Сварка по узкому зазору
Одним из способов повышения производительности дуговой сварки процессов является сварка плавящимся электродом по узкому зазору. Однако при реализации данной технологии часто сталкиваются с проблемой возникновения дефектов формирования швов: несплавления и непровары у кромок разделки. В связи с этим актуальным остается вопрос оценки возможных погрешностей параметров сварочного процесса, случайные отклонения которых могут приводить к возникновению подобных дефектов. Предложено оценивать вероятность возникновения дефектов формирования швов по отношению разности номинального и предельно-допустимого значений проплавления к его отклонению вследствие нестабильности параметров сварки с помощью функции Лапласа. Допуски на отклонения параметров сварки можно определить, решая обратную задачу по оценке вероятности возникновения дефектов. Полученные результаты согласуются с результатами экспериментального исследования влияния параметров режима многопроходной сварки на формирование отдельных слоев в узком зазоре и могут быть использованы при создании технологии сварки. ичного слоя. Результаты исследований могут быть использованы при разработке конструкций сверхвысокотемпературных паровых турбин с охлаждаемыми лопатками. ты эксперимента подтвердили корректность принятых при расчете допущений.
Литература
[1] Шолохов М.А., Ерофеев В.А., Оськин И.Э., Полосков С.И. Моделирование особенностей формирования шва при сварке плавящимся электродом по узкому зазору. Заготовительные производства в машиностроении, 2013, № 2, с. 11–16.
[2] Тарарычкин И.А. Статистические критерии оценки качества продукции и состояния сварочных технологических процессов. Тяжелое машиностроение, 2008, № 9, c. 23–26.
[3] Рыбачук А.М., Чернышов Г.Г. Распределение сварочного тока в изделии и ванне при дуговой сварке. Сварка и Диагностика, 2011, № 6, c. 16–20.
[4] Papritan J.C., Helzer S.C. Statistical process control for welding. Welding Journal, 1991, vol. 70, no. 3, pp. 44–48.
[5] Тарарычкин И.А. Исследование влияния параметров режима многопроходной сварки на формирование отдельных слоев в узком зазоре. Вісник Східноукраїнского національного університету, 2001, № 2(36), c. 190–194.
[6] Ono H., Obata R., Teramoto T., Matsuda T. Observation of Penetration Shapes in Narrow–gap MAG Welding. Quarterly Journal of the Japan Welding Society, 1983, vol. 1, no. 1, pp. 83–90.
[7] Ерофеев В.А. Решение задач оптимизации технологии на основе компьютерного моделирования процесса сварки. Сварочное производство, 2003, № 7, с. 19–26.
[8] Шолохов М.А., Ерофеев В.А., Полосков С.И. Компьютерный анализ особенностей заполнения разделки при двухдуговой сварке плавящимся электродом по узкому зазору. Сварка и Диагностика, 2013, № 3, с. 14–19.
[9] Волченко В.Н. Оценка и контроль качества сварных соединений с применением статистических методов. Москва, Изд-во стандартов, 1974. 158 с.
[10] Ozcelik S., Moore K., Naidu D.S. Modeling, sensing and control of Gas Metal Arc Welding. Oxford, Elsevier Science Ltd., 2003. 372 p.
Диссертация (Развитие элементов теории формирования шва и технологических основ многопроходной сварки плавящимся электродом по узкому зазору корпусных конструкций специальной техники из высокопрочных сталей), страница 10
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Развитие элементов теории формирования шва и технологических основ многопроходной сварки плавящимся электродом по узкому зазору корпусных конструкций специальной техники из высокопрочных сталей". PDF-файл из архива "Развитие элементов теории формирования шва и технологических основ многопроходной сварки плавящимся электродом по узкому зазору корпусных конструкций специальной техники из высокопрочных сталей", который расположен в категории " ". Всё это находится в предмете "технические науки" из раздела "", которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "диссертации и авторефераты" в общих файлах, а ещё этот архив представляет собой докторскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени доктора технических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст 10 страницы из PDF
1.17.62абРис. 1.17. Оборудование для реализации двухдуговой сварки: а - длясварки в раздельные сварочные ванны; б - для сварки в общуюсварочную ваннуДанные процессы сварки имеют и другие различия:- при двухдуговой сварке две элетроизолированные друг от другаэлектродные проволоки раздельно подаются через две сварочных горелки собразованием двух сварочных ванн от двух сварочных источников.
Внекоторых случаях возможно объединение двух электроизолированныхтокоподводов в общем сопле с горением дуг в общей ванне;- при двухэлектродной сварке расщепленным электродом, электродныепроволоки подаются в общую сварочную ванну через общее сопло. Обе дугизапитываются от общего источника, либо от двух сварочных источников,соединенных параллельно.
При этом, электродный металл может поступать в63сварочную ванну как вдоль, так и поперек стыка, рис. 1.18.Рис. 1.18. Расположение электродов вдоль (а) и поперек стыка (б)При расположении электродов вдоль стыка достигается максимальнаяглубина проплавления, тогда как при их расположении поперек стыка –максимальная ширина наплавки при ее минимальной глубине.
Кроме тогоследует учитывать, что при реализации процессов тандем сварки основныепараметры каждой дуги можно регулировать раздельно, тогда, как длядвухэлектродной сварки скорость подачи проволоки является единственнымпараметром, который может быть изменен в процессе сварки. В большинствеслучаев, важным условием двухдуговой тандем сварки является исключениеусловийобразованиядвухэлектроднойобщейсваркисварочнойрасщепленнымванны,тогдаэлектродом-какдляобразованиераздельных ванн. Следует также отметить, что варианты сварки с общимсоплом под две проволоки, в основном используются при механизированнойи роботизированной сварке.Так как процессы двухдуговой сварки обеспечивают тепловложение вболее широких пределах, то ее применение при сварке высокопрочныхсталей ограниченной свариваемости более перспективно, так как позволяет,при определенных условиях, повысить стойкость шва и ЗТВ к образованиюхолодных и горячих трещин за счет обеспечения необходимых скоростейохлаждения [84, 85].
Помимо этого можно обеспечить более высокиемеханические свойства сварных соединений [69], табл. 6.64Таблица 6.Влияние термического цикла двухдуговой сварки на показательсопротивляемости замедленному разрушению [69]№ серииобразцов12Марка стали30ХГСА3Вид сваркиω6-4, ºС/сω4-2, ºС/сАуд, Дж/м2Однодуговая12,8 – 12,44,7 – 4,51256,6 – 6,22,3 – 2,07324,2 – 3,91,8 – 1,6820Двухдуговая4Однодуговая12,2 – 12,04,8 – 4,32025Однодуговая сподогревом7,1 – 7,01,2 – 1,17,0 – 6,82,7 – 2,5Неразрушился6125,9 – 5,62,5 – 2,27103,9 – 3,01,0 – 0,812,8 – 12,65,2 – 4,9Неразрушился195Типа14ХН3МДА67Двухдуговая89Однодуговая12Х2НМФАНеразрушилсяПриведены минимальные и максимальные значения скоростей охлаждения и средние10Двухдуговая3,2 – 3,01,3 – 1,1значения Ауд по результатам трех испытанийОдновременно при двухдуговой сварке значительно повышаетсяпроизводительность процесса сварки до 6-9 кг/час.Нанашвзгляднаиболееперспективнымпутемдальнейшегорасширения технологических возможностей двухдуговой сварки в защитныхгазах корпусных конструкций, не требующего значительной перестройкипроизводственных мощностей является применение при их сварке разделокособой, зауженной формы (щелевых разделок).
Из работы [86] известно, чтосебестоимость 1 м шва для обычных способов сварки возрастаетпропорционально квадрату толщины свариваемого металла, тогда как длясварки в узкую разделку себестоимость растет пропорционально толщинеметалла. Поэтому экономическая эффективность применения сварки поузкому зазору особенно высока для сварки более толстого металла. При этомвозможноеувеличениепроизводительностипроцессасваркиможет65составить до трех раз в сравнении с двухдуговой сваркой в стандартнуюразделку.
Применение способа сварки по узкому зазору дает положительныерезультаты уже на толщинах 16…20 мм, однако наибольший экономическийэффект и повышение качества сварных соединений достигается для толщинметалла 100 мм и выше [87].Из работы [88] известно, что в процессе сварки вследствие деформациисоединяемых элементов может происходить закрытие («схлопывание » )кромок. Поэтому для компенсации подобного явления и удержания ширинызазора в назначенных пределах, кромки стыка для сварки по узкому зазоруцелесообразно скашивать под углом 0,6°-1,5° В отечественной практике,например при сварке нефте- и газопроводов, применяются разделки снесколько большим углом раскрытия кромок - от 4° до 12° [89]. Однако и вэтом случае угол раскрытия кромок в 2,5 – 4 раза меньше, чем для наиболеераспространенных типов разделки, используемых для сварки корпусныхконструкций.Зависимость количества проходов от угла раскрытия кромок присварке стыковых соединений показана на рис.
1.19.абвРис. 1.19. Зависимость количества проходов от угла раскрытия кромок:а) 18 проходов, б) 14 проходов, в) 7 проходовНаглядно видно (табл. 7), что использование зауженных разделокзначительно уменьшает объем наплавляемого металла, с одновременным66уменьшением расхода сварочных материалов, а, следовательно, повышениемпроизводительности сварочных работ.Таблица 7.Соотношение площадей наплавленного металла при различных видахразделки [90]Площадь наплавленного металла по форме разделки, мм2Форма разделкиТолщинаметалла, ммС9С17С25Щелевая 10 мм1061,145,118,110020211,1173,454,320030422,7373,3112,630040748,6643,0189,0400501125,1980,3282,4500- область эффективного использования зауженных (щелевых) разделокЗамена общего угла разделки кромок в корпусных конструкциях с40…600 на 14…240 значительно повысит общую производительностьсварочных работ.Эффективным путем обеспечения высокой плотности тока в активномпятне дуги на торце плавящегося электрода и минимизации блуждания дугив приосевой зоне, при сварке в зауженные разделки применяют тонкуюэлектродную проволоку диаметром 0,8 – 1,2 мм, либо толстую – диаметром 2– 4 мм.
В настоящее время сварка по узкому зазору получила наибольшеераспространение при сварке под флюсом [91]. Связано это с тем, что присварке по узкому зазору тепловое воздействие дуги на сварное соединение вомногом сходно с термическим воздействием при сварке под флюсом втрадиционнуюразделку.Крометого,примногопроходнойсваркепроисходит многократное перекрытие участков шва и ЗТВ с грубой67кристаллической структурой зоной термического влияния последующихваликов. Благодаря такому тепловому воздействию структура нижних слоевшва улучшается, по сравнению с структурой верхних слоев. Этоподтверждают результаты многочисленных испытаний на ударную вязкостьразличных слоев шва, которые показывают, что ударная вязкость верхнихслоев всегда более низкая, чем у слоев более близких к корню шва. Поэтомусварка под флюсом по узкому зазору широко применяется при изготовлениикрупногабаритных изделий из толстостенных металлов типа сосудовдавлениядляатомнойэнергетики,нефтяногоихимическогомашиностроения, судо- и турбостроения, строительства сооружений воткрытом море.
Реализуются и процессы двухдуговой сварки под флюсом[92]. Однако двухдуговая сварка в защитных газах по узкому зазору покаполучила меньшее распространение, чем двухдуговая сварка под флюсом.Связано это с тем, что стойкость против образования холодных трещин ЗТВсварных соединений, выполненных двухдуговой сваркой в узкий зазорнесколько ниже, чем при сварке в стандартные разделки [93]. Помимо этогона механические свойства металла шва, выполненного по узкому зазору,влияет целый ряд и других факторов, главный из которых неблагоприятныйфронт кристаллизации сварочной ванны. Для изменения неблагоприятногофронта кристаллизации сварочной ванны было предложено выполнятьсварку с импульсным воздействием дуги и колебаниями конца электроднойпроволокивразделке[94],расположениемгорелокподугломксоответствующей кромке [95].
Однако эффективность применения всех этихметодов и приемов нуждается в дополнительных исследованиях и проверках.Так в работах [92, 93, 96, 97], хотя и отмечают перспективность примененияданного способа сварки для толстостенных изделий из высокопрочныхсталей, однако во всех этих работах указывается об имеющихся проблемах,недостатке, отрывочности и скудности сведений о теории и практическомприменении двухдуговой сварки по узкому зазору.В работе [97] и на рис. 1.20 обобщены проблемы, препятствующие68внедрению двухдуговой сварки при изготовлении корпусных конструкцийРис. 1.20. Проблемы внедрения зауженных разделок [97]Во-первых, это трудности, связанные с доступом в зону сваркиобусловленные шириной разделки:- сложность непосредственного визуального контроля процесса сварки,особенно при сварке корневых и первых заполняющих слоев швов;- обеспечение и поддержание оптимальной величины вылета электрода;- обеспечение надежной газовой защиты зоны сварки, особенно слоевшва в донной части разделки.Во-вторых, это проблемы обеспечения стабильно высокого качествасварных соединений:- возникновение шлаковых карманов;- сложностьобеспечения69качественногоформированияваликов,заданной формы;- отсутствие данных о влиянии параметров сборки на качество сварки;- учет деформаций в процессе сварки и их компенсация путемнекоторого увеличения угла раскрытия кромок;- необходимость подбора сварочных материалов, обеспечивающихтребуемые служебные свойства сварных соединений;- необходимость учета влияния технологических параметров сварки наструктуру ЗТВ основного металла и металла шва.Безусловно, сварка плавящимся электродом в зауженную (щелевую)разделку обеспечивает значительное увеличение производительности за счётуменьшения объёма наплавленного металла.
Однако при использованииподобных разделок возникают вышеупомянутые проблемы обеспечениякачества формирования сварного шва, в частности, возможности появлениянесплавлений (проваров) и глубоких подрезов, шлаковых карманов убоковых поверхностей кромок разделки, повышенного разбрызгиванияэлектродного металла. Так как при сварке по узкому зазору дуга может нетолько просто блуждать по донной части разделки или по поверхностипредыдущего слоя, но периодически переходить на ее боковые поверхности,то именно установление взаимосвязи между её устойчивостью и условиямиформирования швов весьма актуально. К сожалению, из-за нерешенностиэтих и подобных проблем, в том числе по рациональной форме разделок длясоединений, свариваемых под острыми и тупыми углами, зауженныеразделки пока не применяются при изготовлении корпусных конструкцийспециальнойтехники.препятствующихОчевидно,применениюсваркичтопопослеузкомурешениязазорупроблем,корпусныхконструкций, наиболее рациональным путем сварки будет использованиедвухдуговой сварки плавящимся электродом по узкому зазору привыполнении протяженных стыковых, а также угловых и тавровых швов,свариваемых под тупым углом.
Диссертация (Развитие элементов теории формирования шва и технологических основ многопроходной сварки плавящимся электродом по узкому зазору корпусных конструкций специальной техники из высокопрочных сталей), страница 49
Текст 49 страницы из PDF
9. P. 26-32.83. Li K.H., Chen J.S., Zhang Y.M. Double-electrode GMAW process andcontrol // Welding Journal. 2007. Vol. 86. No. 8. P. 231s-237s.84. Numerical simulation for shaping feature of molten pool in twin-arcsubmerged Arc Welding / Y. Shi, X. Liu, Y. Zhang, et al // Open Journal ofApplied Sciences. 2012.
No. 2. P. 47-53.85. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов / А.В. Коновалов,А.С. Куркин, Э.Л. Макаров и др.; Под ред. В.М. Неровного. М.: Изд-воМГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 752 с.86. БарабашЗ.Н.,ГубенкоВ.А.,ШоноС.А.Некоторыетехнологические особенности сварки в углекислом газе в узкую разделку //Сварочное производство. 1973. № 9. С. 19-21.87. Malin V.Y. The state of art of Narrow Gap welding // Welding Journal.1983.
Vol. 62. No. 4. P.22-30.88. Nakamura T., Hiraoka K. Ultranarrow GMAW Process with newlydeveloped wire melting control system // Science and Technology of Welding &Joining. 2001. Vol. 60. No. 2. P. 355-362.36789. Опыт разработки и применения современных отечественныхтехнологий и оборудования для автоматической орбитальной сваркимагистральных газопроводов / О.Б. Гецкин, Е.М. Вышемирский, А.В.Шипилов, С.И. Полосков // Сварка и Диагностика. 2010.
Проценко, А.К. Царюк и др. // Автоматическаясварка. 1991. № 8. С. 52-55.93. Бурский Г.В., Довженко В.А., Стеренбоген Ю.А. Стойкость противобразования холодных трещин ЗТВ соединений стали типа 14ХН3МДА,выполненных двухдуговой сваркой в узкий зазор / // Автоматическая сварка.1990. № 2. С. 20-24.94. Ищенко А.Я., Машин В.С., Пашуля М.П. Технологическиеособенности двухдуговой импульсной сварки плавящимся электродомалюминиевых сплавов // Автоматическая сварка. 2005. № 1. С. 14-18.95.
2012. № 4. С. 64-66.98. Новые разработки в области дуговой сварки в защитных газах /М.А. Шолохов [и др.] // Автоматическая сварка. 2004. № 5. С. 40-46.36899.Баева Л.С., Пашеева Т.Ю. Об усложнении сварочных технологийи необходимости качественного управления их эффективностью // ВестникМГТУ. 2009. Т. 12. № 1. С. 46-51.100. Rosenthal D. Mathematical theory of heat distribution during weldingand cutting // Welding Journal. 1941.
Vol. 20. No. 5. P. 220-234.101.Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. М:Машгиз, 1951. 296 с.102. НиколаевГ.А.,КуркинС.А.,ВинокуровВ.А.Сварныеконструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций:учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1982. 272 с.103. Судник В.А., Ерофеев В.А. Расчеты сварочных процессов наЭВМ. Тула: ТПИ.
1986. 100 с.104. Goldak J., Akhlaghi M. Computational welding mechanics // N-Y:Springer Science+Business Media, 2005. 325 p.105. Березовский Б.М., Стихин В.А. Расчет параметров распределениятеплового потока поверхностной сварочной дуги // Сварочное производство.1980. № 2.
С. 17-19.106. Моделирование и численная имитация импульсно-дуговой сваркеалюминиевых сплавов / В.А. Судник, А.С. Рыбаков, С.В. Кураков и др. //Сварочное производство. 2002. № 3. C. 9-15.107. Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. М.: Машиностроение,1970. 335 с.108. Физико-математическая модель системы «источник питания дуга » для сварки плавящимся электродом в защитных газах / О.Б. Гецкин,С.И. Полосков, В.А.
С. 25-29.369110. Полосков С.И., Ерофеев В.А., Масленников А.В. Моделированиераспределения теплового потока и давления дуги в процессе орбитальнойTIG-сварки // Сварочное производство. 2005. № 8. C. 10-15.111. Полосков С.И., Ерофеев В.А., Масленников А.В. Определениеоптимальных параметров автоматической орбитальной сварки на основекомпьютерного моделирования // Сварочное производство. 2005.
№ 10. C. 613.112. Урусов Р.М., Урусова Т.Э., Нам И.Э. Численное исследованиетечения в капле расплава катода электрической дуги // Теплофизика иаэромеханика. 2008. Т. 15. № 1. С. 139-148.113. Черных А.В., Черных В.В. Расчет температуры электродныхкапель при дуговой сварке плавящимся электродом с помощью методаконечных элементов // Сварочное производство.
2008. № 3. C. 6-7.114. Лебедев В.А. Определение параметров импульсной подачиэлектродной проволоки при механизированной дуговой сварке и наплавке //Сварочное производство. 2008. № 8. C. 11-15.115. Гецкин О.Б., Ерофеев В.А., Полосков С.И. Моделированиепроцессапереносаэлектродногометаллаприсваркескороткимизамыканиями // Автоматическая сварка. 2009. № 2. С. 16-21.116. ВарухаЕ.Н.Расчетскоростиплавленияпредварительнонагретого электрода при сварке в углекислом газе // Сварочное производство.2012. № 2. C.
3 – 8.117. Цвелев Р.В., Ерофеев В.А., Судник В.А. Компьютерная модельформирования шва при сварке под флюсом и баланс энергии процесса //Инновационные технологии и экономика в машиностроении. Томск: ТомПУ,2014. С. 162-166.118. Бровман М.Я. Особенности расчета температурных полей присварке и термической резке // Сварочное производство. 2001. № 7. C. 10-14.119.Попков А.М. Методика определения скоростей нагрева иохлаждения металла при сварке и времени его пребывания выше заданной370температуры // Сварочное производство. 2004. № 6. C.
3-5.120.ДонченкоЕ.А.Расчеттермическихцикловточекприавтоматической сварке и наплавке с учетом особенностей плавленияосновного металла // Сварочное производство. 2011. № 9. C. 3-9.121. Судник В.А. Численный анализ дефектов формы сварного швапри дуговой сварке // Известия Тульского государственного университета.Технические науки. 2008. № 2.
С. 177-185.122. Физико-математическаямодельорбитальнойсваркинеплавящимся электродом в инертных газах: концепция и возможности /А.В. Шипилов, В.А. Ерофеев, Е.М. Вышемирский, С.И. Полосков // Сварка иДиагностика. 2011. № 2. С. 3-9.123. Рыбаков А.С. Физико-математическая модель импульсно-дуговойсварки алюминиевых сплавов: монография. Тула: ТулГУ, 2002.
159 с.124. Математическая модель процесса сварки под флюсом и явлений вдуговой каверне / В.А. Судник, В.А. Ерофеев, А.В. Масленников, Д.В.Слезкин, Р.В. Цвелев // Сварочное производство. 2012. № 7. C. 3-12.125. Герольд Г., Помранке И. Особенности дуговой сварки взащитных газах со струйно-вращательным переносом электродного металла// Автоматическая сварка. 1998. № 11. С. 40-44.126. Судник В.А., Рыбаков А.С.
ЩербаковматематическаяА.В.,модельГончаровисследованияА.Л.,ПортновпроцессовМ.А.Физико-теплопередачиприэлектронно-лучевой сварке изделий произвольной формы // Сварочноепроизводство. 2011. № 11. C. 6-13.130. Ельцов В.В., Потехин В.П., Дитенков О.А. Математическоемоделирование процесса формирования усадочного кратера при наплавке //Сварочное производство. 2012.
Диссертация (Развитие элементов теории формирования шва и технологических основ многопроходной сварки плавящимся электродом по узкому зазору корпусных конструкций специальной техники из высокопрочных сталей), страница 51
Текст 51 страницы из PDF
Vol. 45.Issue 1. P. 27-42.377188. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М.:Металлургия, 1969. 158 с.189. Ganjigatti J.P., Pratihar D.K., RoyChoudhury A. Modeling of the MIGwelding process using statistical approaches // International Journal of AdvancedManufacturing Technology. 2008. Vol. 35. No. 11-12. P. 1166-1190.190.
Methodology for development of welding procedures and empiricalweld process models based on principal component analysis techniques / J. Biglou,D.C. Weckman, G.W. Bennett, H.W. Kerr // Science and Technology of Welding& Joining. 2001. Vol. 6. No. 1. P. 51-62.191. Study of thermally induced residual stresses for stainless steel gradeusing GMAW process / M. Chougule, M.
Unhale, A. Walunj et al // InternationalJournal of Technology Enhancements and Emerging Engineering Research. 2014.Vol. 2. No. 6. P. 17-25.192. High-speed welding of steel sheets by the tandem pulsed Gas MetalArc Welding system / T. Ueyama, T. Ohnava, K. Yamazaki et al // Transactions ofJWRI (Osaka University). 2005. Vol. 34. No.
1. P.11-18.193. Компьютерныйанализиинтерпретацияэмпирическихзависимостей: Учебник. / С.В. Поршнев, Е.В. Овечкина, М.В. Мащенко, А.В.Каплан и др. М.: Бином-Пресс, 2009. 336 с.194. Sreeraj P., Kannan T., Maji S. Prediction and optimization of weldbead geometry in Gas Metal Arc Welding process using RSM and fmincon //Journal of Mechanical Engineering Research.
2013. Vol. 5. No. 8. P. 154-165.195. Экспериментальнаяпроверкарезультатовмоделированияформирования шва при многопроходной сварке по узкому зазору / М.А.Шолохов, И.Э. Оськин, В.А. Ерофеев, С.И. Полосков // Сварка иДиагностика. 2015. № 2. С. 39-44.196. Гецкин О.Б., Зваженко В.Н., Гарин О.А. Автоматическаяорбитальная сварка трубопроводов в зауженную разделку с применениемкомплекса УАСТ-1 // Сварка и Диагностика.
2012. № 5. С. 55-58.197. Жерносеков А.М. Влияние вылета электрода на параметры шва378при импульсно-дуговой сварке // Автоматическая сварка. 2004. № 8. С. 52-53.198. Судник В.А., Иванов В.А. Математическая модель источникатеплоты при дуговой сварке плавящимся электродом в смеси защитныхгазов. Часть первая: Нормальный процесс // Сварочное производство. 1998.№ 9. С. 3-9.199.
Измерение и расчет энергетических характеристик дуги присварке плавящимся электродом в смеси защитных газов / Д.В. Слезкин, Р.В.Цвелев, В.А. Ерофеев и др. // Известия Тульского государственногоуниверситета. Технические науки. 2012. № 9. С. 189-201.200. ПоходняИ.К.,СуптельA.M.Теплосодержаниекапельэлектродного металла при сварке в СО2 // Автоматическая сварка. 1970.
№10. С. 5-8.201. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимсяэлектродом. В 2 ч. Ч. 1. Сварка в активных газах. Изд. 2-е, перераб. Киев:Екотехнология, 2007. 192 с.202. Компьютерныйанализустойчивостидугиприсваркеплавящимся электродом по узкому зазору / М.А. Шолохов, И.Э. Оськин, В.А.Ерофеев, С.И. Полосков // Сварка и Диагностика. 2013. № 1. С. 27-31.203.
Jeberg P.V., Holm H., Madsen O. Automatic weld planning by finiteelement simulation and iterative elearning // Welding Journal. 2008. Vol. 87. No.9. P. 219s-228s.204. Goldak J., Chakravarti A., Bibby M. A new finite element model forwelding heat source // Metallurgical Transactions B. 1984. Vol. 15B. No. 2. P.299-305.205. Крампит А.Г. Технологические приемы и способы управленияформированием сварного шва // Технология металлов. 2008. № 11.
Управлениепервоначальным зажиганием дуги при сварке в защитных газах // ВестникДГТУ. 2011. Т. 11. № 9 (60). С. 1594-1600.210.Occurrence of arc interaction in tandem pulsed Gas Metal ArcWelding / T. Ueyama, T. Ohnawa, M. Tanaka, K. Nakata // Science andTechnology of Welding & Joining. 2007.
Vol. 12. No. 6. P. 523 – 529.211. . Banshi P.A., Ghosh P.K. Thermal modeling of multipass narrow gappulse current GMA welding by single seam per layer deposition technique //Materials and Manufacturing Processes. 2010. Vol. 25. No.
10-12. P. 1251-126.212. A swing arc sustem for narrow gap GMA welding / J. Wang, J. Zhu,P. F et al // ISIJ International. 2012. Vol. 52. No. 1. P. 110-114.213. РыжоввоздействиявР.Н.,КузнецовпроцессахдуговойВ.Д.Внешниесваркииэлектромагнитныенаплавки(обзор)//Автоматическая сварка. 2006. № 10. С. 36-44.214. Lassaline E., Zajaczkoski Z., North T.H. Narrow groove twin wireGMAW of high-strength steel.
1989. Vol. 68. No. 9. P. 53-58.215. Kang Y.H., Na S.A. Characteristics of welding and arc signal innarrow groove gas metal arc welding using electromagnetic arc oscillation //Welding Journal. 2003. No. 3. P. 93s-99s.216. Jeberg P.V., Holm H., Madsen O. Automatic weld planning by finiteelement simulation and iterative learning // Welding Journal.
2008. Vol. 87. No. 9.P. 219s-228s.217. Cai X., Jeberg P.V., Langtangen H.P. A numerical method forcomputing the profile of weld pool surfaces // International Journal forComputational Methods in Engineering Science and Mechanics. 2005. Vol. 6. No.2. P. 115-125.380218. Гайворонский А.А. Сопротивляемость образованию холодныхтрещин металла ЗТВ сварного соединения высокопрочных углеродистыхсталей // Автоматическая сварка. 2014. № 2. С. 3-12.219. МакаровЭ.Л.Компьютернаяоценкасвариваемостинизколегированной стали // сварка и Диагностика. 2014.
№ 4. С. 23-30.220. High-speed welding of steel sheets by the tandem pulsed Gas MetalArc Welding system / T. Ueyama, T. Ohnava, K. Yamazaki et al // Transactions ofJWRI (Osaka University). 2005. Vol. 34. No. 1. P.11-18.221. Шолохов М.А., Куркин А.С., Полосков С.И. Оценка влиянияформы разделки и режимов сварки на остаточные напряжения в корпусныхконструкциях специальной техники // Сварка и Диагностика. 2014. № 6. С.50-55.222.
С. 7-12.227. Кононенко В.Я. Сварка в среде защитных газов плавящимся инеплавящимся электродом. Киев: Ника-Принт, 2007. 206 с.381228. Баранов А.А. Фазовые превращения и термоциклированиеметаллов. Киев: Наукова думка, 1974. 230 с.229. Кесаев Н.Г. Катодные процессы электрической дуги. М.: Наука,1968.
244 с.230. Шолохов М.А., Ерофеев В.А., Полосков С.И. Компьютерныйанализособенностейзаполненияразделкипридвухдуговойсваркеплавящимся электродом по узкому зазору // Сварка и Диагностика. 2013. №3. с. 14-19.231. БузоринаД.С.,ШолоховМ.А.Влияниетехнологическихпараметров на формирование пристеночного валика при многопроходнойсварке в защитных газах // Известия высших учебных заведений.Машиностроение. 2013.
№ 9. С. 81-86.232. Шолохов М.А., Бузорина Д.С. Управление сварочным током взависимости от положения электрода в разделке при сварке с поперечнымиколебаниями в защитных газах // Сварка и Диагностика. 2014. № 1. С. 19-22.233. Бузорина Д.С. Расчет параметров режима многопроходноймеханизированной сварки в защитных газах для получения качественныхсварных соединений // Сварка и Диагностика. 2014.
Способ дуговой сварки
Изобретение относится к машиностроению и может быть применено при сварке полотнищ из листов большой толщины. Стык собирают без зазора, зазор получают путем прорезания стыка потоком режущего газа (4), а сварку ведут одновременно с процессом прорезания стыка. Сварочную ванну (6) располагают в зоне реза, размещая точку пересечения фронта плавления с осью шва на поверхности свариваемой детали (8) на расстоянии 0,5-3,0 ширины реза от точки пересечения оси режущей струи с лицевой поверхностью свариваемой детали (8). При этом силовое воздействие на металл сварочной ванны (6) оказывают потоком режущего газа (4). Газовый поток, захватывая жидкий металл сварочной ванны, переносит его в зазор. Этим обеспечивается заполнение зазора и перенос тепла в глубь стыка деталей. Становится возможной однопроходная сварка и улучшается сплавление кромок деталей с металлом шва. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено, например, при сварке полотнищ из листов большой толщины.
Известен способ дуговой сварки деталей с большой толщиной кромок по узкому зазору (Кулагин И.Д. Дуговая сварка по узкому зазору//Итоги науки и техники. Серия сварка/ ВИНИТИ, 1990, 21, с. 3. 48). Сущность его заключается в том, что сварку ведут по узкому зазору, который образуют между кромками соединяемых деталей. Этот способ позволяет уменьшить тепловложение в свариваемые детали и увеличить производительность труда за счет уменьшения потребного количества наплавленного металла по сравнению с традиционными способами сварки с широкой, например, V- или X-образной разделкой кромок. Однако известным способом осуществляют многопроходную сварку, что препятствует дальнейшему повышению производительности труда. Кроме того, при сварке стыков большой длины трудно устанавливать равномерный зазор по всей длине стыка, что также снижает производительность труда и может ухудшить стабильность формирования шва по его длине. Сварка ведется по холодным кромкам, что приводит к местным несплавлениям шва со стенками зазора. Это ухудшает качество шва.
Известен также способ (Асано Исио и др. Способ и оборудование для автоматической сварки по узкому зазору. Заявка 6448678, Япония, N 62 - 201755, заявлена 14.08.87, опубликована 23.02.89), который принят за прототип. По этому способу сварку также ведут по узкому зазору электродной проволокой, имеющей форму зигзага, причем воздействуют на сварочную ванну потоками защитного газа. Это позволяет повысить качество сварных швов за счет лучшего разогрева свариваемых кромок и принудительного перемещения металла сварочной ванны на свариваемые кромки, что уменьшает вероятность местных несплавлений шва со стенками зазора и улучшает качество соединений. Однако при этом остается необходимость многопроходной сварки и предварительной установки зазора между деталями, что уменьшает производительность труда.
Технической задачей предлагаемого способа является повышение производительности процесса сварки и качества сварного шва.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что осуществляют сборку стыка деталей, образование зазора между ними и сварку по зазору с силовым воздействием на металл сварочной ванны потоком газа. В отличие от прототипа стык собирают без зазора, а зазор получают путем прорезания стыка потоком режущего газа. Сварку ведут одновременно с процессом прорезания стыка. Сварочную ванну располагают в зоне реза и размещают точку пересечения фронта плавления с осью шва на поверхности свариваемой детали на расстоянии, равном 0,5. 3,0 ширины реза от точки пересечения оси режущей струи с лицевой поверхностью свариваемой детали. Силовое воздействие на металл сварочной ванны оказывают потоком режущего газа. Режущую струю наклоняют углом назад, направляя вершину угла, образованного осью режущей струи с поверхностью свариваемых деталей в сторону, противоположную направлению скорости сварки, а сварочный электрод наклоняют углом вперед, направляя вершину угла, образованного осью электрода с поверхностью свариваемых деталей по направлению скорости сварки. В качестве потока режущего газа для прорезания стыка используют струю кислорода или дуговую плазму.
Такая совокупность известных и новых признаков повысит производительность за счет совмещения операций установки зазора и обеспечения возможности однопроходной сварки, а также улучшит качество сварного шва вследствие подогрева кромок деталей теплом, вводимым при резке, и улучшения сплавления металла шва с кромками. Кроме того при сварке по предлагаемому способу легко обеспечивается одинаковая величина зазора между деталями по всей длине стыка, что также повысит качество шва.
Предлагаемый способ иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 показана схема способа при нормальном расположении режущей струи и сварочного электрода, на фиг. 2 - то же, при наклонном расположении режущей струи и электрода, на фиг. 3 - схема расположения зазора и сварочной ванны (вид сверху).
Способ осуществляется следующим образом. Свариваемые детали 8 стыкуют между собой без зазора (или с минимально возможным зазором) между их кромками. Стык деталей 8 в процессе сварки разрезают потоком режущего газа, в качестве которого используют струю кислорода или дуговой плазмы, с помощью кислородного резака или плазмотрона 3. Сзади струи 4 режущего газа в зоне резки устанавливают сварочную горелку 1 с плавящимся или неплавящимся электродом 2, зажигают сварочную дугу 5 и создают сварочную ванну 6. После образования ванны 6 горелку 1 приближают к зоне резки так, чтобы точка пересечения фронта плавления сварочной ванны 6 с осью сварного шва 7 на поверхности деталей 8 находилась от точки пересечения оси режущей струи 4 с поверхностью деталей 8 на расстоянии 0,5. 3,0 ширины S зазора 9, образующегося при резке. Поток режущего газа 4 захватит жидкий металл с переднего фронта кромки сварочной ванны 6 и переместит его в образовавшийся при резке зазор 9. Поскольку скорость истечения газа в режущей струе 4 не равномерна, максимальное ее значение имеет место в центре струи, а минимальное - на периферии, то перемещающийся в зазор 9 жидкий металл будет по мере углубления отклоняться в направлении, обратном направлению скорости сварки Vсв и, выходя из зоны действия режущей струи 4, будет охлаждаться, отдавая тепло кромкам свариваемых деталей 8, и кристаллизоваться. Образуется сварной шов со сквозным проплавлением.
Таким образом, по предлагаемому способу сварки, так же как и по прототипу, на сварочную ванну воздействуют потоком газа. Однако по прототипу силовое воздействие газа прилагают ко всей поверхности ванны, чтобы прижать жидкий металл в глубине зазора к кромкам свариваемых деталей, что не способствует увеличению производительности процесса, так как необходимость многопроходной сварки остается. По предлагаемому способу силовое воздействие режущей газовой струи 4 используют для создания потока жидкого металла, направленного в глубь зазора 9, что обеспечивает конвективный перенос тепла в глубь стыка свариваемых деталей и увеличивает проплавляющую способность сварочного источника тепла. Кроме того, кромки деталей 8 при резке подогреваются теплом режущей струи 4 на всей их толщине, часть этого тепла используется при сварке. Все это обеспечивает возможность сварки деталей с большой толщиной кромок за один проход, что повышает производительность процесса сварки.
Выбор допустимого расстояния от точки пересечения фронта плавления сварочной ванны 6 с осью шва 7 до точки пересечения оси режущей струи 4 с поверхностью деталей 8 обусловлен тем, что при величине этого расстояния более чем 3,0 ширины S зазора 9 металл ванны 6 не будет захватываться режущей струей 4, а при его величине меньше 0,5S металл ванны 6 может выбрасываться под действием струи 4 сквозь зазор 9 вместе с расплавляемым в процессе резки металлом кромок свариваемых деталей 8, что приведет к прожогам.
Повышение качества сварного соединения по предлагаемому способу достигается тем, что металл сварочной ванны 6, перемещаемый режущей струей 4 в глубь зазора 9, контактирует с нагретыми и частично оплавленными во время резки кромками свариваемых деталей 8. Это улучшает сплавление металла шва 7 с основным металлом свариваемых деталей 8 и уменьшает вероятность образования непроваров. Кроме того, образование зазора 9 между кромками свариваемых деталей 8 путем разрезки стыка непосредственно в процессе сварки позволяет устранить неравномерность ширины зазора, имеющую место при сварке по узкому зазору известными способами из-за неточности подготовки кромок и сборки деталей. Это также повысит качество сварного соединения, обеспечив равномерное формирование шва по всей его длине.
Предлагаемый способ может осуществляться при расположении режущей струи 4 и электрода 2 по нормали к поверхности деталей 8 (фиг. 1). Возможен вариант способа, при котором режущую струю 4 наклоняют углом назад (фиг. 2). При этом вершину угла, образованного режущей струей 4 с поверхностью свариваемых деталей 8 направляют в сторону, противоположную направлению скорости сварки Vсв. Это позволяет улучшить возможность обеспечения расстояния между передней кромкой сварочной ванны 6 и осью режущей струи 4, равного 0,5. 3,0 S, так как сближению струи 4 и ванны 6 будут меньше препятствовать элементы конструкции резака или плазмотрона 3. Кроме того, наклон режущей струи 4 углом назад позволит регулировать расстояние, на которое отбрасывается назад жидкий метал сварочной ванны 6, проникающий в зазор 9, что даст возможность управлять формированием проплава.
По другому варианту способа сварочный электрод 2 наклоняют углом вперед. При этом вершина угла, образованного осью электрода 2 с поверхностью свариваемых деталей 8, направлена по направлению скорости сварки Vсв. Это также улучшит возможность сближения сварочной ванны с режущей струей 4, так как этому меньше будут препятствовать элементы конструкции сварочной горелки 1. Кроме того, сила давления сварочной дуги 5 будет направлена в сторону фронта плавления и оттеснит жидкий металл ванны 6 в сторону образующегося реза, что позволит регулировать количество металла, вводимого в зазор под действием режущей струи 4. Это увеличит возможности управления формированием шва.
Таким образом оба эти варианта предлагаемого способа улучшат условия его осуществления и позволят повысить качество соединения деталей, увеличив возможности управления формированием сварного шва. Эти варианты могут осуществляться как раздельно, так и совместно.
Примером применения предлагаемого способа может служить сварка пластин из стали Ст.3 толщиной 10 мм. Пластины собирали встык и фиксировали винтовыми прижимами в приспособлении. Производили аргонодуговую сварку неплавящимся электродом с присадочной проволокой Св08ГС 1,6 мм на автомате АДС-1000, на котором заменяли горелку и устанавливали рядом с горелкой машинный кислородный резак. Резак 3 и горелку 1 располагали нормально по отношению к поверхности свариваемых пластин (деталей) 8. Вначале при неподвижных резаке 3 и горелке 1 разогревали кислородно-ацетиленовым пламенем начало стыка пластин 8, затем подавали струю режущего кислорода и одновременно зажигали сварочную дугу 5. Дугу питали от сварочного источника тока ВС-300. Сила сварочного тока составляла 300 А, длина дуги 3 мм. После образования сквозного отверстия в стыке деталей 8 начинали перемещение каретки сварочного автомата со скоростью сварки Vсв = 5 м/ч. Сдвигая горелку 1 вдоль стыка деталей 8 и наклоняя ее так, чтобы электрод 2 располагался углом вперед, устанавливали расстояние от точки пересечения оси режущей струи 4 с лицевой поверхностью свариваемых деталей 8 до точки пересечения фронта плавления сварочной ванны 6 с осью шва 7 равным 2S. Это расстояние составило 10 мм, поскольку ширину реза 9 получали 5 мм. Ширина сварочной ванны 6 на лицевой поверхности деталей 8 составляла 15 мм.
В результате получили удовлетворительное формирование шва 7 со сквозным заполнением зазора (реза 9), что свидетельствует о возможности осуществления с помощью предлагаемого способа однопроходной сварки деталей большой толщины встык с хорошим качеством шва.
Таким образом предлагаемый способ дуговой сварки обладает промышленной применимостью, поскольку обеспечивает технический эффект и может быть осуществлен с помощью известных в технике средств.
1. Способ дуговой сварки по узкому зазору между деталями, при котором осуществляют сборку стыка, образование зазора и сварку по зазору с силовым воздействием на металл сварочной ванны потоком газа, отличающийся тем, что стык собирают без зазора, зазор получают путем прорезания стыка потоком режущего газа, а сварку ведут одновременно с процессом прорезания стыка, располагая сварочную ванну в зоне реза и размещая точку пересечения фронта плавления с осью шва на поверхности свариваемой детали на расстоянии 0,5 - 3,0 ширины реза от точки пересечения оси режущей струи с лицевой поверхности свариваемой детали, при этом силовое воздействие на металл сварочной ванны оказывают потоком режущего газа.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что режущую струю наклоняют углом назад, направляя вершину угла, образованного осью режущей струи с поверхностью свариваемых деталей, в сторону, противоположную скорости сварки.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сварочный электрод наклоняют углом вперед, направляя вершину угла, образованного осью электрода с поверхностью свариваемых деталей, по направлению скорости сварки.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве потока режущего газа используют струю кислорода.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве потока режущего газа используют дуговую плазму.
Читайте также: