Способ электродуговой сварки

ОП ИСАНИЕИЗЬВРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциапистичесиикРеспублик и 1927432(5)М, Кл. с присоелииением заявки РЙвв делам изебретевий н открытей(53) УДК 621. 791.75(038.8) Опубликовано 1505. 82 Бюллетень18 Дата опубликования описания 15.05.82(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ Изобретение относится к электрод говей сварке металлов, в частности к способам электродуговой сварки с использованием ультразвука.Известен способ электродуговой сварки с применением ультразвуковых5 колебаний, в котором ультразвуковые колебания в электродной проволоке возбуждают через скользящий контакт в отверстии инструмента 13.тоНедостатком известного способа является то, что степень. измельчения зерна при возбуждении ультразвуковых колебаний в электродной проволоке различна в зависимости от скорости пода- , . чи электродной проволоки, в связи с чем качество свариваемого шва получается оцень низким. Скорость подачи необходимо подбирать для каждого конкретного случая в зависимости от марки электродной проволоки, ее диаметра и режима сварки, в связи с чем падает производительность труда. Это обусловлено тем, что при больших скоростях подачи электродной проволоки, она грубое проходит о ванну жидкого металла, и зерно в шве получается более мелким, но электродная проволо" ка не успевает расплавиться целиком и в наплавленном металле остаются кусочки нерасплавленной электродной проволоки При уменьшении скорости подачи электродной проволоки она быстро расплавляется в слое жидкого шла" ка, и ультразвуковые колебания не оказывают влияния на структуру сварного щва.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ электродуговой сварки, при котором на каплю расплавленного присадочного металла воздействуют импульсами ультразвуковых колебаний. На конце электрода при помощи ультразвуковых колебаний формируют каплю расплав- ленного металла, Каплю вводят в контакт с расплавленным металлом сваооч 927432ной ванны и отключают ультразвуковыеколебания 12Недостатком известного способаявляется то, что капля при воздействиина нее ультразвуковых колебаний, какпоказали эксперименты, принимает серд"цеобразную форму, а это увеличиваетплощадь ее поверхности. Химико-металлургические реакции на стадии капли,являясь диффузионным процессом, развиваются главным образом, через ееповерхность, т.е. возрастание объемаи площади поверхности капли в резуль"тате воздействия на нее ультразвуковых колебаний сказывается на интенсив ности химико-металлургических процес"сов, что в конечном итоге влияет насостав соединения, В процессе формирования капля стремится переместить-,ся вверх по электроду. Измельчениеформы капли и смещение ее вверх поэлектроду при воздействии на нее ультразвуковыми колебаниями объясняетсявоздействием на каплю сил поверхностного натяжения, электродинамическойсилы, и силы, возникающей при воздействии ультразвуковых колебаний.В электроде наблюдается характернаякартина стоячих волн с чередованиемузлов и пучностей. Если на концеэлектрода имеется узел, т,е. амплитуда ультразвуковых колебаний практически равна нулю, то отсутствует всякое воздействие ультразвуковых колебаний на формирование капли. При наличии пучности ультразвуковых волнкапля либо стряхивается с конца элект"родной проволоки, либо, если энергияультразвуковой волны недостаточно длястряхивания капли, она начинает подниматься вверх по электроду иэ пуцности в узел, образованный распространяющейся в электроде ультразвуковойволной, а так как при ручной дуговой.сварке невозможно сохранить постоян,ную длину электрода, то капля будетподвергаться либо интенсивному воздействию ультразвуковых колебанийлибо эти колебания будут отсутствовать. Во времяперемещения вверх по50. электродной проволоке капля отдаетнекоторое количество энергии на час тичное сплавление и нагрев электродной проволоки и переходит в сварочную ванну с пониженной температурой.Этим оказывается влияние нр геометри.55ческие параметры ива, увеличение высоты его валика и уменьыение глубиныпроплавления,Цель изобретения - повышение качества сварного соединения путем измельчения и дезориентации структуры металла шва и повышение производительности процесса сварки.Это достигается тем, цто в способе электродуговой сварки, при которомна каплю расплавленного присадоцногометалла воздействуют импульсами ультразвуковых колебаний, начало импульса ультразвуковых колебаний синхронизируют с моментом соприкосновениякапли с металлом сварочной ванны, аконец - с моментом отрыва капли отприсааоцной проволоки. Применение предложенного способапозволяет формировать каплю расплавленного металла на конце присадочной проволоки обычным способом, Это позволяет получить каплю шарообразнойформы, что способствует интенсивности химико-металлургицеских реакцийна стадии капли. Кроме того, в процессе формирования капля не перемещается вверх по электродной проволокене стряхивается с конца электроднойпроволоки. Ультразвуковые колебанияподают в момент соприкосновения каплис металлом сварочной ванны, ультразвуковая волна проходит по электродной проволоке, перемыцке, образуемойкаплей расплавленного металла и металлом сварочной ванны в сварочнуюванну, т,.е. Ультразвуковые колебаниякороткими импульсами передаются металлу сварочной ванны, цто способствует измельчению и дезориентацииструктуры металла шва,На чертеже показано. устройстводля осуществления предложенного способа,Устройство для осуществления предложенного способа состоит из последовательно соединенных ультразвукового генератора 1, ключа управленияультразвуковым генератором 2, ультразвуковой колебательной системы, включающей электроакустический преобразователь 3, и механическую колебательную систему 1, концентратор с отверстием для присадочной (электродной)проволоки 5 и изделие 6, а также цепи обратной связи, состоящей из датчика короткого замыкания 7 и усилительно-согласующего устройства 8. В начале сваррчного цикла напряжение.междуизделием 6 и присадочной (электродной )проволокой 5 подается на датчик ко"роткого замыкания 6, который устроенТаблица 1 Амплитуда льтразвуковых ко ебаний,мкме е ее еее е Ток,АДиаметр электродной проволоки мм Зазор,ммТолщина,металла,мм 38-40 26-28 26"28 340-380 470-500 600-630 630-680 0-2 5 810. 48-50 75 26-90 30-3" 28-30 25 27 25-27 20-22 8,3 8,3 8,3 8,3 5 12 14 16 30-3" 30-34 730-770770-810 5 9274так, что, если на его входе имеетсянапряжение, то на выходе оно равнонулю и наоборот. При соприкосновениикапли с расплавленным металлом напряжение изделие"электрод равно нулю,на выходе датчика короткого замыкания появляется напряжение, котороеусиливается усилительно-согласующимустройством 8 и открывает ключ управления 2, которые включает ультразвуковой генератор 1;Ультразвуковые колебания передают.ся непосредственно через каплю, контактируоцую с расплавленным меГалломсварочной ванны, в сварочную ванну. 1 БПроисходит процесс измельчения и дезориентации структуры шва сварочногосоединения,Предлагаемым способом сварки проводилась сварка химических аппаратовиз хромоникелевых сталей типа 18- 10.Свариваемые стали Марки проволоки12 Х 18 Н 9 СВ 01 Х 19 Н 908 Х 18 Н 10 СВ 04 Х 19 Н 912 Х 18 НЗТ СВ 06 Х 19 Н 9 Т 2512 Х 18 Н 10 Г СВ 07 Х 18 Н 9 Т 10Перед употреблением со сварочнойпроволоки удаляют следы масла и загрязнений.Предлагаемым способом проводитсясварка под флюсом и в среде углекис- лого газа (СО 1).В качестве источника ультразвуковых колебаний применяют ультразвуковой генератор УЗГ 2-4, Амплитуда поперечных колебаний электродной проволок 4 изменяется в пределах,6-13,2 мкми изменяется оптическим способом.В начале цикла сварки подаетсяпитающее напряжение на устройство для 4 О 32 6подачи ультразвуковых колебаний, а затем свароцное напряжение на изделие и присадочную (электродную) про" волоку, В промежуток времени до пере. дачи сварочного напряжения кратковременно включается датчик короткого за" мыкания и открывает ключ управления, который включает ультразвуковой генератор, Присадоцная электродная). проволока получает кратковременный ультразвуковой импульс, что свидетель. ствует о том, что устройство готово к работе. С включением сварочного напряжения, датчик короткого замыкания отключает ключ, управления ультразву" кового генератора, Ультразвуковой генератор отключается, Устройство готово для проведения процесса сварки. В начале процесса сварки начинает по-. даваться. присадоцная (электродная) проволока, в момент касания с издели ем срабатывает датчик короткого за" мыкания и включается ультразвуковой генератор, присадоцной (электродной) проволоке передаются ультразвуковые колебания, которые способствуют, в .этот момент, повышению надежного зажигания дуги. Дуга зажигается от" клюцается датчик короткого замыкания и ультразвуковой генератор, начинается процесс сварки, На протяжении этого" процесса последующие соприкосновения капли с металлом и ультразвуко" вого генератора, Частота и длительность ультразвуковых импульсов определяются условиями сварки.В табл. 1 приведены результаты сварки стыковых швов без разделки кромок с обязательным зазором на флюсовой подушке. Напряжение Скоростдуги, В сварки,м/ц7 927432 8 Сварка стыковых швов без разделки ной подваркой швов представлена вкромок с обязательным зазором с руч" табл. 2. Т а б л и ц а 2 Зазор,ммНапряжениедуги,В Диаметрэлектрод-ной проволоки, мм Скоростьсварки,м/ч Амплитуда ультразвуковых колебаний,мкм 26-28 26-28 26-30 30-34 320-360 430-460 580-600 600-650 39-40 48-50 0-1 1-2 7,5 8,3 8,3 8,3 28-30 25-27 25-27 20-22 10 12 16 700-750 30-34 720-750 30-34 8,3 Формула изобретения При амплйтуде ультразвуковых колебаний 7,5-8,3 мкм наблюдается наилучшее влияние ультразвуковых колебаний на иэмельчение и дезориентацию металла шва. Увеличение амплитуды приводит к стряхиванию капли жидкого металла с электродной проволоки.Эксперименты показывают, что ис пользование предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет стабилизировать процесс горения дуги и снижает потори на разбрызгивание присадочного металла, которое проявляется, несмотря на правильно настроенный режим сварки, Получить измельчен 35 ную структуру металла шва эа счет то" го, что ультразвуковые колебания передаются непосредственно через каплю, в сварочную ванну. Коррозионные ис пытания сваренных с ультразвуковыми колебаниями деталей показывают, что при сварке на оптимальных режимах (Л = 75 мкм) наблюдается увеличение стойкости шва и межкристаллитной коррозии. Испытания на межкристаллит 45 ную коррозию проводятся согласно методике ГОСТ 6032-75.Испытания на статическую прочность сварных соединений показывают, что при сварке на оптимальном режиме предел прочности на растяжение увеличи 50вается на 15-20. Измельчение структуры шва сущест" венно снижает склонность металлов к образованию горячих трещин, оказывает благоприятное влияние на коррозионную стойкОсть металла, шва, тем самым значительно увеличивает срок службы сварного соединения, по сравнению с известным. Способ электродуговой сварки, прикотором на каплю расплавленного металла воздействуют импульсами ультразвуковых колебаний, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения путем измельчения и дезориентации струк.туры металла сварного шва и повышенияпроизводительности процесса сварки,начало импульса ультразвуковых колебаний синхронизируют с моментом соприкосновения капли с металлом сварочнойванны, а конец - с моментом отрывакапли от присадочной проволоки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Силин Л, Л. и др. Ультразвуковая сварка, М., Машгиз, 1962, с. 150157.2Авторское свидетельство СССРМ 515608, кл. В 23 К 9/14, 13,05 74. Ог орре ное Редактор Заказ 30 Составитель Г. КИильникова Техред И. Гайду О/15 Тираж 1151 Под ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, й"35, Раушская наб., д, 4/