанавливают с некоторым, зазором между ними, называемым дуговым промежутком. Затем в этом промежутке создают управляющее магнитное поле с некоторой индукцией В, которая имеет радиальную Вр и аксиальную В составляющие. Под действием силы Гр, возникающей в результате взаимодействия тока 1 дуги и радильной составляющей В, возбужденная между свариваемыми деталями дуга 3 начинает вращаться вокруг оси, совпадающей с осью трубы, нагревая при этом свариваемые поверхности трубы и пластины. В результате взаимодействия вращающейся дуги с аксиальной составляющей Ва возникает, сила Р, под действием которой происходит смещение дуги к внешней или внутренней кромке торца трубы. При незименном направлении тока дуги 1 и радиальной составляющей В направление смещения определяется направлением В, Периодически меняя направление, добиваются сканирования дуги по толщине стенки трубы.Устройство для сварки дугой преимущественно таврового соединения трубы 1 с пластиной 2 включает в себя ферромагнитный сердечник 4.Управляющее дугой, 3 магнитное поле создается двумя электромагнитами 5 и 6, обмотки которых включены встречно и расположены соответственно на сердечнике 4 в трубе 6 (фиг. 3). Ферромагнитный сердечник 4 состоит из цилиндра 7, внутри которого проходит вал 8, вращающийся в подшипниках 9 и 10. Вращение передается валу 8 от электродвигателя 11 через муфту 12. На другом конце вала, выходящем к пластине 2, крепится шайба 13, имеющая форму эллипса. Пластина 2 с помощью зажимов крепится к подкладке 14, закрепленной на цилиндре 7. При этом между пластиной 2 и шайбой 13 сохраняется зазор во избежании трения вращающейся шайбы 13 о пластину 2, На цилиндр 7 насажен электромагнит 5.Все детали устройства за исключением подкладки 14 изготовлены из ферромагнитных материалов.Шайба 13 изготавливается съемной и может иметь различные размеры в зависимости от размеров трубы. Привариваемая к трубе 1 пластина 2 располагается в ьепосредственной близости к шайбе 13, но не касается ее во избежание трения вращающейся шайбы 13 о пластину 2. Однако при большом расстоянии между пластиной 2 и шайбой 13 значительно увеличивается сопротивление прохождению магнитного потока, создаваемого электромагнитом 5.В 4результате в дуговом промежутке на дугу 3 будет действовать управляющее магнитное поле, определяемое в основном электромагнитом 6, что затруднит магнитное уп равление дугой.При соответствующем подборе токовв электромагнитах возможно получить измененйе направления аксиальной составляющей индукции. управляющего магнитного поля.1 О Соотношение токов в электромагнитахустанавливается как и для всех случаев сварки дугой, вращающейся в магнитном поле. Это соотношение меняется с изменением размеров свариваемых деталей и тока дуги. В этом случае диаметры следов, оставляемые вращающейся дугой на пластине и на трубе, соответствуют наибольшему диаметру шайбы 13 ферромагнитного сердечника 4. Установка сердечника с шайбой 13, поперечное сечение которой имеет И форму эллипса, приводит к образованиюэллиптических следов. Если при этом диаметр вписанного в эллипс круга будет равен внутреннему диаметру трубы 1 (фиг. 4) а диаметр описанного круга - внешнему диаметру трубы, то при своем вращении дуга будет переходить от внутренней кромки трубы к внешней и обратно, описывая эллипс, соответствующий шайбе 13.При вращении с некоторой частотойферромагнитного сердечника 4 происходит периодическое изменение направления аксиальной составляющей индукции управляющего магнитного поля в каждой точке дугового промежутка. В результате, вращаясь, дуга совершает возвратно-поступательное движение от одной кромки торца трубы к другой. Таким образом осуществляется равномерный нагрев привариваемой к пластине 2 трубы 1 по толщине.С помощью предлагаемого устройствапроизводят сварку трубы толщиной 8 мм и диаметром 42 мм с пластиной толщи.ной 4 мм, Ферромагнитный сердечник вращают с частотой 40 с, при этом значение аксиальной составляющей индукции управляющего магнитного поля в средней точке дугового промежутка величиной 2 мм 4 изменяется от +0,2 до - 0,16 Т с частотой80 с ф, Значение радиальной составляющей индукции изменяется от +0,055 до +0,065 Т с такой же частотой. Напряжение на дуге 30 В, ток дуги 400 А. Время сварки 9 с.Усилие осадки 150000 Н.50 Металлографический анализ и прочностные испытания показывают высокое качество сварного соединения по всей поверхности стыка.Предлагаемые способ и устройство посравнению с прототипом позволяют получать качественные сварные соединения труб с пластинами толщиной более 5 мм.Реда кто Заказ 8ного комитета ннй и отхрыРаушская на Ужгород, ул.нтная,Ковач3ВНИИи3035,иал ПП СоставитТехред ИТиражПИ Государствено делам изобретеМосква, Ж - 35,П Патенте, г,зь Г Квартать