RU2292256C2

RU2292256C2 - Method of plasma-arc welding of aluminium alloys

Info

Publication number: RU2292256C2
Application number: RU2005101727/02A
Authority: RU
Inventors: Виктор Васильевич Овчинников (RU); Виктор Васильевич Овчинников; В чеслав Владимирович Алексеев (RU); Вячеслав Владимирович Алексеев
Original assignee: Виктор Васильевич Овчинников; Вячеслав Владимирович Алексеев
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2007-01-27
Also published as: RU2005101727A

Abstract

FIELD: mechanical engineering and other industries; welding.

SUBSTANCE: invention relates to plasma-arc welding of aluminum alloys. According to proposed method, pilot arc is struck between cathode and nozzle-anode and dc reverse polarity main arc is struck between workpiece and nozzle-anode. Common anode spot is formed. Plasma-forming gas is fed through channel of nozzle-anode. Anode spot is located on inner edge of nozzle-anode channel by supplying currents at ratio of I_p/I_m=0.4-3.2 to pilot and main arcs. Owing to such location of anode spot on inner edge of nozzle-anode, main arc features greater degree of constriction and penetration capacity.

EFFECT: improved plasma-arc welding process.

1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано при плазменной сварке металлов, имеющих тугоплавкую оксидную пленку, например, сплавов на основе алюминия.The invention relates to the field of welding and can be used in plasma welding of metals having a refractory oxide film, for example, aluminum-based alloys.

Известен способ плазменной сварки, при котором используют дежурную и основную дуги (патент Франции №2232395, В 23 К 9/10, 1975). Дежурная дуга возбуждается между вольфрамовым электродом и плазмообразующим соплом. Основная дуга возникает между плазмообразующим соплом и свариваемой деталью. При этом основная дуга горит на обратной полярности, что способствует разрушению тугоплавкой оксидной пленки на поверхности свариваемой детали. Плазмообразующее сопло охлаждается в процессе сварки водой, что обеспечивает его высокую стойкость.A known method of plasma welding, which uses the duty and the main arc (French patent No. 2232395, 23 K 9/10, 1975). A pilot arc is excited between the tungsten electrode and the plasma forming nozzle. The main arc arises between the plasma forming nozzle and the welded part. In this case, the main arc burns at the opposite polarity, which contributes to the destruction of the refractory oxide film on the surface of the welded part. The plasma-forming nozzle is cooled during the welding process with water, which ensures its high resistance.

Существенным недостатком данного способа плазменной сварки является его низкая проплавляющая способность из-за большого диаметра основной дуги.A significant disadvantage of this method of plasma welding is its low penetrating ability due to the large diameter of the main arc.

Технический эффект заявляемого способа сварки алюминиевых сплавов заключается в повышении проплавляющей способности основной дуги обратной полярности, горящей между соплом и деталью за счет эффекта газодинамического сжатия.The technical effect of the proposed method for welding aluminum alloys is to increase the penetrating ability of the main arc of reverse polarity burning between the nozzle and the part due to the effect of gas-dynamic compression.

Сущность заявляемого способа плазменной сварки алюминиевых сплавов заключается в том, что дежурную дугу возбуждают между катодом и плазмообразующим соплом-анодом, а основную дугу постоянного тока обратной полярности - между деталью и соплом-анодом с образованием общего анодного пятна. При этом анодное пятно располагают на внутренней кромке канала плазмообразующего сопла путем подачи на дежурную и основную дугу токов в соотношении I_д/I₀=0,4-3,2.The essence of the proposed method for plasma welding of aluminum alloys is that the duty arc is excited between the cathode and the plasma-forming nozzle-anode, and the main DC arc of reverse polarity is between the part and the nozzle-anode with the formation of a common anode spot. In this case, the anode spot is placed on the inner edge of the channel of the plasma forming nozzle by applying currents to the duty and main arcs in the ratio I _d / I ₀ = 0.4-3.2.

Сущность заявляемого способа плазменной сварки алюминиевых сплавов поясняется чертежом, на котором изображена схема выполнения способа.The essence of the proposed method for plasma welding of aluminum alloys is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the method.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.The inventive method is as follows.

Детали 1 устанавливают в сварочном приспособлении (на чертеже не показано). По оси выполняемого сварного соединения устанавливают плазмотрон с соплом-анодом 2 и катодом 3. При этом сопло-анод 2 выполняют с внутренним расширением (цилиндрическим или сферическим) с острой кромкой 4 на внутренней поверхности сопла-анода.Parts 1 are installed in a welding fixture (not shown in the drawing). A plasma torch with an anode nozzle 2 and a cathode 3 is installed along the axis of the welded joint. In this case, the anode nozzle 2 is made with internal expansion (cylindrical or spherical) with a sharp edge 4 on the inner surface of the anode nozzle.

Источник питания 5 вспомогательной дуги с осциллятором 6 подключают к катоду 3 и соплу-аноду 2 (полярность подключения указана на чертеже), источник питания 7 основной дуги подключают к деталям 1 и соплу-аноду 2. Для охлаждения сопла-анода 2 в водяные каналы плазмотрона подается охлаждающая вода. В канал сопла-анода 2 подают плазмообразующий газ - аргон. Для защиты от окисления жидкого металла сварочной ванны в зону сварки подают защитный газ - аргон или гелий через защитное сопло 8. Установив необходимые параметры режима, производят сварку деталей 1, для чего возбуждают дежурную дугу между катодом 3 и соплом-анодом 2 от источника питания 5 с помощью осциллятора 6. Основная дуга между соплом-анодом 2 и деталями 1 возбуждается самопроизвольно при включении источника питания 7. В случае необходимости сварку можно осуществлять с подачей присадочной проволоки (на чертеже не показано) в переднюю часть сварочной ванны. По окончании процесса сварки для того, чтобы предотвратить блуждание основной дуги по поверхности сопла-анода и детали вначале отключают основную дугу, а затем дежурную или обе дуги отключают одновременно.The power supply 5 of the auxiliary arc with oscillator 6 is connected to the cathode 3 and the anode nozzle 2 (the polarity of the connection is shown in the drawing), the power supply 7 of the main arc is connected to the parts 1 and the anode nozzle 2. To cool the anode 2 nozzle into the water channels of the plasma torch cooling water is supplied. In the channel of the nozzle-anode 2 serves a plasma-forming gas - argon. To protect the weld pool from liquid metal oxidation, a protective gas is supplied to the welding zone — argon or helium through the protective nozzle 8. Having set the necessary parameters of the mode, parts 1 are welded, for which a duty arc is excited between the cathode 3 and the anode nozzle 2 from the power source 5 using an oscillator 6. The main arc between the anode nozzle 2 and parts 1 is excited spontaneously when the power source 7 is turned on. If necessary, welding can be carried out by feeding filler wire (not shown in the drawing) to the front part be weld pool. At the end of the welding process, in order to prevent the main arc from wandering around the surface of the anode nozzle and the part, the main arc is first turned off, and then the duty arc or both arcs are turned off simultaneously.

При соотношении I_д/I₀ меньше 0,4 проплавляющая способность основной дуги, которую оценивают как отношение глубины проплавления Н к ширине шва В, интенсивно снижается. Основная дуга характеризуется неустойчивостью из-за выхода анодного пятна на торец сопла-анода 2.When the ratio I _d / I _{0 is} less than 0.4, the penetrating ability of the main arc, which is estimated as the ratio of the penetration depth H to the width of weld B, is intensively reduced. The main arc is characterized by instability due to the exit of the anode spot at the end of the nozzle-anode 2.

Увеличение соотношения I_д/I₀ больше 3,2 приводит к бесполезному расходованию электроэнергии, так как проплавляющая способность увеличивается в этом случае весьма незначительно.The increase in the ratio of I _d / I ₀ more than 3.2 leads to useless consumption of electricity, since the proliferating ability increases in this case very slightly.

При сварке алюминиевых сплавов малых толщин 0,5-1,5 мм на основную дугу ток может подаваться в виде импульсов с амплитудой (2,5-4,0)I₀, что обеспечивает хорошее формирование сварного шва.When welding aluminum alloys of small thicknesses of 0.5-1.5 mm, the current can be supplied to the main arc in the form of pulses with an amplitude of (2.5-4.0) I ₀ , which ensures good weld formation.

Заявляемый способ плазменной сварки алюминиевых сплавов был опробован при сварке стыковых соединений алюминиевых сплавов В 1341 (толщиной 3 мм) и 1420 (толщиной 6 мм). Режимы сварки и параметры соединений приведены в таблице.The inventive method of plasma welding of aluminum alloys was tested when welding butt joints of aluminum alloys B 1341 (thickness 3 mm) and 1420 (thickness 6 mm). Welding modes and connection parameters are given in the table.

В процессе сварки изменяли ток дежурной дуги. При этом осуществляли визуальное наблюдение с помощью видеокамеры за характером горения основной дуги, направляя объектив видеокамеры на торец сопла-анода.During welding, the current of the standby arc was changed. At the same time, the nature of the burning of the main arc was visually monitored with a video camera, directing the camera lens to the end of the anode nozzle.

В результате видеосъемки установлено, что при соотношении токов дежурной и основной дуги I_д/I₀ больше 0,4 основная дуга устойчиво горит внутри канала сопла, а при соотношении I_д/I₀ меньше 0,35 анодное пятно основной дуги располагается на выходной кромке канала сопла-анода. При этом в диапазоне соотношения I_д/I₀=0,35-0,4 наблюдается нестабильное горение основной дуги - анодное пятно основной дуги может находиться как внутри канала сопла, так и на выходной кромке.As a result of video shooting, it was found that when the ratio of the standby and main arc currents I _d / I _{0 is} greater than 0.4, the main arc stably burns inside the nozzle channel, and when the ratio of I _d / I _{0 is} less than 0.35, the anode spot of the main arc is located on the output edge channel nozzle-anode. Moreover, in the range of the ratio I _d / I ₀ = 0.35-0.4, unstable combustion of the main arc is observed - the anode spot of the main arc can be located both inside the nozzle channel and at the exit edge.

Использование заявляемого способа плазменной сварки позволяет получить сварные соединения высокого качества. Максимальная толщина листов алюминиевых сплавов, свариваемых за один проход встык без разделки кромок, увеличивается с 5 до 10 мм. Кроме того, появляется возможность получения тавровых сварных соединений ребристых панелей, свариваемых со сквозным проплавлением обшивки.Using the proposed method of plasma welding allows to obtain welded joints of high quality. The maximum thickness of sheets of aluminum alloys, welded in one pass butt without cutting edges, increases from 5 to 10 mm. In addition, it becomes possible to obtain T-welds of ribbed panels welded with through-penetration of the skin.

Толщина листа, ммSheet thickness mm Ток основной дуги I₀, АMain arc current I ₀ , A Ток дежурной дуги, I_д, АCurrent of a duty arch, I _d , A Скорость сварки, м/минWelding speed, m / min Расход плазмо-образующего газа, л/минThe consumption of plasma-forming gas, l / min Диаметр сопла, ммNozzle diameter mm I_д/I₀ I _d / I ₀ Ширина проплаваMelt width 9595 2828 0,290.29 00 9595 3333 0,350.35 00 9595 3939 0,410.41 5,85.8 66 9595 6969 0,30.3 2,52,5 33 0,730.73 7,07.0 9595 9595 1,01,0 9,19.1 9595 209209 2,22.2 11,811.8 9595 295295 3,13,1 13,213,2 9595 333333 3,53,5 13,213,2 7575 2121 0,280.28 00 7575 2626 0,350.35 1,21,2 33 7575 3232 0,480.48 2,52,5 33 0,420.42 4,14.1 7575 4747 0,630.63 6,86.8 7575 240240 3,23.2 7,57.5 7575 262262 3,53,5 7,57.5

Claims

A method of plasma welding of aluminum alloys, in which a duty arc between the cathode and the anode nozzle and the main DC arc of the reverse polarity between the part and the anode nozzle with the formation of a common anode spot are excited, and a plasma-forming gas is fed through the nozzle-anode channel, characterized in that the anode spot is placed on the inner edge of the channel of the anode nozzle by applying currents to the standby and main arc in the ratio I _d / I ₀ = 0.4-3.2.