RU1812031C - Способ электронно-лучевой сварки - Google Patents

Abstract

Использование: электронно-лучева  сварка высокопрочных сталей. Сущность изобретени : сварку осуществл ют за два прохода и второй проход производ т с шириной шва, составл ющей 70-80% от ширины первого. Второй проход осуществл ют при посто нной скорости-сварки, посто нной удельной мощности электронного луча, составл ющей 40-60% от полной мощности основного прохода, или второй проход осуществл ют при посто нной 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.

Description

Изобретение относитс  к электроннолучевой сварке и может быть использовано при сварке изделий из сталей и сплавов в машиностроении и других отрасл х промышленности . .

Цель изобретени  - повышение качества сварных соединений и упрощение технологического процесса.

Это достигаетс  тем, что в известном способе электронно-лучевой сварки, при котором сварку осуществл ют за несколько проходов, каждый последующий проход производ т с уменьшенной шириной шва, составл ющей 70-80% от ширины предыдущего , дл  чего при посто нной скорости сварки уменьшают на 40-60% полную мощность электронного луча при сохранении по- сто нной удельной мощности луча, или увеличивают скорость сварки в 1,8-2,5 раза, а полную и удельную мощность электронного луча выдерживают посто нной.

Предлагаемый способ отличаетс  от . способа по прототипу тем, что каждый последующий проход производ т с шириной ш-ва, составл ющей 70-80% от ширины предыдущего.

На фиг. 1 приведен график зависимости ширины шва в средней части от полной мощности электронного луча и эффективного диаметра электронного луча: кривые 1, 2, Э - скорость сварки 10 м/ч, эффективный диаметр электронного луча соответственно 0,5 мм, 0,35 мм, 0,6 мм; кривые 4, 5, 6 - скорость сварки 15 м/ч и кривые 7, 8, 9 - скорость сварки 20 м/ч при тех же эффективных диаметрах.

На фиг. 2 представлено распределение температуры в зоне термического вли ни  при основном проходе (крива  1.0) и вспомогательном (крива  11). Основной проход выполнен при скорости сварки 15 м/ч, эффективном диаметре электронного луча 0,50 мм и лолной мощности электронного

ел С

00

ю о

со

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,

На фиг. 3 представлено распределение температуры в зоне термического вли ни  при основном проходе (крива  12) и вспомогательном (крива  13). Основной проход вы- полнен при скорости свар ки 10 м/ч, вспомогательный при скорости сварки 20 м/ч, эффективный диаметр электронного луча в том и другом случае составл л 0,5 мм, а полна  мощность - 2400 Вт.

На фиг. 4 приведена схема наложени  основного и дополнительного проходов.

Предлагаемый способ электронно-лучевой сварки высокопрочных сталей состоит в следующем. После подготовки издели  под сварку производ т предварительный подогрев свариваемых кромок до температуры 250-300°С. После подогрева производ т прихватку, ток луча при этом составл ет 20- 30% от рабочего. Прихватка может быть непрерывна  и прерывиста . На следующем этапе производ т основной сварочный проход , при котором обеспечивают проплавле-. ние свариваемых кромок на всю толщину, После окончани  основного прохода производ т дополнительный проход, при котором ширина шва составл ет 70-80% от ширины шва основного прохода. Дл  того, чтобы обеспечить ширину шва дополнительного. прохода в пределах -70-80% от основного используют следующие технологические приемы:. .:

при посто нной скорости сварки уменьшают на 40-60% полную мощность электронного луча при сохранении посто нной удельной мощности луча;

полную и удельную мощность электронного луча выдерживают посто нной, а скорость сварки увеличивают в 1,8-2,5 раза.

При таком соотношении ширины швов дополнительного и основного проходов, участок зоны термического вли ни , нагреваем при сварочном проходе от температуры плавлени  (ТПл) до температуры начала интенсивного роста зерна аустенита (Тн.и.р.), при дополнительном проходе с уменьшенной шириной шва нагреваетс  до температуры от Асз (конец фазового превращени ) до Тн.и.р.. В результате такой обработки происходит изме льчение зерна аустенита в зоне термического вли ни  с крупным зерном (образовавшейс  ранее при основном сварочном проходе).

После сварочного и дополнительного проходов производ т второй дополнитель0

5

0

5

ный проход, роль которого сгладить шов и уменьшить скорость охлаждени  в интервале наименымей 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 заключаетс  в следующем

На первом этапе исследовалось распределение температур в сварном соединении на персональном компьютере IBM PS, дл  чего была разработана трехмерна  математическа  модель электронно-лучевой сварки с глубоким проплавлением, имеюща  вид

t -V }l expp V -±4 Јx

8л:ЯН о т L 4 a (t0 + г)

х у /expr-(Y-s+ -gLX°)u

XmJUQPL 4 a (to + г) J Т..

.(V + S + 2 m Yp)24 a (to + Т) (Z + Н +2 nZ0

+ ехр Г .{

со 2 х

х Jerf

2VaT

30

erff2-.H+.2nZo dr 2vЈ7

где Т - температура в заданной точке, °С; К - поправочный коэффициент, определ емый экспериментально; Q - полна  эффективна 

мощность электронного луча, Вт; Я- теплопроводность свариваемого материала, Вт/(м град); Н - глубина проплавлени , м; X, Y, Z - координаты заданной точки, м; V - скорость сварки, м/с; to посто нна  времени , с; а - коэффициент температуропроводности , м2/с; Z0 -толщина свариваемых пластин, м; S - рассто ние стыка от начала координат (за начало координат принимаетс  край одной из пластин), м; Y0 - обща 

ширина свариваемых пластин.

На следующем этапе по данной модели рассчитаны ширина швов и распределение температур в зависимости от рассто ни  от центра шва (по оси Y), перпендикул рно направлению скорости сварки. При сравнении расчетных значений ширины шва (в его средней части) и экспериментальных определ ют коэффициент К. Применительно к конструкционным стал м и сварке их с использованием энергетических блоков - У- 250Аи ЭЛА-60/15 коэффициент 0,92. На фиг. 1 представлены расчетные данные (кривые) и экспериментальные (звездочки). При введении поправочного коэффициента

экспериментальные данные практически не отличаютс  от расчетных (кривые 4 и 8).

В зависимости от скорости сварки, полной мощности электронного луча и удельной мощности (регулируемой за счет изменени  эффективного диаметра электронного луча) были получены кривые распределени  температуры на оси Y. По этим кривым выбраны режимы дл  основного сварочного прохода и дополнительного таким образом, чтобы зона термического вли ни , нагреваема  при основном проходе до интервала от 1200°С (Тн.и.р) до 1510°С (Тпл). нагревалась дополнительным проходом до температуры, лежащей в интервале от 900°С (Асз) ДО 1200°С СТн.и.р.).

На третьем этапе применительно к выбранным режимам оценивалось отношение ширины шва дополнительного прохода к основному . Установлено, что такое соотношение находитс  в пределах 0,7-0,8. При соотношении менее 0,7 часть зоны термического вли ни  после дополнительного прохода не подвергаетс  перекристаллизации, а при соотношении более 0,8 часть зоны термического вли ни  после дополнительного прохода будет вновь нагрета до температур более Тн.и.р..

Таким образом, за оптимальное соот о- шение ширины шва дополнительного прохода к основному прин та величина 0,7-0,8.

На четвертом этапе, в результате анализа экспериментальных и расчетных данных, были определены также технологические параметры основного и дополнительного проходов, которые бы обеспечили отношение ширины шва дополнительного прохода к основному в пределах 0,7-0,8. Установлено , что оптимальными  вл ютс  следующие изменени  технологических параметров:

при посто нной скорости сварки уменьшают на 40-60% полную мощность электронного луча, при сохранении посто нной удельной мощности луча;

увеличивает скорость сварки в 1,8-2,5 раза, а полную и удельную мощность электронного луча выдерживают посто нной. На фиг. 2 и 3 представлено распределение температур при том и другом приеме,

Способ был опробован при электроннолучевой сварке специальных образцов толщиной 15 мм, собранных в замковое соединение со свариваемой толщиной 7,5 мм. Свариваема  сталь - ЗОХ2М2ВФМА-Ш. Сварка производилась по трем вариантам:

1 -предварительный подогрев лучом до 250°С. сварка на заданную глубину прб плавлени , отпуск лучом до 600ПС 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 проплавлени , дополнительный проход с уменьшенной шириной шва (равной 75%) разглаживающий проход, отпуск лучом до 600°С в течение 20 мин (предлагаемый способ ).

В табл. 1 представлены режимы сварки и результаты испытаний на ударную в зкость металла шва и зоны термического вли ни ,

В табл. 2 представлены экспериментэльные данные при различных соотношении ширины шва дополнительного прохода к основному.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение сварных соединений из высокопрочных сталей с высокой ударной в зкостью, не уступающей требовани м технических условий к основному металлу.

Положительный эффект от использовани  за вленного способа по сравнению с Прототипом заключаетс  в повышении качества сварных соединений, за счет повышени  ударной в зкости и в повышении производительности труда, за счет уменьшени  числа проходов.

Ф о р-мула изобретени 

Claims (4)

1. Способ электронно-лучевой сварки, высокопрочных сталей, при котором сварку осуществл ют не менее чем за два прохода,

отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества сварных соединений и упрощени  технологии сварки сталей типа ЗОХ2М2ВФМА, второй проход производ т в режиме, обеспечивающем ширину шва, равную 70-80 от ширины шва первого прохода.

2. Способ поп. отличающийс  тем, что второй проход осуществл ют на посто нной скорости сварки, посто нной удельной мощности луча и полной мощности луча, равной 40-60% от полной мощности луча при выполнении первого прохода.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с  

тем, что второй проход ведут при посто нной полной и удельной мощности луча и со

скоростью сварки, превышающей скорость

сварки первого прохода в 1,8-2,5 раза.

Таблица 1

П р и м е ч а н и ё. по ТУ-14-1-2847-79 ударна  в зкость (KCU) должна быть не менее 9 кгсм/см2;- (остр. - острый фокус, определ етс  пдедварительно.

Таблица 2

В , мм

3.00

2.50

1.2C 1.75 2.25 2.75 3.2$ 3.V5

4.Л5 Q ,к8т

РИГ,1

Т ,° С

0.501.00 .К50 2.00 2.50 3.00 У , MM

Фиг. 2

Л

. 6

Л

л

.

Р.50 .001.50 2.00 . Г. 50 400 3.50 , Q .кВт

о

Ф:иг.З

Фи г. 4

Редактор

Составитель И.Стол ров Техред М.Моргентал

в

доп.

осн.

0.7 - 0.8

Корректор Г.Кос