Способ дуговой сварки

Союз СоветскинСоциалистическиеРеспублик ОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОВС КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 09. 08. 79 (21) 2809275/25-27с прнсоединеннеи заявкн РЙ -(5 )М, Кл. В 23 К 908 Ъеударстеенный кемнтет по делам нзабретеннй и отерытнй(53) Д( 621,791. .751088.8) Дата опубликования описания 0110.81 А. И. Акулов, Г, Г, Чернышов, А,:М. Рыбачук.В. Ф, Кубарев, О, А, Маслюков и К. Е. Пономарев(54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ Изобретение относится к производству сварных конструкций и может быть применено преимущественно при дуговой сварке стыковых соединений труб, оболочек и плоскостных конструкций без использования подкладок.Известен способ дуговой сварки, при котором на ванну расплавленного металла действуют поперечным постоянным магнитным полем, и обеспечивая0 постоянство величины направления тока в сварочной ванне за счет скольжения вслед за сварочной ванной токо- подвода сварочной цепи, осуществляют взаимодействие силы тяжести рас 5 плава ванны с электромагнитными силами, создаваемыми постоянным поперечным магнитным полем и сварочным током, протекающим по расплаву 1 ,Однако этот способ ненадежен, потому что сварочная дуга горит неустойчиво уже при невысокой индукции магнитного поля. Для дуги, имеющей силу сварочного тока 200 А и длину 0,25 см, критическая величина индукЮ ции магнитного поля составляет 0,035 Т 2 1.Однако для получения практического эффекта формирования сварного шва необходима индукция магнитногополя более 0,08 Т Г 31.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ дуговой сварки с принудительным формированием шва, при котором на сварочную ванну и дугу воздействуют квадрупольным магнитным полем, симметричным относительно оси дуги, осуществляя воздействие на расплавленный металл и дугу электромагнитных сил, Этот способ более совершенен, так как процесс горения дуги более устойчив потому, что напряженность такого поля на оси сварочной дуги нулевая 4 1Однако ввиду того, что дуга материальна и занимает в пространстве определенный объем (например, 06754 т 8обычно столб дуги имеет диаметр,равный 3-4 мм), окружающие дугу магнитные поля воздействуют на дугу, дсформируя ее вдоль или поперек осишва в зависимости от направления по-.ПЕРЕЧНЫХ МаГНИтНЫХ ПОЛЕЙ. НаПРавт 1 Ение и величина деформирования сварочной дуги однозначно связаны величинойи направлением квадрупольного магнит.НОГО ПОЛЯ, ЧтО НЕ ПОЗВОЛЯЕТ ОДНОВР- 11 тменно эффективно управлять формой дутги и формированием шва,Этот недостаток определяет целыйряд ограничений для примецения известного способа.1.тС повышением напряжеццости маг -нитного поля даже в предатах, необходимых для создания эффективногосилового воздействия ца жи 11 кий металлдуга чрезмерно деформируется, теряяпри этом устойчивость и концентрациюэнергии в пятне нагрева, Это особеннохарактерно для сварки плавящимс 51 ээ 1 ектрОДОм, коГДа ДуГа перебр 51 сьтва ется 1(эПЕРИФЕРИИ тОРЦа ЭЛЕКТРстда КОтоРЫйИЗ - За ПЕРЕМЕННОЙ К 1 Эт 111 ЭЦЗ 11 Ы ПЕ 1)ПОДИЧЕСКИ ВЫХОднт ИЗ ГОЧКИ С 1 тмметрИИ МаГНИтного поля, где ма 1"ьитцая инлукцияРаВНа НУЛЮ И ПОПаДВЕТ В ТОЧКИт ИМЕЮЩИЕ Зцаъ 111 ТЕЛЬНЫй УРО 11 ЕЦЬ МПГНИТ;той;П 1=т,эп,цукции а С уществуе 1 11 р еде:1 ь т 1 ый 1 р э,11 т е цтиндукции магнитного поля вдоль 001сварочной ванны при к 001 эом тз 1 эуШаЕТСЯ СтабиттЬНОСТЬ 1 отЭЕтттИ 51,1.;ГИ, Нрн,",.Варке с цаправлснием т:ВПД 1 эуитэль 11010ма Гн 11 тцО 10 ПОЛЯ 5 Обе сне п 1 В 11 ющ 1 ы Б ж 11 Д"КОМ 11 Етат 1 ЛЕ ВОЗНИКНОВЕНИЕ ОбЪСМЬЫХЭЛЕКТРОМНГНИтНЫХ СИЛ, аПРВВЛЕН 1 ттттк 0 Гкорня шва к его поверхцос:;и, дугаобязательно растянута т;,цолт шва,4 ОПри сварке с направлением квдлру 1 тОЛЬНОГО Ма 1 НИТЧОГО ПО,-1 Я, ОбОСПЕЧИ- влющим действие на жидкий металл ОбЪЕМНЫХ ЭЛЕКтрОМаГНИтт 1 Ь"Х СИЛ,. Паправленных От поверхности шва к его корню дуга растянута поперек шва. Поэтому известный способ, обеспечивая силовое воздействие ца жидНнй МЕтаЛЛ В НУЖНОМ НацРаВЛЕЦЧт 1, Ц; дозволяет вести сварку цедеформированной дугой или дугой, растянутой в ином направлении, чем направление от растяжения дуги, вызываемого квацрупольньы магнитньп 1 полем, что ограничивает управление формой проплавтлт 11 тэ 1: металла. Поэтому применение известного способа огра 1 п 1 чецо. Цель изобретения - повышение качества сварки путем управле 1 ия формой проплавлеция и формированием шва.Эта цель достигается тем, что в способе дуговой сварки с принудительным формированием шва, при котором на сварочную ванну и дугу воздействуют управляющим квадрупольным магнитным полем, на сварочную ванну и дугу Воздействуют дополнительным упра 1 эляющим квадрупольным магнитным полем, которое генерируют внутри основного поля и направля 1 от противопоЛОжНа Ет 1 т,11 зменяя магнитную индукцию дополнительного управляющего квадруполь- НОГО МВГИИТЦОГО ПОЛ 51 т ИЗМЕ 1 т 51 ЮТ И,. аг,;ит: Ртю индукцию цол 51, схммарцОГО0" ОГЦОВ 110 ГО И,ЦОПОЛНИТЕЛЬНОГО ВЫ зывая этим изменение формы сварочной дуги, что приводит В свою Очередь к 11 змецацию формы 1;роплавления.,.1 ля выполнения сварки недеформироганной дугой и обеспечения ее устой - 1 ИВОСти ОСНОВНОЕ И дОПОЛНИтЕЛЬНОЕ ПО 11 я Генериру Вт си 1 с 1 етр 51 чнъ 1 ми относительно проекции Оси электрода ца осьШВа т" Г 1 ЭаэцтЕНТОМ ИцдуКПИИ дОПО:1 НИ - тельного поля в зоне горения дуги,равным ПО Величиье градиенту ицдукЦ 1 П 1 ОСНОВНОГО ПОЛЯ.Поскольку индукция магнитных квадрупольцых полей в точке их симметрии РОВ 1:а 1 т 1 Л 10 т а ГРВДИЕНТт 1 ИЦДУКПИИ зоцс: горсния дуги равны ПО величине и противоположны по направлению, то зо - на Горения дуги сказывается областью с нулевой индукциеи, :,е, без магнитнь 1 х полей. Последнее сохраняет сварочную дугу недеформированной и повышает устойчивость ее горения при одновременном силовом воздействии основного квадрупольцого магнитного поля на жидкий металл сварочной ванны.ЛЛ 51 обеспечения сварки дугой, деформ 11 ровацной в цаг 1 равлении, перпендикулярном направлению деформирования ее основ 5 пм магнитным полем, доПтз 1111 ИТЕ 1.ЬНОЕ МаГЦИТНОЕ ПОЛЕ ГЕНЕРИ -руют с:.радиецтом индукции в зонегорения дуги, превышающим градиентиндукции основного поля,В этом случае в зоне горения дуги результирующее магнитное поле направлено противоположно основному и вызывает деформирова 1 В 1 е дуги в направттекяи, перпендикулярном напр авлению деформирования дуги основным полем,Режимы сварки: сварочный ток 250 А;, напряжение на дуге ОВ; скорость сварки 8 мlч; индукция основного магнитного поля в хвосте сварочной ванны 0,12 Т; градиенты индукции основного и дополнительного магнитного поля в зоне горения дуги равны 8 10".Г/мм.Это обеспечивает в зоне горения дуги нулевую индукцию суммарного маг 5 8615На фиг. 1 приведена схема горения дуги в квадрупольном магнитном поле при симметричном относительно проекции оси электрода на ось шва расположении полюсов основного и дополнительного управляющих полей. Полюса обоих полей расположены противоположно, что обеспечивает в зоне действия управляющего поля встречное направление магнитных потоков, и, соатветст венно, возникновение при сварке противоположно направленных сил (Г и Гд 0 п), действующих на дугу.Изменение величины Гп приводит к изменению суммарной силы, действующей 15 на дугу. Изменение величины Гпри постоянной величине и направления силы Е достигается изменением величины магнитной индукции дополнительногс поля, 20На фиг. 2 показано изменение индукции результирующего магнитного поля (кривые 1-3) при заданном изменении индукции основнога магнитного поля кривая В Н) и различном характере 25 изменения индукции дополнительного поля ( кривые 4-6 ) по длине сварочной ванны.В случае равенства в зоне горения дуги величины градиентов индукции основного и дополнительного полей (кривая В и кривая 5) магнитная индукция результирующего поля в зоне горения дуги равна О (кривая 2). В этом случае на сварочную дугу магнитное35 поле не действует - дуга не деформирована. При величине градиента индукции дополнительного поля, превышающей в зоне горения дуги величину градиента 4 О индукции основного поля ( кривая 6), индукция результирующего поля имеет направление индукции дополнительного поля, противоположное направлению индукции Оснсвнсгс поля кривая 3)и 45 оказывает дефсрмиравание дуги в направлении, перпендикулярном направлению дефармиравания ее основным полем.При величине градиента индукции дополнительного магнитного поля, 50 меньшей градиента индукции основного поля (кривая 4), результирующее поле имеет индукцию того же направления, что и основное поле, но с меньшим градиентам индукции, в зоне горения дуги кривая 3), чта приводит к ослаблению дефсрмирсвания сварочной дуги,П р и м е р 1. Способ используют для сварки недеформированной дугой при удержании металла сварочной ванны от опускания на стали Х 18 Н 1 ОТ толщиной 4 мм.Сварку производят вольфрамовым электродом в среде аргона. Источник питания сварочной дуги - сварочный выпрямитель ВСВУ. Электромагниты запитывают ат стандартньгх выпрямителей, полярность последних аналогична изображенной на фиг. 1, Квадрупсльные магнитные поля симметричны относительна проекции оси электрода на свариваемые стыки, Тскоподвод осуществляют с хвоста ван 1 гьВведение основного и дополнительного квадрупольных магнитных полей в сварочную ванну осуществляют двумявстречно включе.ппми парами электрсмагнитсв, причем пара электромагнитовосновного поля Охватывает пару элек -трамагнитов дополнительного доля. Полюса электромагнитов располагают на расстоянии 1-3 мм от поверхности свариваемога металла.Сварочная горелка находится внутри управляющего поля. Сначала включают ток в катушках электромагнитов основного поля в направлении, обеспечивающем действиена жидкий металл сварочной ванны электрамагнитньх сил, направленных от корня шва к его поверхности. Затем иэменекием величины тока или числа витков в электромагнитах Основного поляустанавливают необходимую напряженность основного поля, обеспечивающую необходимую величину силового воздействия на хвостовую часть сварочнойванны. Затем включают так в катушках электромагнитов дополнительногополя в направлении, противоположномнаправлению тока в катушках основного поля, и изменяя ега величину иличисло витков катушки, по которым проходит так, устанавливают необходимуювеличину градиента магнитной индукции допалнительнагс поля в зоне горения дуги, в данном примере равнуюградиенту магнитной индукции основнога поля в зоне горения дуги.нитного поля, поэтому дуга недеформирована. А основное поле в хвостес.арочной ванны поддерживает жидкийметалл от провисания, что обеспечивает форму проплава эаподлицо с поверхностью околошовной эоны.П р и м е р 2. Предлагаемый способ сварки опробуют с целью повышенияскорости сварки без дефектного с 1 эорми"рования сварных швов. Обычно сва 1 эсена больших. скоростях препятствукэт Возпи 1 сающие дефекты формирования сварных ШВОВ типа ГрубоЙ чешуйчатости,прерывистости формирования.При наложении на сварочную ваннуобьемных сил, направленных от поверхности шва к его корню, изменяется характер течения жидкого металлаВ Ванне, ч го обеспечивает бездефект"ное формирование сварного шва. г 1 ополнительное поле обеспечивает недо;1 эсэрмированную форму дуги. Проплавляютсталь Х 18 Н 10 Т толщиной б мм, Электромагнитные поля устанавливают аналогично примеру 1, но противо:сэлс:ь.;ягэ направлением токов в кагу;пкззэс,Режим сварки: сварочный гак 150 А;напряжение на дуге 12 11," скоростьсварки 70 м/ч; магнитная индук 1 п.я сэг.нОВНОГО маГнитноГО поз 1 я в хвост ОНОЙ 30части сварочной ванны 0,09."э 1 . "Гопи -енты индукции обоих попей в :зоне гсэ/репия дуги 4,8.10 Т,мм., При сваркена гех же режимах, но без магнитныхполей, шов имеет дефекты в виде .-од 1 эазов (глубин 011 1 мм ) и Витянутье3 азовые полости в илзе, фсэрмигэо 1 занпг поверхности шва прерывисгое, Вол".нообразное.При сварке с магнитными полям;.40происходит бездефектное формирование11швоэз эа счет "разглаэюлгзающего дейст-.вия объемных электромагнитных сплэкндком металле ванны. Способ позволяет широко и эффективно управлять формой сварочной ду ги и формированием шва в целом, Опобеспечивает устойчивый процесс. сварки с электромагнитйым удерживаниемнарочной ванны, в том числа н при сварке плавящимся электродом, чго позволяет отказаться от подкладок и замковых соединений. Последнее значительно нижает общую трудоемкость изготовления сварньпс конструкций и повышает качество сварных соединений так как ликвидируются концентраторы в корне шва,Способ позволяет также производить сварку с качественным формированием шва на больших скоростях, неосуществимых при использовании известных способов, Это позволяет внесколько раз увеличить производительность бездефектной сварки(скорость сварки до 70 м/ч).Предлагаемый способ позволяет вести сварку дугой с сечением наперед заданной формы вне зависимости от характера силового воздействия на хвостовую часть ванны, что вызывается необходимостью получения различных форм проплава (геометрии).11 апример, при сварке тонколистоВого металла во избежание прожогов более благориятна сварка дугой, расгянутой поперек шва, а во избежание провисания ванны необходимо ее удержанне,Формула изобретения1. Способ дуговой варки с принудительным формированием шва, при котором на сварочную ванну и дугу гОЗДЕйСТВУЮТ УПРаВЛЯЮЩИМ КВаДРУПОЛЬ- ным магнитньгм полем, О т л и ч а ющ и Й с я тем,. что, с целью повышепия качества сварки путем управления формой проплавления и формированием щва, на сварочную ванну идугу воздействуют дополнительным уп - равляющим квадруполыъм магнитным полем которое генерируют внутри Основного поля и направляют противоположно ему.2, Способ по и, 1, о т л и ч а ющ и Й с я тем, что, с целью выполнения сварки недеформированной дугой и обеспечения ее устойчивости, основное и дополнительное поля генерируют симметричными относительно проекции оси электрода на ось шва с градиентом индукции дополнительного поля в зоне горения дуги, равным по величине градиенту индукции основного поля.3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, -.то, с целью обеспечения сварки дугой, деформированной в направлении, перпендикулярном направлению деформирования ее основным магнитным полем, дополнительное магнитное поле генерирует с градиенгом индукции в зоне горения дуги, 867548 10превышающим градиент индукции основного паля,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 336113, кл. В 23 К 9/ОИ, 15.12.69,2. Гаген Ю. Г. и Таран В. Д. Сварка магнитно-управляемой дугой, М.,"Машиностроение", 1970, с. 20, рис.13. 3. Акулов А. И. и Рыбачук А, И.Удержание жидкого металла сварочнойванны паперечкьщ магнитным полем.-"Сварочное производство", 1972, 5 У 2, с. 3-4.4. Акулов А. И. и Рыбачук А, М,Удержание сварочной ванны попереч"ным магнитным полем при сварке плавящимся электродом. - Сварочное производства", 195, 11 11 (прототип 7.а.86548 6(т) Составитель Г. Квартальноваедактор Н. Кешеля Техред М, Рейвес Корректор С, Шекм За По с С митета ткрыт д. 4/5 ская на"Патент 4 ул. Проект Ужго 76/11 ТиражВНИИПИ Государспо делам изо113035, Москва,енного, кетеннй и