RU2247638C2

RU2247638C2 - Metal flaw removing method

Info

Publication number: RU2247638C2
Application number: RU2002121887/02A
Authority: RU
Inventors: А.Б. Александров (RU); А.Б. Александров; В.Н. Варыгин (RU); В.Н. Варыгин; А.А. Кислицкий (RU); А.А. Кислицкий; Р.Д. Пчелкин (RU); Р.Д. Пчелкин; М.А. Пермитин (RU); М.А. Пермитин; Г.А. Куртов (RU); Г.А. Куртов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2005-03-10
Also published as: RU2002121887A

Abstract

FIELD: metal working, namely metal flaw removing by multi-pass electron-beam welding, possibly manufacture of parts of aluminum and its alloys in power production, metallurgical industry branches.

SUBSTANCE: method comprises steps of melting zone of flaw by means of electron beam moving at variable frequency and amplitude during welding cycle along path of eight-beam raster; positioning focus of beam on surface of article or defocusing beam due to changing focusing electric current by value no more than +/- 5% of value of electric current passing at arrangement of focus on surface of article; during period of electric current decrease performing welding procedure in such a way that to lower width of each successive layer in comparison with previous one. Surface area of welded joint central zone formed in result of crossing portion of welded joint in each direction of eight-beam raster is no more than 1/25 of total surface area of welded seam.

EFFECT: enhanced quality of welded joint.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов, в частности к способам исправления дефектов металла и сварного шва преимущественно изделий из алюминия и его сплавов, электронным лучом и может быть использовано в энергетической, металлургической отрасли промышленности, а также в сварочной технологии.The invention relates to the processing of metals, in particular to methods for correcting defects in a metal and a weld of mainly aluminum products and its alloys, by an electron beam and can be used in the energy, metallurgical industry, as well as in welding technology.

Известен способ удаления дефектов металла по а.с. СССР №804335 В 23 Р 6/00, 1981 г, заключающийся в расплавлении дефектного участка металла концентрированным источником тепла с плотностью энергии в пределах (0.1-1.0)×10⁶ Вт/см² на глубину, равную 1.3-1.5 от глубины залегания дефекта, при котором плотность энергии и мощность источника тепла изменяют в течение процесса удаления дефекта, причем мощность источника тепла в начале процесса плавно увеличивают от 0 до рабочего значения, выдерживают при рабочем значении, а затем, после всплытия дефекта на поверхность изделия, плавно уменьшают до 0, а плотность энергии в начале процесса задают равной рабочему значению, а затем, перед уменьшением мощности источника тепла, плавно снижают до минимального значения.A known method of removing metal defects by AS USSR No. 804335 В 23 Р 6/00, 1981, consisting in the melting of a defective metal section with a concentrated heat source with an energy density in the range of (0.1-1.0) × 10 ⁶ W / cm ² to a depth equal to 1.3-1.5 of the defect depth in which the energy density and power of the heat source are changed during the defect removal process, and the power of the heat source at the beginning of the process is gradually increased from 0 to the operating value, maintained at the operating value, and then, after the defect emerges onto the surface of the product, it is gradually reduced to 0 , and the density is At the beginning of the process, arcs are set equal to the operating value, and then, before the power of the heat source decreases, they are smoothly reduced to the minimum value.

Недостатком известного способа является его малая эффективность для изделий из алюминия и его сплавов. Реализация способа приводит к возникновению вторичных дефектов и к окончательной выбраковке продукции. Осуществление способа предопределяет получение точечных участков расплавления круглой формы. Как известно, такая форма сварного шва создает повышенный уровень остаточных растягивающих напряжений в центральной части литой зоны, что особенно не желательно для алюминия и его сплавов, имеющих высокую степень усадки при кристаллизации. Негативное влияние растягивающих напряжений значительно усиливается в случае наличия дефицита металла в расплавляемом участке, возникающего, например, из-за выплесков при удалении газовых пор. В результате чего поверхность расплавленного металла формируется с мениском.The disadvantage of this method is its low efficiency for products from aluminum and its alloys. The implementation of the method leads to the occurrence of secondary defects and to the final rejection of products. The implementation of the method determines the receipt of the dotted areas of the molten round shape. As you know, this form of the weld creates an increased level of residual tensile stresses in the central part of the cast zone, which is especially not desirable for aluminum and its alloys having a high degree of shrinkage during crystallization. The negative influence of tensile stresses is significantly enhanced in the case of a metal deficiency in the molten area, arising, for example, due to bursts during the removal of gas pores. As a result, the surface of the molten metal is formed with a meniscus.

Наиболее близким к предполагаемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ прототип удаления дефектов металла многопроходной электронно-лучевой сваркой по патенту РФ 2140345 МКИ В 23 К 15/08 от 27.10.99, включающий расплавление дефектного участка перемещающимся с переменной частотой и амплитудой в течение цикла сварки по траектории восьмилучевого растра электронного луча.Closest to the proposed method in terms of technical nature and the effect achieved is the prototype method of removing metal defects by multi-pass electron beam welding according to RF patent 2140345 MKI B 23 K 15/08 of 10/27/99, including the melting of the defective area moving with variable frequency and amplitude over welding cycle along the path of an eight-beam electron beam raster.

Недостатками данного способа является то, что при одной и той же плотности энергии не исключается получение некачественных сварных швов. Так, например, при уменьшении тока фокусировки, когда фокус луча расположен ниже поверхности изделия, отмечается ухудшение внешнего вида литой зоны, и появление на поверхности сварочного шва окисных пленок, шлаковин, пор, интенсивность которых увеличивается по мере увеличения расфокусировки луча. В результате изделия выбраковываются. Увеличение объема расплавленного металла в центральной части сварного соединения по отношению к сварному шву в целом увеличивает возможность образования трещин.The disadvantages of this method is that with the same energy density, the production of low-quality welds is not ruled out. So, for example, with a decrease in the focusing current, when the beam focus is located below the surface of the product, there is a deterioration in the appearance of the cast zone, and the appearance on the surface of the weld of oxide films, slag, pores, the intensity of which increases with increasing defocus of the beam. As a result, products are discarded. An increase in the volume of molten metal in the central part of the welded joint with respect to the weld as a whole increases the possibility of cracking.

Задачей изобретения является повышение стабильности качества сварки и технологического процесса.The objective of the invention is to increase the stability of the quality of welding and the process.

Задача решается благодаря тому, что в известном способе удаления дефектов металла многопроходной электронно-лучевой сваркой, включающем расплавление дефектного участка электронным лучом, перемещающимся с переменной частотой и амплитудой в течение цикла сварки по траектории восьми лучевого растра, согласно формулы изобретения, фокус электронного луча располагают на поверхности изделия или луч расфокусируют, изменяя ток фокусировки не более чем на +/-5% от его величины при расположении фокуса на поверхности изделия, а сварку во время спада тока луча ведут с уменьшением ширины каждого последующего слоя по сравнению с предыдущим, при этом площадь поверхности центральной части сварного соединения, образованной в результате пересечения участков сварного шва по каждому направлению восьмилучевого растра составляет не более 1/25 от общей площади сварного шва.The problem is solved due to the fact that in the known method of removing metal defects by multi-pass electron beam welding, including the melting of the defective area by an electron beam moving with variable frequency and amplitude during the welding cycle along the path of the eight beam raster, according to the claims, the focus of the electron beam is placed on the surface of the product or the beam is defocused, changing the focusing current by no more than +/- 5% of its value when the focus is on the surface of the product, and welding during spa Yes, the beam current is conducted with a decrease in the width of each subsequent layer in comparison with the previous one, while the surface area of the central part of the welded joint formed as a result of the intersection of the sections of the weld in each direction of the eight-beam raster is no more than 1/25 of the total area of the weld.

Указанная совокупность признаков является новой, обладает изобретательским уровнем и обеспечивает повышение эффективности предлагаемого решения по сравнению с прототипом за счет оптимизации условий термического цикла при нагреве и охлаждении металла и формирования сварного шва путем постепенного уменьшения ширины слоев при каждом проходе.The specified set of features is new, has an inventive step and provides increased efficiency of the proposed solution compared to the prototype by optimizing the conditions of the thermal cycle during heating and cooling of the metal and the formation of the weld by gradually reducing the width of the layers at each pass.

Расположение фокуса луча на поверхности изделия или его расфокусировка путем изменения тока фокусировки на величину +/5% от его значения при остром фокусе обеспечивает получение сварных швов с блестящей без окисных пленок поверхностью, при этом площадь центральной зона сварного шва, образованная за счет пересечения участков шва сформированных по направлению лучей 8-ми лучевого растра, имеет величину не более 1/25 общей площади сварного шва. Увеличение этого соотношения, в том числе и из-за выполнения на спаде тока предыдущих проходов менее широкими, чем последующие, приводит к возникновению трещин, рыхлот, в шве остаются не удаленные окисные включения. При увеличении тока фокусировки более чем на 5%, резко уменьшается глубина проплавления, центральная зона сварного шва формируется с глубоким мениском. Расфокусировка луча за счет уменьшения тока фокусировки более чем на 5%, способствует образованию на поверхности недопустимых дефектов трещин, пор, шлаковых включений.The location of the focus of the beam on the surface of the product or its defocusing by changing the focusing current by + / 5% of its value with sharp focus provides welds with a shiny surface without oxide films, while the area of the central zone of the weld formed by the intersection of the weld sections formed in the direction of the rays by an 8-ray raster, has a value of no more than 1/25 of the total area of the weld. An increase in this ratio, including due to the fact that the previous passages were less widespread than the subsequent ones at the current decay, leads to cracks, loosening, and not removed oxide inclusions remain in the weld. With an increase in the focusing current by more than 5%, the penetration depth sharply decreases, the central zone of the weld is formed with a deep meniscus. Defocusing the beam by reducing the focusing current by more than 5% contributes to the formation of unacceptable defects on the surface of cracks, pores, and slag inclusions.

Предлагаемый способ поясняется чертежом.The proposed method is illustrated in the drawing.

На чертеже показан сварной шов 1, полученный по данному способу. Шов состоит из участков 2, сформированных по направлению лучей 3 восьмилучевого растра, и центральной зоны 4, образованной пересечением этих участков.The drawing shows a weld 1 obtained by this method. The seam consists of sections 2 formed in the direction of the rays 3 of the eight-ray raster, and a central zone 4 formed by the intersection of these sections.

Способ реализуется следующим образом. Деталь, имеющая форму диафрагмы из сплава алюминия толщиной два миллиметра с жестко заделанными краями, имеет в центре дефект в виде заката. После соответствующей подготовки поверхности (обезжиривание, мехобработка) диафрагму помещают в камеру электронно-лучевой установки таким образом, чтобы дефект находился на оси электронно-лучевой пушки. Пушку по предлагаемому способу настраивают таким образом, чтобы фокус электронного луча находился на поверхности детали или был расфрокусирован за счет изменения тока фокусировки на величину +/-5% от его значения при остром фокусе. Деталь остается неподвижной, ток луча при ускоряющем напряжении 30 кВ. по заданной программе начинает увеличиваться от нулевого значения. Одновременно луч перемещаться по траектории восьмилучевого растра с частотой порядка 250 Гц. После достижения током луча величины 20 мА осуществляют прогрев места расположения дефекта в течении 0,8-1с. При этом амплитуда развертки луча составляет 4 мм. После окончания прогрева ток луча увеличивается до максимального значения (50 мА). Одновременно с этим частота сканирования луча снижается до 180 Гц, а амплитуда развертки до 3 мм. В результате пересечения участков сварного шва по каждому направлению восьмилучевого растра в центральной части сварного соединения формируется центральная зона сварного соединения, составляющая по площади не более 1/25 от общей площади сварного шва.The method is implemented as follows. A part having the shape of an aluminum alloy diaphragm with a thickness of two millimeters with rigidly fixed edges has a defect in the center in the form of a sunset. After appropriate surface preparation (degreasing, machining), the diaphragm is placed in the chamber of the electron beam installation so that the defect is on the axis of the electron beam gun. The gun according to the proposed method is adjusted so that the focus of the electron beam is on the surface of the part or is out of focus due to a change in the focusing current by +/- 5% of its value with sharp focus. The part remains stationary, the beam current at an accelerating voltage of 30 kV. according to a given program starts to increase from zero. At the same time, the beam moves along the trajectory of an eight-ray raster with a frequency of about 250 Hz. After the beam current reaches a value of 20 mA, the defect location is heated for 0.8-1 s. In this case, the amplitude of the beam sweep is 4 mm. After warming up, the beam current increases to the maximum value (50 mA). At the same time, the beam scanning frequency decreases to 180 Hz, and the sweep amplitude is up to 3 mm. As a result of the intersection of the sections of the weld in each direction of the eight-ray raster in the central part of the weld joint, a central zone of the weld joint is formed, which in area does not exceed 1/25 of the total area of the weld.

Расплавление детали на требуемую глубину осуществляется за счет энергии луча и теплопроводности металла. В результате интенсивного перемешивания жидкого металла в течение времени обработки детали полным током (0,9 с) окисные пленки и другие дефекты дробятся и всплывают на поверхность. После чего мощность луча плавно снижается до нуля. С началом уменьшения тока луча частота его развертки и размах амплитуды увеличивается до 230-250 Гц и 4 мм соответственно. Окисные включения за счет многократного воздействия луча оттесняются на периферию. Кристаллизация металла идет равномерными тонкими слоями, при этом каждый последующий слой по ширине меньше предыдущего. При достижении лучом нулевого значения мощности процесс заканчивается.The part is melted to the required depth due to the energy of the beam and the thermal conductivity of the metal. As a result of intensive mixing of the liquid metal during the processing of the part by full current (0.9 s), oxide films and other defects are crushed and float to the surface. After that, the beam power gradually decreases to zero. With the beginning of a decrease in the beam current, its sweep frequency and amplitude amplitude increase to 230-250 Hz and 4 mm, respectively. Oxide inclusions due to repeated exposure to the beam are pushed to the periphery. The crystallization of the metal is uniform thin layers, with each subsequent layer in width less than the previous one. When the beam reaches zero power, the process ends.

Claims

A method of removing metal defects by multipass electron beam welding, including melting the defective area with an electron beam moving with a variable frequency and amplitude during the welding cycle along the path of an eight-beam raster, characterized in that the focus of the electron beam is placed on the surface of the product or the beam is defocused by changing the focus current no more than ± 5% of the value of this current when the focus is on the surface of the product, and welding during a decrease in the beam current is carried out with a decrease in the width of each leduyuschego layer compared with the former, wherein the surface of the central portion of the weld joint area, formed by the intersection of the weld portions of each of eight radial direction of the raster is not more than 1/25 of the total area of the weld.