Устройство для заварки глубоких отверстий

ОЛ ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски нСоциалистическиеРеспублик и 87003(22) Заявлено 25,12.79 (21) 2857462/25-27с присоединением заявки (53)М. Кл. В 23 К 9/16 3 Ъеударстеенай квинтет СССР в денек нааеретеннй н етнрытнй(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАВАРКИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ Изобретение относится к области автоматической электродуговой сварки в среде защитных газов, преимущественно для заварки глухих глубоких отверстий малого диаметра и может найти применение в лю бой промышленности при исправлении гдт бокозалегаюших дефектов в сварных швах и отливках, а также для автоматической сварки, пробковых швов,Известна 1 горелка для заварки глубоких отверстий, содержащая корпус с установ ленным в нем токоподводяшим вращающим ся по дуге окружности наконечником для подачи плавящегося электрода 1.Недостатком горелки является то, что она обеспечивает заварку отверстий небольшой глубины диаметром не менее 20 мм,Другим недостатком горелки является го, что она не обеспечивает предварительный подогрев места сварки, что приводит26 е несплавлениям и непроварам, особенно в начальной стадии процесса (на дне отзер.тия), так как перенос четелла пла вяшегося электрода происходит на холодный металл донной части отверстия.Целью изобретения является повышение качества заварки глухих отверстий путем обеспечения предварительного подогрева,Эта цель достигается тем, что в известном устройстве для заварки глубоких отверстий, содержащем корпуС с установленным в нем токоподводящим вращающимся по дуге окружности наконечником для подачи плавящегося электрода на токоподводяшем наконечнике неподвижно установлен неплавяшийся электрод, торец которого расположен ниже торца токоподводяшего наконечника, при этом наконечник и токоподводяший электрод присоединен к двум различным источникам питания.На фиг, 1 изображен продольный разрез устройства, размещенного в завариваемом отверсти; фиг. 2,3,4 - этапы заварки о 1 верстия.Устройство состоит из водоохлаждаемого корпуса 1, в котором установлена с87003возможностью вращения вокруг своей осисварочная горелка 2, включающая в себя .токоподводящий наконечник 3 с направляющей, расположенной на рабочем концеего под небольшим углом (3-10 ) к осионаконечника,3, концентрично им установлена электроиэоляционная трубка 4 с отверстием равным 1,2-2,0 диаметра плавящегося электрода 5, который установленв этом отверстии и направляющей токопод водящего наконечника 3 с воэможностьюперемещения вдоль оси отверстия и направляющей. Токоподводящий наконечник 3выполнен за одно целое с неплавящимсяэлектродом 6, рабочий конец которой смещен относительно оси вращения наконечника на величину равную 0,2-0,4 диаметразавариваемого отверстия, На поверхностьизделия 7 концентрично эавариваемомуотверстию, установлена водоохлаждаемаязащитная камера 8. Корпус 1 и изделие7 соединены электрически со средствомдля поочередного включения источниковпитания, выполненным в виде переключателя 9, который в положении б включает .источник 10 питания при сварке неплавящимся электродом 6 (прямая полярность),а в положении Ь включает источник 11питания при сварке плавящимся электродом 5 (обратная полярность).30, Предлагаемое устройство работает следующим образом,Сварочную горелку 2 устанавливаютна иэделии 7 (фиг. 1) таким образом,чтобы ось токоподводящего наконечника 335совпала с осью завариваемого отверстия.Затем неплавяшийся электрод 6 вместе.с наконечником 3 опускают в отверстиена глубину, обеспечивающую необходимуювеличину дугового промежутка (1,5402,5 мм). Продувают завариваемое отверстие защитным газом, подаваемым черезэлектроизоляционную трубку 4 и через защитную камеру 4. Возбуждают сварочнуюцугу между концом неплавящегося элект 45рода 6 и дном отверстия от дополнительного источника 10 питания (переключатель9 в положении С 3, полярность прямая).Одновременно горелку 2 вместе с токапоавоцяшим наконечником 3 и неплавяшимся электродом 6 привоцят во вращениес угловой скоростью Ф (привод вращенияне показан), Под действием тепла дуги,горящей на вращающемся рабочем концеэлектрода 6, дно отверстия локально нагревается до температуры плавления основного металла, в результате чего дно начинает оплавляться, образуя сварочнуюванну 12 иэ основного металла сваривае 4мого иэцелия 7 (см. фиг, 2). Время наведения сварочной ванны необходимьи размеров устанавливается в каждом конкретном случае в зависимости от материалаизделия, диаметра и глубины отверстия,силы сварочного тока и скорости вращения неплавящегося электрода, Так, например, для наведения сварочной ванныглубиной 2,5 мм на дне отверстия, глубина которого 50 мм, а диаметр 14 ммв образце иэ стали ВНСтолщиной60 мм при силе сварочного тока 270300 А и скорости вращения неплавяшегося электрода 22-30 об/мин время наведения сварочной ванны составляет 1520 с,После наведения на дне отверстия локальной сварочной ванны 12 глубиной0,1-0,25 диаметра завариваемого отверстия в нее начинают подавать плавящийся электрод 5 с одновременным подъемом токоподводящего наконечника 3 с неплавящимся электродом 6 на величину,равную 12-25 мм от сварочной ванны12, что соответствует вылету плавящегося электрода 5 из направляющей наконечника 3. При этом автоматически переключатель 9 устанавливают из положения Ов положение 3, отключая источник 10питания и включая источник 11 питания(полярность обратная). При этом происходит возбуждение дуги между плавяшимсяэлектродом 5 и предварительно наведенной сварочной ванной 12, а дуга на неплавящемся электроде 6 гаснет. Начинается процесс заварки отверстия металломплавящегося электрода 5 (см. фиг, 3),Конец плавящегося электрода, с которогогорит дуга, движется в отверстии по спирали и направлен в угол, образованныйсварочной ванной и стенкой отверстия. Приэтом перенос капель металла плавящегося электрода происходит в предварительно наведенную сварочную ванну, температура металла в которой за счет практическоймгновенности переключения источников питания электродов соответствуеттемпературе капель металла плавящегосяэлектрода. Это обеспечивает качественноесоединение двух металлов, находящихся вжидком состоянии, т,е. сплавление металлов,Соотношение скоростей подъема токоподводящего наконечника 3 из отверстияо (скорость сварки) и подачи плавящегося электрода 5 Чп(при постоянной скорости вращения наконечника Ж ),питания для неплавяшегося электрода- ВСВУ, Заваренные образцы исследуют методами нераэрушаюшего контроля: ультразвуковым, радиографическим и методом цветной дефектоскопии. Неоплавле ний и пористости в сварных швах ие обнаружено. Макрощлифы образцов показывают полное сплавление сварного шва с донной частью отверстия и его стенками.Таким образом устройство позволяет благодаря возможности наведения предварительной локальной сварочной ванны заданного размера и непрерывности процесса сварки равномерно и надежно проплавлять дно и стенки глухого отверстия, т.е. избавиться от дефектов, свойственных известному процессу сварки плавящимся электродом, формировать верхний слой шва до его кристаллизации, тем самым препятст вуя образованию в нем пор, и сразу (без последующей механической обработки) получать усиление заданной конфигурации.Применение предложенного устройства позволяет осуществлять заварку глубоких глухих отверстий (до 80 мм) малого диаметра (от 10 мм), например при устранении глубокозалегаюших дефектов в сварных швах и отливках (поры, несплавления, трещины, шлаковые включения и т.п.) путем их засверловки с последунзцей автоматической заваркой глухих отверстий, а также заварку неверно просверленных отверстий в изделиях, восстановление внутренней резьбы; снизить трудоемкость и повысить качество изделия при устранении дефектов за счет уменьшения объема разделки дефектного места и замены ручной подварки разделки автоматической заваркой отверстия; улучшить качество шва за счет отсутствия дефектов свойственных вяшимся электродом; увеличить производительность и повыеить качество сварки процесса, Кроме того оно обеспечиваетбыстрое и качественное устранение дефектов в сварных швах и отливках, что суформула изобретения Устройство для заварки глубоких отверстий, содержащее корпус с установленнымв нем токоподводяшим вращающимся подуге окружности наконечником для подачиплавящегося электоода. о т л и ч а ю -5 870031 6где Э . - диаметр завариваемого отверстия (мм);2 . - диаметр плавящегося электрода (мм).это отношение скоростей Ч пд и Ч5Я.Эустанавливается заранее в зависимости отдиаметров завариваемого отверстия иплавящегося электрода, Так при заваркеотверстия диаметромЭ, 14 мм плавящимся электродом диаметромЭ 1 2 ммпз фпри скорости подачи плавящегося электрода Чп =258 мм/с, скорость сварки составляет Ч =1,8 мм/с,После заплавления всего отверстия металлом плавящегося электрода формируютверхний слой шва путем переплавленияего дугой с неплавяшегося электрода (см.фиг. 4), Это происходит следующим образом: прекращают подъем наконечника 3из отверстия (Ч =О) и подачу плавяшегося электрода 5 (Чп =0), когда расстояние от рабочего конца неплавящегосяэлектрода 6 до сварочной ванны верхнего слоя шва составляет 1,5-3 мм, Приэтом плавящийся электрод 5 плавится до 25естественного обрыва дуги с него, Одновременно с этим переключатель 9 автоматически устанавливают из положениявположение О, отключая источник 11 питания и включая источник 10 питания 30(полярность прямая), и возбуждают дугумежду концом неплввяшегося электрода6 и сварочной ванной верхнего слоя шваотверстия. Дуга с плавящегося электрода5 практически мгновенно перебрасываетсяна неплавяшийся электрод 6. Жидкий верхний слой металла плавящегося электродадо его кристаллизации подвергается переплавлению теплом дуги неплавящегосяэлектрода, в результате чего удлиняется 40время существования жидкой сварочной , начальному этапу - процесса сварки плаванны, что свособствует полному удалениюгазов иэ жидкого металла верхнего слояшва, Кроме того дуга с вращающегося ие- пробковых швов за счет автоматизацииплавящегося электрода 6 формирует усиление заданной геометрической формы,обеспечивая плавное сопряжение его с поверхностью изделия 7, После чего дуга щественно сокращает отход в брак рядаплавно гаснет.особо ответственных изделий из дорогоЭкспериментальный образец устройства стоящих материалов,50изготовлен и опробован, и на нем отработаны технологические параметры заваркиглубоких (до 80 мм), глухих отверстиймалого диаметра 10-20 мм в образцахиз высокопрочных сталей (ВНС) и титановых сплавов (ВТ-бч). В качестве ис 55точника 1 1 питания плавящегося электрода используют выпрямитель ВСП, ав качестве дополнительного источника 107 870031 8Ф Ф е с а те 4, что, с нелью улучшения вюцийся электрод присоединены к двум3 ичества заварам путем обеспечения прец- различным источникам питания.,ваюиелъиого подогрева. на токопоцвоця- Источники информа Оииущемнаконечнике неподвижно установлен принятые во внимание при экспертизенеплавящийся электрод, торец которого " 5 1. Авторской свидетельство СССРрасположен ниже торца токоподводящего М 608625; кл, В 23 К 9/16, 1976наконечника, при этом наконечник и нелла- (прототип).870031 П, Горъкова е дписное Филиал ППП "Патент, г, Ужгород, ул. Проектная,Заказ 8723/21 ВНИИПИ Госуда по делам изоб 113035, Москва