Способ электронно-лучевой сварки

-ЛУЧ Е В 014 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Пермский политехническийПермское производственное о(54) .СПОСОБ ЭЛЕКТРОННОСВАРКИ Изобретение относится к электроннолучевой сварке и может быть использовано при сварке изделий из сталей и сплавов в машиностроении и других отраслях промышленностиЦель изобретения - повышение качества сварных соединений и упрощение технологического процесса,Это достигается тем, что в известном способе электронно-лучевой сварки, при котором сварку осуществляют за несколько проходов, каждый последующий проход производят с уменьшенной шириной шва, составляющей 70 - 80;ь от ширины предыдущего, для чего при постоянной скорости сварки уменьшают на 40-600 полную мощность электронного луча при сохранении постоянной удельной мощности луча, или увеличивают скорость сварки в 1,8-2,5 раза, а полную и удельную мощность электронного лучавыдерживают постоянной,Л 2, 18 203151)5 В 23 К 15/ОО//В 23 К 103:О(57) Использование: электронно-лучевая сварка высокопрочнь 1 х сталей. Сущность изобретения, сварку осуществляют за два прохода и второй проходпроизводят с шириной шва, составляющей 70 - 800 от ширины первого. Второй проход осуществляют при постоянной скорости сварки, постоянной удельной мощности электронного луча, составляющей 40-600 от полной мощности основного прохода, или второй проход осуществляют при постоянной полной и удельной мощности луча со скоростью сварки, превышающей скорость первого прохода в 1,8-2,5 раза, 2 з,п. ф-лы, 4 ил, 2 табл.гПредлагаемый способ отличается от . способа по прототипу тем, чта каждый последующий проход производят с шириной шва, составляющей 70 - 80% от ширины предыдущего,На фиг, 1 приведен график зависимости ширины шва в средней части ат полнойюееЪ мощности электронного луча и эффективна-Я го диаметра электронного луча; кривые 1, 2, С) 3 - скорость сварки 10 м/ч, эффективный (А) диаметр электронного луча соответственно а 0,5 мм, 0,35 мм, О,б мм; кривые 4, 5, б - скорость сварки 15 м/ч и кривые 7, 8, 9 - скорость сварки 20 м/ч при тех же эффек ееаЪ тивных диаметрах,На фиг. 2 представлено распределение температуры в зоне термического влияния при основном проходе(кривая 10) и вспомогательном (кривая 11), Основной проход Выполнен при скорости сварки 15 м/ч, эффективном диаметре электронного луча 0,50 мм и полной мощности электронногох е Е - Н+2 пЕо2/а ггде Т - температура в заданной точке, С; К- поправочный коэффициент, определяемый экспериментально; 0 - полная эффективная мощность электронного луча, Вт; А - теплопроводность свариваемого материала, Вт/(м град); Н - глубина проплавления, м; Х, У, Е - координаты заданной точки, м; Ч - скорость сварки, м/с; Ьо - постоянная вре мени, с; а - коэффициент температуропроводности, м /с; Ъ - толщина свариваемых2, пластин, м; Я - расстояние стыка от начала коордйнат(за начало координат принимается край одной из пластин), м; Уо - общая ширина свариваемых пластин.На следующем этапе по данной моделирассчитаны ширина швов и распределение температур в зависимости от расстояния от . центра шва (по оси У), перпендикулярно на правлению скорости сварки, При сравнениирасчетных значений ширины шва (в его средней части) и экспериментальных определяют коэффициент К, Применительно к конструкционным сталям и сварке их с использованием энергетических блоков - У 250 А и ЭЛА - 60/15 коэффициент К - 0,92. На фиг. 1 представлены расчетные данные(кривые) и экспериментальные (звездочки).При введении поправочного коэффициента луча 2400 Вт. Вспомогательный проход выполнен при скорости сварки 15 м/ч, эффективном диаметре электронного луча 0,35 мм и полной мощности электронного луча 1200 Вт, 5На фиг. 3 представлено распределение температуры в зоне термического влияния при основном проходе(кривая 12) и вспомогательном (кривая 13). Основной проход выполнен при скорости сварки 10 м/ч, 10 вспомогательный при скорости сварки 20 м/ч, эффективный диаметр электронного луча в том и другом случае составлял 0,5 мм, а полная мощность - 2400 Вт.На фиг. 4 приведена схема наложения 15 основного и дополнительного проходов,Предлагаемый способ электронно-лучевой сварки высокопрочных сталей состоит в следующем, После подготовки изделия под сварку производят предварительный подо грев свариваемых кромок до температуры 250 - 300 С, После подогрева производят прихватку, ток луча при этомсоставляет 20 -30% от рабочего. Прихватка может быть непрерывная и прерывистая, На следующем 25 этапе производят основной сварочный про-. ход, при котором обеспечивают проплавле-. ние свариваемых кромок на всю толщину, После окончания основного прохода производят дополнительный проход, при котором ширина шва составляет 70-80% от ширины шва основного прохода, Для того, чтобы обеспечить ширину шва дополнительного прохода в пределах.70-80 от основного используют следующие технологические 3 приемы;при постоянной скорости сварки умень-шают на 40 - 600 полную мощность электронного луча при сохранении постоянной удельной мощности луча;. 4полную и удельную мощность электрон-: ного луча выдерживают постоянной, а скорость сварки увеличивают в 1,8 - 2,5 раза,При таком соотношении ширины швов дополнительного и основного проходов, участок зоны термического влияния, нагреваем при сварочном проходе от температуры плавления (Тол) до температуры начала интенсивного роста зерна аустенита (Тн,и.р,), при дополнительном проходе с 5 уменьшенной шириной шва нагревается до температуры от Асз(конец фазового превращения) до Тн,и,рВ результате такой обработки происходит измельчение зерна аустенита в зоне термического влияния с крупным зерном (образовавшейся ранее при основном сварочном проходе).После сварочного и дополнительного проходов производят второй дополнительный проход, роль которого сгладить шов и уменьшить скорость охлаждения в интервале наимень ей устойчивости аустенита, При втором дополнительном проходе примерно вдвое уменьшают полную мощность и в 3 - 5 раз удельную мощность электронного луча (по сравнению со сварочным проходом).Методика выбора режимов основного (сварочного) и дополнительного проходов заключается в следующемНа первом этапе исследовалось распределение температур в сварном соединении на персональном компьютере.ВМ РЯ, для чего была разработана трехмерная математическая,модель электронно-лучевой сварки с глубоким проплавлением, имеющая вид К О 1 Г Х+/о+МиЕ+Н+2 прог 110 20 25 30 35 шения числа проходов 40 45 50 55 экспериментальные данные практически неотличаются от расчетных (кривые 4 и 8).В зависимости от скорости сварки, полной мощности электронного луча и удельной мощности (регулируемой за счетизменения эффективного диаметра электронного луча) были получены кривые распределения температуры на оси У. По этимк,ривым выбраны режимы для основного,сварочного прохода и дополнительного таким образом, чтобы эонатермического влияния, нагреваемая при основном проходедо интервала от 1200 С (Тн,и,р,) до 1510 С(Тпл), нагревалась дополнительным проходом до температуры, лежащей в интервалеот 900 С(Асз) до 1200 С(Тн.и,р.),На третьем этапе применительно к выбранным режимам оценивалось отношениеширины шва дополнительного прохода к основному. Установлено, что такое соотношение находится в пределах 0,7-0,8. Присоотношении менее 0,7 часть зоны термического влияния после дополнительного.прохода не подвергается перекристаллизации,а при соотношении более 0,8 часть эонытермического влияния после дополнительного прохода будет вновь нагрета до температур более Тн.и,р,.Таким образом, за оптимальное соотношение ширины шва дополнительного прохода к основному принята величина 0,7 - 0,8,На четвертом этапе, в результате анализа экспериментальных и расчетных данных,были определены также технологическиепараметры основного и дополнительногопроходов, которые бы обеспечили отношение ширины шва дополнительного проходак основному в пределах 0,7-0,8. Установлено, что оптимальными являются следующиеизменения технолЬгических параметров:при постоянной скорости сварки уменьшают на 40-60 О полную мощность электронного луча, при сохранении постояннойудельной мощности луча;увеличивает скорость сварки в 1,8-2,5раза, а полную и удельную мощность электронного луча выдерживают постоянной. Нафиг, 2 и 3 представлено распределение температур при том и другом приеме.Способ был опробован при электронно-.лучевой сварке специальных образцов толщиной 15 мм, собранных в замковоесоединение со свариваемой толщиной 7,5мм. Свариваемая сталь-ЗОХ 2 М 2 ВФМА-Ш,Сварка производилась по трем вариантам:1- предварительный подогрев лучом до250 С, сварка на заданную глубину проплавления, отпуск лучом до 600"С в течение 20 мин;2 - сварка на заданную глубину, второй проход на глубину 0,75 мм от основного прохода, третий - на глубину 0,5 и четвертый - на глубину 0,25 от основного, отпуск лучом до 600 С в течение 20 мин (прототип);3 - предварительный подогрев лучом до 250 С, сварка на заданную глубину проплавления, дополнительный проход с уменьшенной шириной шва (равной 75;) разглаживающий проход, отпуск лучом до600 С е течение 20 мин (предлагаемый способ),В табл, 1 представлены режимы сваркии результаты испытаний на ударную вяэкость металла шва и эоны термического влияния,В табл. 2 представлены экспериментельные данные при различных соотношении ширины шва дополнительного прохода к основному.Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение сварных соединений из высокопрочных сталей с высокой ударной вязкостью, не уступающей требованиям технических условий к основному металлу.Положительный эффект от использования заявленного способа по сравнению с прототипом заключается в повышении качества сварных соединений, за счет повышения ударной вязкости и е повышении производительности труда, за счет уменьФ о р мул а из о 6 рете н и я ,1, Способ электронно-лучевой сварки, еысокопрочных сталей, при котором сварку осуществляют не менее чем за два прохода, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений и упрощения технологии сварки сталей типа ЗОХ 2 М 2 ВФМА, второй проход производят в режиме, обеспечивающем ширину шва, равную 70 - 80 от ширины.шва первого прохода. 2. Способ по и. 1,отл и ч а ю щи йс я тем, что второй проход осуществляют на постоянной скорости сварки, постоянной удельной мощности луча и полной мощности луча,.равной 40-60 оь от полной мощности луча при выполнении первого прохода,3. Способ по и, 1,отл ич а ю щи йся тем, что второй проход ведут при постоянной полной и удельной мощности луча и со скоростью сварки, превышающей скорость сварки первого прохода в 1,8-2,5 раза,1812031 Таблица 1 Скорость Ус коря юсварки, м/ч щее напряжение, кВ Ток фокусирующей линзы, мА Ток луча, мА Проходы Ударнаявязкость,кгс/см Место разрушения-2 мА - 2 мА э.т,в,20 15 40 20 20 60 60 60 60 60 9,0 15 15 15 1515 9,12 12,4 9,67 шов з.т,в. шов ТУ-1 - 847-79 ударная вязкость К 0 должна быть не ме ри меч а ние. по нее 9 кгсм/см; остр. - острый фокус, определяется предварительно. Таблица 2 Проходы Скорость сварки,м/чУдарная вязкость (средняя из 3-х результатов), кгсм/см 2 6,2 9,3 80 10 9,1 70 7,3 65 СварочныйВторой проходтретий - " -четвертый - "СварочныйДополнит,Разглажив,СварочныйДополнительныйСварочныйДополнительныйСварочнййДополнительныйСварочныйДополнительныйСварочныйополнительный 10 15 10 18 10 20 10 25 10 30- 2 мА - 2 мА - 2 МА .-1 мА 7 асфокусир. до ширинышва Отношение ширины шва дополнительного прохода к основном.г. оставитель И,Сталя ехред М,Моргентал Корректор Г,Кос Редактор каз 1550 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиямпри ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб.4/5 ательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Производств