Спосіб дугоконтактного таврового зварювання і пристрій для його здійснення

Номер патенту: 25037

Опубліковано: 25.12.1998

Автори: Биховець Валерій Миколайович, Калеко Давид Михайлович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1, Способ дугоконтактной тавровой сварки, заключающийся в контактировании свариваемых деталей, возбуждении дугового разряда при разведении свариваемых деталей, выдержке заданного времени горения дуги, осадке оплавленных деталей с одновременным выключением сварочного тока, при котором на дугу воздействует компонента магнитного поля, радиальная по отношению к оси детали трубчатой формы, отличающийся тем, что возбуждение сварочной дуги производят слаботочной вспомогательной дугой, а магнитное воздействие начинают после завершения возбуждения дуги отрывом, одновременно с включением основного сварочного тока, и прекращают вместе с его выключением.

2. Устройство для дугоконтактной тавровой сварки, состоящее из корпуса с зажимом для детали трубчатой формы, приводом подъема зажима на заданную высоту и опускания его в исходное положение и опорами, на которых закреплена катушка соленоида с возможностью осевого перемещения, при этом катушка соленоида имеет внутренний и наружный диски, и блока управления во времени приводом подъема зажима и включением токов, подводимых к свариваемым деталям и катушке соленоида, отличающееся тем, что катушка соленоида установлена с зазором между наружным диском и плоской поверхностью основной детали.

Текст

Изобретение относится к сварочной технике и может быть использовано преимущественно для тавровой приварки деталей трубчатой формы к плоским поверхностям дугоконтактным способом с возбуждением дуги отрывом. Известен способ дугостыковой сварки с возбуждением дуги отрывом, при котором привариваемая шпилька или подобные шпилькам детали устанавливаются торцем на основную деталь, после чего при включенном сварочном токе дуга возбуждается подъемом шпильки [1]. После заданного времени горения дуги шпилька опускается на основную деталь и одновременно выключается сварочный ток. Отличительной особенностью изобретения является то, что место сварки, по крайней мере во время горения дуги, подвергается воздействию радиальной по отношению к оси шпильки компоненты магнитного поля. Способ сварки в соответствии с прототипом не позволяет осуществлять дугоконтактную приварку полых деталей типа трубок или гаек, поскольку при возбуждении дуги сварочным током, с целью предохранения стержневой детали от известного явления "примерзання", необходимо на привариваемом конце создать условия для возбуждения дуги выплавлением материала стержня. Например, запрессовкой легкоплавкого металла (для этой цели используется шарик из алюминия, который одновременно служит раскислителем расплавленного металла) или созданием на привариваемом торце выступа малого сечения или конического острия. Все перечисленные методы возбуждения дуги не пригодны для приварки полой детали, в особенности, при малой толщине ее стенки. Поэтому процесс приварки можно вести только с применением вспомогательной слаботочной дуги. Но магнитное поле, накладываемое на слаботочную дугу, приводит к ее выдуванию из зазора и обрыву. Основной поставленной задачей изобретения является обеспечение прочности и плотности таврового соединения деталей с кольцевым сечением круглой, прямо- или многоугольной формы (полых деталей типа трубок, гаек, втулок и т.п.) с плоскими деталями (деталями, имеющими большой радиус кривизны) путем усовершенствования известного способа дугоконтактной тавровой сварки, при котором привариваемая шпилька или подобные шпилькам детали устанавливаются торцем на основную деталь, после чего при включенном сварочном токе дуга возбуждается подъемом шпильки и при этом дуга подвержена воздействию радиальной составляющей магнитного поля, изменением последовательности включения тока возбуждения дуги и магнитного поля, обеспечивающего возможность приварки к плоским поверхностям деталей трубчатой формы с получением полного и прочного соединения по всему периметру последней. Отсутствие магнитного поля во время растяжения слаботочной вспомогательной дуги обеспечивает надежное возбуждение основной сварочной дуги, перемещением которой по предварительному кольцевому торцу детали обеспечивается равномерное оплавление свариваемых поверхностей и, соответственно, высокое качество сварного соединения. Поставленная задача решается тем, что в способе дугоконтактной сварки деталей трубчатой формы с магнитным воздействием на дуговой разряд, заключающийся в контактировании свариваемых деталей, возбуждении слаботочного дугового разряда при разведении свариваемых деталей, включении сварочного тока после завершения разведения свариваемых деталей, выдержке заданного времени горения дуги, осадке оплавляемых деталей с одновременным выключением сварочного тока, при котором на дугу воздействуют радиальной по отношению к оси детали трубчатой формы компонентой магнитного поля, магнитное воздействие начинают после завершения возбуждения дуги отрывом, одновременно с включением основного сварочного тока, и прекращают вместе с его выключением. Ожидается, что при слаботочном дуговом разряде не произойдет "примерзание" привариваемой трубчатой детали к плоской поверхности при возбуждении дуги отрывом, как это может случиться при больших токах, включаемых при контактировании деталей перед отрывом, в соответствии с известным способом. Однако, если наложить магнитное поле на слаботочную дугу, последняя растянется из-за скачкообразного перемещения анодного пятна и оборвется. В то же время магнитное поле не препятствует горению сварочной дуги, питаемой током не менее 100А и включаемой после завершения возбуждения дуги. Поэтому применение слаботочной дуги для возбуждения дугового разряда и наложение магнитного воздействия на сильноточную сварочную дугу позволяет без обрывов вращать последнюю по привариваемому торцу трубчатой детали. Величина тока вспомогательной слаботочной дуги достаточна от 5 до 15А. Она зависит от свариваемых материалов, их геометрических размеров и формы. Необходимым и достаточным условием при выборе величины вспомогательного тока является стабильное возбуждение дуги и отсутствие "примерзання". При правильном выборе величины тока вспомогательной дуги и последовательности операций, предусматриваемых в изобретении, можно получить плотное и прочное соединение детали трубчатой формы с плоской деталью. Наиболее близким к предлагаемому является устройство с зажимом для привариваемой шпильки или подобной детали, приводом зажима, с помощью которого зажим отрывается от второй детали на заданное расстояние, а затем возвращается к ней, и управлением этим приводом и сварочным током по времени, которое отличается наличием магнитной катушки, закрепленной на направляющих штангах с возможностью осевого перемещения и окружающей место сварки [2]. Магнитная катушка имеет кольцевой сердечник из магнитопроводного материала. Во время работы магнитная катушка опускается на основную деталь. Ток в катушке включается вместе со сварочным током перед возбуждением дуги и выключается после начала кристаллизации расплавленного металла в месте сварки. Устройство в соответствии с прототипом не позволяет осуществлять дугоконтактную приварку полых деталей типа трубок или гаек, поскольку при опускании магнитной катушки на стальной лист и при наличии сердечника из магнитного материала после замыкается в сердечнике, замкнутом стальным листом. При этом поле катушки не имеет радиальной составляющей, приводящей дугу во вращение в соответствии с правилом правой руки, а только снижает отрицательное влияние магнитного поля сварочного контура, вызывающего магнитное дутье дуги. Основной поставленной задачей изобретения является усовершенствование устройства для выполнения дугоконтактной сварки путем изменения положения магнитной катушки таким образом, чтобы обеспечить появление радиальной составляющей магнитного поля, приводящей во вращение сварочную дугу, создавая тем самым необходимые условия для получения плотного соединения по всей кольцевой поверхности торца трубчатой детали. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для дугоконтактной тавровой приварки деталей трубчатой формы состоящем, в соответствии с изобретением, из корпуса с зажимом для детали трубчатой формы, приводом подъема зажима на заданную высоту и опускания его в исходное положение и опорами, на которых закреплена с возможностью осевого перемещения магнитная катушка, имеющая наружный и внутренний по отношению к сварочному устройству диски, и блока управления приводом подъема зажима и включением и выключением токов, подводимых к свариваемым деталям и магнитной катушке, последняя установлена с зазором между наружным диском и плоской поверхностью основной детали. Размещение магнитной катушки с зазором между наружным диском и плоской поверхностью основной детали позволяет деформировать магнитное поле таким образом, чтобы получить изгиб магнитных силовых линий в зазоре между магнитной катушкой и основной деталью, обеспечивающий появление радиальной составляющей, которая приводит во вращение основную дугу в соответствии с законом Ампера. Уровень радиальной составляющей будет максимальным при положении наружного диска на уровне привариваемого торца трубчатой детали, а поскольку магнитное поле включается при полном отрыве трубчатой детали от поверхности основной детали, расстояние от наружного диска магнитной катушки до этой поверхности устанавливается близким задаваемому зазору между свариваемыми деталями, т.е. длине дугового промежутка в момент включения сварочного тока. Как уже было сказано выше, при этом следует ожидать равномерное оплавление стыкуемых поверхностей и получение плотных и прочных соединений. Существенным отличием предлагаемого способа и для дугоконтактной тавровой приварки деталей трубчатой формы от аналогов является создание управляющего магнитного поля после завершения возбуждения дуги отрывом одновременно с включением основного сварочного тока и выключение его вместе с выключением сварочного тока. Существенным отличием предлагаемого устройства от аналогов является наличие зазора между наружным диском катушки соленоида, генерирующей управляющее магнитное поле, и плоской поверхностью основной детали. На фиг.1 показана циклограмма процесса дугоконтактной тавровой приварки детали трубчатой формы; на фиг.2 - начальная стадия процесса дугоконтактной тавровой сварки деталей трубчатой формы; на фиг.3 - стадия дугового оплавлення детали трубчатой формы; на фиг.4 стадия осадки процесса дугоконтактной тавровой сварки детали трубчатой формы; на фиг.5 сварное соединение детали трубчатой формы, полученное дугоконтактной тавровой приваркой; на фиг.6 - конструкция устройства для дугоконтактной тавровой приварки деталей трубчатой формы; на фиг.7 - разложение магнитного потока с выделением радиальной составляющей, приводящей дугу во вращение. Процесс дугоконтактной тавровой приварки деталей трубчатой формы (фиг.2) начинается с включения тока вспомогательной дуги и отрыва детали трубчатой формы от плоской поверхности основной детали (точка O на оси времени, фиг.1). Величина тока на стадии возбуждения дуги не превышает 10 - 15А, что гарантирует отсутствие "примерзания" трубчатой детали при неполном соответствии моментов включения тока и отрыва детали трубчатой формы. В момент t1, когда движение отрыва трубчатой детали заканчивается (см. фиг.1), одновременно включаются основной сварочный ток и ток катушки соленоида магнитного вращения дуги (фиг. 3). При этом создается магнитный поток F (см. фиг.6), который замыкается через свариваемые детали. Благодаря наличию воздушного зазора между наружным диском соленоида и поверхностью основной детали, магнитный поток изгибается и появляется радиальная составляющая Fr (фиг.7). Взаимодействия с током сварочной дуги, радиальная составляющая магнитного поля приводит последнюю в движение, направление которого определяется известным правилом левой руки. Поскольку магнитный поток имеет тороидальную форму, радиальная составляющая его магнитной индукции постоянна по величине в каждом из поперечных сечений, что приводит дугу во вращение, скорость которого пропорциональна величине радиальной составляющей магнитной индукции и сварочному току. По истечении заданного времени сварки t2 - t1 начинается возвратное движение детали трубчатой формы по направлению к основной детали, которое завершается их контактированием и погружением детали трубчатой формы в ванну расплавленного металла (фиг.4) на поверхности основной детали в момент t3. При коротком замыкании свариваемых деталей выключается сварочный ток и ток питания катушки соленоида, генерирующего магнитный поток вращения дуги (фиг.5). Устройство для дугоконтактной тавровой приварки деталей трубчатой формы с магнитным воздействием на дуговой разряд (фиг.6) состоит из корпуса 1, внутри которого установлены полый шток 2 с возможностью осевого перемещения вместе с закрепленным на штоке 2 зажимом 3, электромагнитный привод 4 отрыва зажима, с опорами 6, а с внешней стороны - опоры 6 с катушкой соленоида 7, установленной коаксиально оси привариваемой трубчатой детали с возможностью перемещения вдоль опор 6 и закрепляемой на них с помощью винтов 8 в положении, при котором зазор между наружным диском 9 катушки 7 и основной деталью 10 соответствует длине дугового промежутка, и блока управления включением тока вспомогательной и основной сварочной дуги, а также питания катушки 7 и привода подъема зажима, при этом блок (на фиг. не показан) подключается к корпусу 1 штепсельным разъемом 11. Токопровод припаивается ко втулкам 12, расположенным симметрично по отношению к оси трубчатой детали, в плоскости, проходящей через эту ось. Процесс начинается с включения тока вспомогательной дуги, одновременно с которым подается напряжение на катушку электромагнита 4 привода отрыва зажима трубчатой детали 13. Вследствие этого размыкается предварительно создаваемый контакт между трубчатой и основной деталями и загорается слаботочная вспомогательная дуга. Блок управления отсчитывает время t1 (фиг.1), после чего включает одновременно сварочный ток, имеющий величину 600 - 2000А, и ток питания катушки соленоида 8, генерирующего магнитное поле, радиальная составляющая которого, в соответствии с законом Ампера, приводит в дуговой разряд во вращение по кольцевой привариваемой поверхности трубчатой детали в направлении, определяемой правилом левой руки. Происходит оплавление торца трубчатой детали и поверхности основной детали с образованием на последней ванны, соответствующей по форме сечению трубчатой детали и имеющей с ней общую ось симметрии. По истечении заданного времени оплавлення t2 - t1 (фиг.1) блок управления включает ток питания электромагнита 4, и шток 2 с зажимом 3 под действием пружины 5 совершает возвратное перемещение, погружаяв момент t3 трубчатую деталь 13 в кольцевую ванну расплавленного металла на поверхности основной детали 10. В этот же момент отключаются сварочный ток, ток вспомогательной дуги и ток питания катушки соленоида 7. Происходит совместная кристаллизация расплавленного металла соединяемых деталей и их сварка.

Дивитися

Додаткова інформація

Автори англійською

Kalenko Davyd Mykhailovych

Автори російською

Калеко Давид Михайлович

МПК / Мітки

МПК: B23K 9/08

Мітки: пристрій, спосіб, таврового, здійснення, дугоконтактного, зварювання

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/4-25037-sposib-dugokontaktnogo-tavrovogo-zvaryuvannya-i-pristrijj-dlya-jjogo-zdijjsnennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб дугоконтактного таврового зварювання і пристрій для його здійснення</a>

Подібні патенти