Способ электронной лучевой сварки

Ю П 1) дщ В 23 К 15 ОПИС ЕТЕНИ ВУ А относится к области й сварки, а именно с отклонением и ктронного луча. С корневых дефектов луч с помощв двойв течение эаданноявт от дна свароч" едней стенке к верх м его перебрасыВавткромку и спускают ил. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ АНИЕ ИЗО ком сеидрил(71) Ордена Ленина и ордена Трудово"гоКрасного Знамени институт влектросваркн им, Е,О. Патона(56) На 1 ав А , Таама В, Яцавдйапйеш е 1 есйтоп Ьеаа Яе 1 Ипу СТЕВ)Тп;Згй ХпйетпаИопа 1 Со 11 орйца опУе 16 Ыя апй Ме 1 Япя Ьу е 1 есйгопа апй1 авег Ьеашв: 1.уоп, 5-9 ЗерСевЬте,1983, йоае,1, 603-609,(54) СПОСОБ ЭЛЕКТКИ(57) Изобретениеэлектронно-луч евок процессу сваркисканированием злецелью исключения,го времени отклонной ванны по перней кромке, Зете:на верхню эаднвзодо дна ванны 4 РОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАР-"Изобретение относится к технологии электронно-лучевой сварки, а именно к способам сварки, включающим отклонение и сканирование электронного луча в зоне нагрева, особенностью которых является то что, выбирая траекторию сканирования луча, добиваются снижения пористости, корневых и других дефектов сварного шва.Целью изобретения является повышение качества сварки за счет полного устранения корневых дефектов,Поставленная цель достигается тем что электронно-лучевую сварку осуществляют повторяющимися циклами, сос" тоящими иэ трех этапов. Вначале свар" ку осуществляют неотклоненным элект" ронным лучом, а затем при поочередном его отклонении " с помощью двойного преломления вперед и назад по отношению к направлению перемешения зоны сварки. Этап сварки с отклонением электронного луча производят вначале с направлением луча на новое дно сварочной ванны и последующим плавным перемещением его на переднюю верхнюю кромку ванны, затем с выбросом луча на заднюю верхнюю кромку ванны и последующим плавным пере" мещением его на дно ванны. Одновременно осуществляют сканирование луча по траектории являющейся дугой окружности или эллипса и обращенной выпуклостью в сторону отклонения луча, Время сварки неотклоненным лучом определяют так, чтобы, перемещаясь со скоростью сварки, луч проходил рас"стояние, равное радиусу своего поперечного сечения на уровне свариваемых изделий, и рассчитывают иэ соотношениягеювгде С, - время сварки неотклоненнымлучом;г - радиус электронного луча;Ч - скорость сварки, а суммарное время отклонения в переднюю и хвостовую части ванны С .выбирают равным или меньшим времени затекания парогаэового канала в сварочной ванне и определяют иэ соотношениял +.- - .Р еГ з"оП он 0Фгде- время отклонения луча вперед; о,. - время отклонения луча назад;- плотность расплавленногометалла;б - поверхностное натяжение расплавленного металла, причем максимальный и минимальный углы отклонения луча от его оси в неотклоненном положении определяют соответственно иэ выраженийгегде К - максимальный угол отклонения луча;О - минимальный угол отклоне 20ния луча;Ь - глубина сварочной ванны;0 - расстояние от последнегоуровня преломления луча до25дна сварочной ванны,а сканирование луча осуществляют.потраектории с поперечным размером,.равным диаметру поперечного сеченияэлектронного луча на уровне свариваемых изделий,На фиг.1 ае изображена последовательность операций способа; нафиг.2 - траектория сканирования (дополнительного перемещения луча в отклоненном положении), где АВ - хор 35 да дуги, по которой производят сканирование, Длина хорды АВ равна 2 гАшВ - дуга, по которой производятсканирование; на фиг.З - блок-схемапредложенного устройства; на фиг,4 -40 диаграмма изменения во времени токав отклоняющих системах,Операции электроннык лучом направлены на то, чтобы создать сварочнуюванну цилиндрической формы с круговым или эллиптическим сечением с помощью расплавления той части металла, которая составляет разницу между конической и цилиндрической формами ванны с равными сечениями на5 О верхнем уровне, Такое дополнительноерасплавление можно осуществить темже электронным лучом, увеличив уголего встречи с передней или заднейстенками парогазового канала в сва 55 рочной ванне по сравнению с предыдущим равновесным состоянием,Увеличить указанный угол встречиможно только с помощью двойного пре1274 Ж ЭО ломления электронного луча, Вначалелуч отклоняют на дно сварочной ванныи с увеличивающейся скоростью (таккак уменьшается толщина слоя металла между конической и цилиндрической 5формами ванны), перемещают на переднюю верхнюю кромку ванны, Затем электронный луч выбрасывают на заднююверхнюю кромку сварочной ванны и суменьшающейся скоростью опускают на 10ее дно. При этих двух операциях электронный луч сканируют по дуге окружности или эллипса с хордой, равнойдиаметру его поперечного сечения,что и позволяет получить сварочную 15ванну цилиндрической формы, Крометого, такой порядок отклонения лучасохраняет существующее при обычнойсварке направление переноса расплавленного металла, Время формирования 20ванны цилиндрической формы не должно превышать времени затекания парогазового канала, в противном случаебудут образовываться дефекты шва типа непроваров и раковин, Время затекания канала определяется периодомего капиллярных колебаний, равным Предлагаемый способ электроннолучевой сварки позволяет максимальноснизить вероятность образования корневых и других дефектов.шва и получить шов с параллельными боковымиграницами, так как при этом образуется сварочная ванна цилиндрическойформы, что обеспечивает высокое ка 3чество шва и минимальные деформациисвариваемого изделия, 40Устройство для реализации способа (фиг,3) содержит электронную пушку 1, формирующую электронный луч 2,первую отклоняющую систему 3, вторуюотклоняющую систему 4, биполярныйисточник 5 тока для постоянного отклонения, генератор 6 тока для продольного отклонения, генератор 7 сканирования и перемножитель 8,50Устройство работает следующим образом.После включения электронной пушки 1 формируется электронный луч 2, который, перемещаясь относительно 55 изделия 9, образует сварочную ванну 10 и после ее кристаллизации - сварной шов 11. Последовательность опе 880 4раций электронным лучом задается генератором 6 продольного отклонения.В период времени С после включения электронного луча 2 токи вобеих отклоняющих системах 3 и 4 равны нулю, т.е, сварка осушествляетсянеотклоненным лучом, По истечениивремени г. генератор 6 создает вцепи отклоняющей системы 4 импульстока длительностью со с плавно нарастающей вершиной, Передним фронтомэтого импульса включается источник5, который создает в цепи отклоняющей системы 3 постоянный ток заданного направления, и запускается генератор 7 сканирования, который черезперемножитель 8 создает в цепи отклоняющей системы 4 переменный ток, обеспечивающий сканирование электронного луча 2 по половине окружности заданной ориентации, По окончании импульса длительностью со генератор 6создает в цепи отклоняющей системы4 импульс тока с плавно спадающейвершиной противоположной полярностии длительностью. Передним фронтом этого импульса переключается полярность источника 5, изменяя направление постоянного тока в цепи отклоняющей системы 3, и фаза выходныхсигналов генератора 7 сканированияизменяет в результате на противоположную ориентацию траектории сканирования электронного луча 2Заднимфронтом импульса длительностью д,от генератора 6 отключается источник5 и генератор 7 сканирования, Снованаступает "паузадлительностьют.е. в это время токи в отклоняющихгсистемах 3 и 4 равны нулю,Способ электронно-лучевой сваркипроверялся на установке, оборудованной электронной пушкой и источникомпитания класса 60 кВ - 60 кВт, с дополнительной отклоняющей системой,установленной на торце пушки. Сваривались образцы из стали толщиной80 мм со скоростью 2,5 мм/с при ускоряющем напряжении 60 кВ и токепучка 500 мА. Средний радиус электронного луча составлял 0,4 мм, Времясварки неотклоненным лучом составляло- 0,4/2,5 = 0,16 с. Время сваркис отклонением выбиралось равнымс/ == "-2,8 10 с, Поперечнаяразве; тка луча во время продольногоотклонения осуществлялась на половине окружности радиусом 0,4 мм и5 1274880 частотой 20 кГц. Расстояние от пос-, леднего уровня преломления луча до корня проплавления составляло 220 мм, а глубина проплавления 70 мм. Максимальный и минимальный углы продольного отклонения пучка соответственно были равны: Г 4затем отклоняют луч вауу аголовную часть ванны на угол лагсЩ - и ускоренно увеличивают2 гси2 г 0угол отнлоненнн Ло е(е " агсСК уф-,М,= агс овенно отклоняютванны на угол ьшают угол отклоне"кроме того, приотклоненном состоя" после чего луч мг в хвостовую часть и замедленно умен ния до величины М, нахождении луча в нии осуществляют по траектории дуг пуклостью .в сторо раниченной хордои 2 е 0агсса70,б ыхпредсканирование лучаи, обращенной вы":ну отклонения и огравнои диаметру на уровне сварива этом суммарное луча в отклоненномэлектронного лучемых изделий, првремя нахождениясостоянии 20 ия неоткловремя перемещ ненного луча,где- суммарное вре луча в отклон нии; ахождения н ормула и ном сост ектронн среднии радиусго луча;плотность расплметалла;поверхностноерасплавленногорасстояние от енног атяжениеметалла;оследнего 1 Исследования методом поперечн шлифов показали, что при сварке лагаемым способом формируется шов с параллельными боковыми границами и круглым корнем. Нестабильность глубины шва, выполненного по предлагае мому способу, была в 2,5 раза меньш чем по известному и в 12 раз меньше чем при сварке неотклоненным лучом, Трещин, имеющих место при сварке н отклоненным лучом, и раковин, возни кающих при сварке по известному спо собу, в шве, выполненном по предлагаемому способу, не обнаружено,Способ электронно-лучевои сварки, при котором в процессе перемещЕния луча в направлении сварки осуществляют колебания луча вдоль сварочной ванны путем его отклонения от вертикали с помощью двойного преломления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварки за счет устранения корневых дефектов, колебание луча осуществляют в спедующей последовательности: перемещают неотклоненный луч в течение времени4 ровня преломления луча дона сварочной ванны;лубина сварочной ванны;корость сварки.1274880 ставителя .Е, Сомовахред Л.Сердюкова актор Н. Егорова ипен оррект аз 6520 ого ний 5, Р Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 10 НИИПИ Государств по делам изобре 13035, Москва, Ж