Способ электронно-лучевой сварки

СО 03 СОВГТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1779511 23 К 15/00 АНИЕ ИЗОБРЕТКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОР ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(57) Использование: электронно-лучеваясварка ферромагнитных материалов. способных намагничиваться в процессе изготовления деталей, соединений больших Изобретение относится к сварке, а именно к технологии электронно-лучевой сварки (ЗЛС) ферромагнитных, материалов (сталей; спеченных порошков), способных намагничиваться в процессе изготовления деталей и обладающих остаточной магнитной индукцией, и может быть использовано в машиностроении.На практике приходится часто сталкиваться с отклонениями электронного луча или самой литой зоны от плоскости свариваемого стыка ферромагнитных материалов, обладающих относительно высокой коэрцитивной силой (не менее 10 А/м), В качестве основных причин, вызывающих отклонение электронного луча при сварв однородных материалов. рассматривается остаточная намагниченность самого иэделия.Известен способ электронно-лучевой сварки ферромагнитных сталей с присадочным Металлом, при котором сварку деталей толщин. Сущность изобретения: в способе электронно-лучевой сварки ферромагнитных материалов с подачей присадочного металла, при котором сварку деталей выполняют по гарантированному зазору в стыке со сквозным проплавлением и заполнением зазора расплавленным металлом, величину зазора устанавливают пропорционально величине остаточной магнитной индукции В, мТл; по закону Л = уВ, мм, аг - скорость подачи присадочной проволоки определяют иэ выоажения Ч, =- 4 ЧЬ ( д + + пп + Ьк)/ си и где Ч, - скорость сварки, мм/с; Ьл - высота усиления шва с лицевой стороны стыка, мм; Ь, - высота усиления корневой части шва, мм; д - толщина стыка. мм; Оп.п. - диаметр присадочной проволоки, мм. 3 ил. 1 табл. выполняют по гарантированному зазору в стыке со сквозным проплавлением и заполнением зазора расплавленным присадочным металлом,Недостатком этого способа является отсутствие регламентированных рекомендаций по выбору зазора в стыке и скорости подачи присадочной проволоки. Отсутствие таких рекомендаций не позволяет обеспечить высокое качество сварных соединений ферромагнитных сталей, склонных к намагничиванию в процессе изготовления деталей из-за несплавления свариваемых кромок, и провисание литой зоны шва, Величина остаточной магни 1 ной индукции в зазоре отклоняет электронный луч от плоскости стыка и в корневой части шва образуется дефект - несплавпение. которы возможно устранить только повторной сваркой, Зазор в стыке необходимо заполнять присадочным металлом, подаваемым срегламентированной скоростью. Проблема усугубляется при ЭЛС больших толщин и деталей сложной несимметричной конфигурации, тороидальной формы. образующих замкнутые магнитные системы, Размагни чивание деталей перед сваркой не устраняет намагниченность (поперечный вектор остаточной магнитной индукции) всей сварной конструкции.Цель изобретения - повышение качест ва сварных соединений деталей больших тол щин,Поставленная цель достигается тем. что в способе электронно-лучевой сварки ферромагнитных материалов с подачей приса дочного металла, при котором сварку деталей выполняют по гарантированному зазору в стыке со сквозным проплавлением и заполнением зазора расплавленным металлом, величину зазора в стыке устанавли вают пропорционально величине остаточной магнитной индукции В, мТл, по3 г -закону Л = ч 5, мм, а скорость подачи нрисадочной проволоки определяют из выражения: 25 ицевои присадочной чп.п.гл гнпп где чсв - скорость сварки, мм/с;Ьл - высота усиления шва с л стороны стыка, мм;и - высота усиления шва с корневой стороны стыка, мм;бп.п. - диаметр проволоки, мм;д - толщина стыка, мм,В результате анализа известных технических решений не выявлена предлагаемая совокупность признаков, поэтому предложение соответствует критерию "существенные отличия",40Заявленные признаки, характеризующие выбор величины зазора в стыке и скорости подачи присадочной проволоки, являются новыми и оптимальными при сварке ферромагнитных материалов,На фиг,1 показана схема процесса ЭЛС с присадочным металлом; на фиг.2 - график зависимости изменения максимальной индукции в зазоре стыка от его величины; на фиг,3 - площадь поперечного сечения шва и схема расчета чп,п,Способ состоит в сборке свариваемых деталей 1 и 2 фиг.1) с зазором в стыке 3, замере величины намагниченности В в стыке 3 и устрновке зазора согласно выражению Л - .-4, мм. Электронным лучом 4 расплавляют свариваемые кромки деталей 1 и 2 и заполняют зазор Л в стыке 3 присадочным металлом в виде проволоки 5, пода со скоростью чп.п. ваемой 4 Чсв, где Чсв - скороЛоппсть сварки, мм/с; Ь - высота усиления шва с лицевой стороны стыка, мм; пк - высота усиления шва с корневой стороны стыка, мм; бп,п, - диаметр присадочной проволоки, мм, д - толщина стыка, мм.Известно, что магнитное поле может быть создано постоянными магнитами, переменным электрическим полем и движущимися электрическими зарядами, При ЭЛС ферромагнитных материалов реализуются все эти условия. Свариваемые намагниченные детали можно рассматривать как постоянные магниты, переменное электрическое поле наводится колеблющимся лучом, а движущийся электрический заряд возникает при прохождении тока через свариваемую деталь. Изменение формы поверхности заряженных тел (свариваемых деталей) приводит к изменению конфигурации образующихся электромагнитных полей, которые прогнозировать становится практически невозможно, Наличие при ЭЛС нескольких источников возникновения электрического поля усугубляет трудности при разработке методов предотвращения отклонения луча. Наиболее распространенными методами являются размагничивание свариваемых деталей или компенсирование остаточного магнитного поля дополнительными электромагнитными источниками, Однако полностью устранить намагниченность деталей не удается, т,к, она зависит от многих факторов и наводится непосредственно в процессе сварки. Если свариваемые детали отличаются размерами и формой, то метод размагничивания малоэффективен.Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции В, определяемый через силу Е, действующую на заряд в магнитном поле, Индукция магнитного поля в вакууме называется напряженностью магнитного поля Н, Если намагниченные детали установить с зазором Л то Н ослабевает обратно пропорционально квадрату расстояния между деталями, Поэтому величина Н зависит от ширины зазора Ь между магнитами. Однако это отношение справедливо для простых магнитных полей, создаваемых прямолинейным током. В действительности магнитное поле в свариваемых трехмерных деталях ориентировано в разных плоскостях и имеет разную плотность, Например, магнитные силовые линии "гуще" на периферии деталей. По этой причине компенсировать остаточные магнитные поля по длине стыка с помощьюдополнитель ных источников малоэффективно и дорого, Поэтому предлагаемый способ предотвращения отклонения луча остаточной магнитной индукцией за счет выбора оптимальной величины зазора в стыке является наиболее эффективным и простым.В проводимых экспериментах по намагничиванию образцов различных размеров и формы из ферромагнитных сталей 35 Х 2 Н 4 МД и АКЗЗ установлена обратно пропорциональная зависимость изменения остаточной магнитной индукции В в зазоре Ь между деталями от величины этого зазора, Чем больше величина Ь,тем меньше В (фиг,2), Перед испытаниями образцы намагничивались до В = 50 МТл, Магнитные характеристики в зазоре стыка определялись на установке МИС-ЗМ щупом, В интервале 2,5Л О, наиболее приемлемом для ЭЛС, значения В изменялись по зависимости /В = Л/К, где 1 КО, мм/МТл, - коэффициент пропорциональности, изменяющийся в зависимости от величины В. При В = =свах, К = в 1 п, а при В = гп 1 п, равной 17 МТл, и Л=- 2,5 мм, при которых отклонение электронного луча практически отсутствует, К = =0,96. Численное значение К зависит от состава металла, формы и размера состыкованных образцов, но во всех случаях при КФ 1 Л= /Ц, Поэтому при величине зазора в тыке, установленном пропорционально /Я, остаточная магнитная индукция не влияет на отклонение электронного луча,Выбранный оптимальный зазор Ь в стыке необходимо заполнять присадочным металлом, Поэтому обьем Ч подаваемого присадочного металла определяется обьемом пространства между свэриваемыми кромками, Основным определяющим параметром режима является Чп - скорость подачи присадочного металла, которая выбирается из соотношенияд 4 Ч + )Чп.п2Т с 1 ппгде Чсв - скорость сварки, мм/с; Ьл, 6 к - высоты усиления шва с лицевой и корневой сторон, мм; бп,п-диаметр присадочной проволоки, мм; д - толщина стыка, мм,Поясним вывод формулы Чп.п, предположив, что присадочный металл в виде проволоки заполняет только пространство между свариваемыми кромками. Объем Ч присадочного металла, необходимый для заполнения гарантированного зазора Ьв стыке деталей 1 и 2, складывается из объемов Ч 1 = Ьд 1, Ч 2 = Л пл 1 и ЧЗ = Л пк 1(фиГ,З), Причем обьемы присадочного металла Ч 2 и Чз, определяющие формирование усиления шва с лицевой и корневой сторон шва, при ведены с учетом потерь металла на рэзбрьзгивание и испарение. С другой стороны обьем Ч присадочного металла. подаваемого взону сварки за время тсв = в виде провоЧсв2Л с 1 п.п.локи сечением, , можно записатьг с 1 п.п.2как Ч = Чп.п --- , Приравнивая104 Чсввыражение для Ч, получим Л 1(д+ Ьл + 11 к):=Чп.п.тгбп.пг,Откуда Чп и4 ЧсвугЫф+ь +15Л ОппП р и м е р. Выполняли ЭЛС стыковыхдеталей из стали АКЗЗ толщиной 40 и 60 ммс максимальной остаточной намагниченностью в зазоре стыка От О ДО 30 мТЛ, При этОмзазор в стыке между свариваемыми деталяли меняли от 0 до 3,7 мл 1, Оптимальноеззначение Ь определяли по формуле Л=ъВ,Режим сварки:11 уск = 60 кВ,1 св = 260 - 350 мА,25Чсв = 3,6 мм/с, с 3 п.п = 1,5 мм, бразввртки ==2,5 мм. При этом замеряли отклонение корня шва от стыка и контролировали качествоформирования шва, Оптимальное значениеЧ определяли из выражения Чп.п = 30 Для этого задаТ пп2вали необходимые значения Ь и 1 лк и подставляли их в формулу для Чп и, Результаты эксперимента представлены в таблице.35 Как видно из опытов 2, 8, 9, 10 с уменьшением значения В величина, обеспечивающая отсутствие Отклонения луча от стыка, уменьшается, Опь.ты 1-3, 6 - 11 свидетельствуют, что выбор Чп,п по предлагаемому вы ражению обеспечивает равномерное,заданное усиление шва с лицевой и корневой сторон. Отклонение Чп.п от расчетного значения приведет или к провисанию, или к чрезмерному усилению шва (опыты 4, 5).45 Таким образом, выбор оптимальныхзначений зазора в стыке свариваемых ферромагнитных материалов и скорости подачи присадочной проволоки обеспечивают качественное соединение деталей с остаточной 50 намагниченностью, Это позволи 1 предотвратить брак свариваемых иэделий ответственного назначения.Формула изобретения Способ электронно-лучевой сварки с 55 присэдочным металлол 1, при котором свариваемый стык собирают с гарантированным зазором, а сварку ведут со сквозным проплавлением, отл ич а ю щи й с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений больших толщин из ферромагнит1779511 зЬ /Ц, мм,а скорость подачи присадочного металла нп.я устанавливают в соответствии с соотно-, шением; Влияние величины зазора в стыке и скорости подачи присадочной.проволоки на качество сварных соединений стали АКЗЗных материалов, склонных к намагничиванию при изготовлении деталей, образующих сварное соединение,.величину зазора в стыке устанавливают пропорционально величине остаточной магнитной индукции В 5 деталей, мТл, из выражения; 4 нсе Л(д+Ь л+Ькнпп2Л бппгде нсв - скорость сварки, мм/с;Ьп - высота усиления шва с лицевойстороны. стыка, мм;пк - высота усиления шва с корневойстороны стыка, мм;бп.п - диаметр присадочной проволоки,мм;д - толщина стыка, м,, Стенина Подписноезобретениям и открытиям иРаущская наб 4/5 КНТ С тета тел ьский комбинат "Патент", г. Уж ул,Гагарина, 10 извод но Заказ 4408 Тираж ВНИИПИ Государственного ко 113035, Мо