RU2433024C1

RU2433024C1 - Method of electron beam welding of nonmagnetic metals and alloys

Info

Publication number: RU2433024C1
Application number: RU2010124211/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Хохловский (RU); Александр Сергеевич Хохловский; Владимир Николаевич Мартынов (RU); Владимир Николаевич Мартынов; Рудольф Михайлович Голубчик (RU); Рудольф Михайлович Голубчик; Александр Сергеевич Саяпин (RU); Александр Сергеевич Саяпин
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2011-11-10

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to method of electron beam welding of nonmagnetic metals and alloys. Proposed method comprises penetrating the butt of parts 3 to be welded together by electron beam 2, inducing magnetic field inside said parts and forming presser geometry of electron beam and penetration channel in displacing electron beam over part thickness. Blind penetration of but 4 is performed. In welding, beam 2 is deflected across the butt to vary shape and sizes of seam root 6 at constant size of weld seam apex. For this, variable magnetic field is induced on the side of seam root. ^ EFFECT: higher quality of welded joints, control over weld seam shape. ^ 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способу сварки проплавлением, и предназначено для использования в технологии производства сварных соединений с глубоким кинжальным проплавлением.The invention relates to the field of engineering, in particular to a method of fusion welding, and is intended for use in the production technology of welded joints with deep dagger penetration.

Известен способ электронно-лучевой сварки, описанный в патенте РФ №2023557, МПК В23К 15/00, опубл. 30.11.1994 г., при котором формируют сходящуюся развертку преломлением электронного пучка на двух уровнях с одновременным его вращением и размещением точки сходимости развертки пучка в сварочной ванне, отличающийся тем, что с целью улучшения качества сварных соединений больших и средних толщин путем регулирования плотности мощности в корневой части шва в процессе сварки устанавливают и поддерживают положение фокального пятна электронного пучка по глубине сварочной ванны в пределах, ограниченных нижней кромкой свариваемого изделия и точкой сходимости развертки пучка.The known method of electron beam welding described in the patent of the Russian Federation No. 2023557, IPC V23K 15/00, publ. November 30, 1994, in which a convergent scan is formed by refraction of the electron beam at two levels with its simultaneous rotation and placement of the beam convergence point in the weld pool, characterized in that in order to improve the quality of welded joints of large and medium thicknesses by adjusting the power density in the root part of the seam during the welding process establish and maintain the position of the focal spot of the electron beam along the depth of the weld pool within the range limited by the lower edge of the welded product and points th scanning beam convergence.

Недостатком этого способа является негативное действие уширения вершины шва сходящимися траекториями электронных пучков, формируемыми отклоняющей системой, что ведет к увеличению размеров сварочной ванны и снижению прочности сварного соединения, необходимости увеличения тепловложения в металл.The disadvantage of this method is the negative effect of the broadening of the weld top by the converging paths of electron beams formed by the deflecting system, which leads to an increase in the size of the weld pool and a decrease in the strength of the welded joint, the need to increase heat input into the metal.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ электронно-лучевой сварки, описанный в патенте РФ №2298465, МПК В23К 15/00, опубл. 10.05.2007 г. Способ сварки, включающий проплавление стыка свариваемых деталей электронным лучом, создание магнитного поля и формирование заданной геометрии электронного луча и канала проплавления, причем электронный луч отклоняют по толщине деталей, направляя его к лицевой плоскости свариваемых деталей под углом входа α, величину которого выбирают равной 0°<α<90°, пропускают ток вдоль стыка и дополнительно отклоняют луч снизу вверх так, что угол выхода электронного луча β относительно задней плоскости свариваемых деталей равен углу входа электронного луча α, причем точки входа и выхода электронного луча из свариваемых деталей располагают в одной горизонтальной плоскости.Closest to the technical nature of the present invention is the method of electron beam welding described in RF patent No. 2298465, IPC V23K 15/00, publ. 05/10/2007. A welding method, including the penetration of the junction of the parts to be welded by an electron beam, the creation of a magnetic field and the formation of a given geometry of the electron beam and the penetration channel, the electron beam being deflected along the thickness of the parts, directing it to the front plane of the parts to be welded at an entrance angle α, value which is chosen equal to 0 ° <α <90 °, a current is passed along the junction and the beam is additionally deflected from bottom to top so that the angle of exit of the electron beam β relative to the rear plane of the parts to be welded is equal to the angle of entry of the electron beam of the electron beam α, the entry and exit points of the electron beam from the parts being welded are located in one horizontal plane.

Однако такой способ имеет низкое качество сварного соединения, так как не позволяет производить сварку в нижнем положении и управлять размерами и формой сварного шва.However, this method has a poor quality of the welded joint, since it does not allow welding in the lower position and control the size and shape of the weld.

Технической задачей изобретения является улучшение качества сварных соединений немагнитных сплавов при несквозном проплавлении за счет снижения вероятности возникновения дефектов формирования корня сварного соединения, возможности управления формой сварного шва.An object of the invention is to improve the quality of welded joints of non-magnetic alloys during through penetration by reducing the likelihood of defects in the formation of the root of the welded joint, the ability to control the shape of the weld.

Решение задачи достигается тем, что в известном способе сварки немагнитных металлов и сплавов, заключающемся в проплавлении стыка свариваемых деталей электронным лучом, создании магнитного поля внутри свариваемых деталей и формировании заданной геометрии электронного луча и канала проплавления, причем электронный луч отклоняют по толщине деталей, создание магнитного поля внутри свариваемых деталей осуществляют со стороны корневой части сварного соединения переменным магнитным полем, а формирование заданной геометрии электронного луча дополнительно производят периодическим отклонением электронного луча поперек сварного соединения, образуя расширенную корневую часть.The solution to the problem is achieved by the fact that in the known method of welding non-magnetic metals and alloys, which consists in melting the junction of the parts to be welded with an electron beam, creating a magnetic field inside the parts to be welded and forming a given geometry of the electron beam and the penetration channel, the electron beam being deflected through the thickness of the parts, creating a magnetic the fields inside the parts to be welded are carried out from the side of the root part of the welded joint with an alternating magnetic field, and the formation of a given geometry of the electronic beam additionally produced by periodic deviation of the electron beam across the welded joint, forming an expanded root part.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведено устройство для реализации способа электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов, на фиг.2 показана форма сварного соединения, на фиг.3 изображена оптимальная форма сварного соединения.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a device for implementing the method of electron beam welding of non-magnetic metals and alloys, figure 2 shows the shape of the welded joint, figure 3 shows the optimal shape of the welded joint.

Устройство для реализации способа электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов содержит электронную пушку 1, генерирующий электронный луч 2, свариваемые детали 3 из немагнитных материалов и сплавов, толщиной Н, которые соединены друг с другом по стыку 4, и электромагнит 5. Между свариваемыми деталями 3 по окончании сварки образуется сварное соединение 6 с расширенной корневой частью 7. Электромагнит 5 расположен в корневой части 7 сварного соединения 6.A device for implementing the method of electron beam welding of non-magnetic metals and alloys contains an electron gun 1 that generates an electron beam 2, welded parts 3 of non-magnetic materials and alloys, thickness H, which are connected to each other at the joint 4, and an electromagnet 5. Between the welded parts 3 at the end of welding, a welded joint 6 is formed with an expanded root part 7. An electromagnet 5 is located in the root part 7 of the welded joint 6.

Устройство для реализации способа электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов работает следующим образом.A device for implementing the method of electron beam welding of non-magnetic metals and alloys works as follows.

При проведении сварки электронной пушкой 1 генерируется электронный луч 2, который направляется в стык 4 свариваемых деталей 3 и осуществляет их несквозное проплавление на глубину не более 0,85÷0,9Н, где Н - толщина свариваемых деталей 3. Глубина проплавления, равная 0,85Н, выбрана из условия, позволяющего избежать непровар сварного соединения 6 на заданную технологическую глубину, а глубина проплавления, равная 0,9Н, выбрана из условия, позволяющего избежать выхода электронного луча из корневой части 7. Электронный луч периодически отклоняют на величину L поперек стыка по толщине свариваемых деталей 3 переменным магнитным полем

, создаваемым электромагнитом 5, и получают сварное соединение 6 с расширенной корневой частью 7.When welding with an electron gun 1, an electron beam 2 is generated, which is sent to the joint 4 of the parts 3 to be welded and penetrates through to a depth of not more than 0.85 ÷ 0.9 N, where H is the thickness of the parts being welded 3. The penetration depth is 0, 85N, is selected from a condition that allows to avoid the lack of fusion of the welded joint 6 to a given technological depth, and a penetration depth of 0.9N is selected from a condition that avoids the exit of the electron beam from the root part 7. The electron beam is periodically rejected by L across the mask interface over the thickness of welded parts 3 alternating magnetic field

created by the electromagnet 5, and get a welded joint 6 with the expanded root portion 7.

При создании переменного локального магнитного поля в области действия электронного луча 2 по всей толщине Н стыка свариваемых деталей 3 электромагнитом 5 вектор магнитной индукции

поля направлен перпендикулярно электронному лучу 2 и параллельно плоскости стыка 4 свариваемых деталей 3 таким образом, что сила Лоренца, действующая на электроны луча со стороны магнитного поля, изменяет направление их движения. Периодическое изменение электрического напряжения на электромагните 5 обеспечивает колебание электронного луча 2 на величину L относительно стыка 4 свариваемых деталей 3 и позволяет получить сварное соединение 6 с расширенной корневой частью 7.When creating an alternating local magnetic field in the field of action of the electron beam 2 over the entire thickness H of the junction of the welded parts 3 by an electromagnet 5, the magnetic induction vector

the field is directed perpendicular to the electron beam 2 and parallel to the joint plane 4 of the welded parts 3 so that the Lorentz force acting on the beam electrons from the side of the magnetic field changes the direction of their movement. A periodic change in the voltage on the electromagnet 5 provides the oscillation of the electron beam 2 by an amount L relative to the joint 4 of the welded parts 3 and allows you to get a welded joint 6 with an expanded root part 7.

Изменяя напряженность магнитного поля в стыке 4 свариваемых деталей 3 посредством изменения величины электрического напряжения на электромагните 5, получают существенное изменение формы и размеров в корне шва 7 при постоянных размерах вершины сварного соединения 6, что способствует снижению вероятности дефектов типа подрезов и непроваров. Оптимальная форма сварного соединения 6 получается, когда ширина сварного соединения по всей длине приблизительно одинакова.By changing the magnetic field strength at the junction 4 of the welded parts 3 by changing the magnitude of the electric voltage on the electromagnet 5, a significant change in the shape and dimensions in the root of the weld 7 with constant sizes of the top of the welded joint 6, which helps to reduce the likelihood of defects such as undercuts and lack of penetration. The optimal shape of the weld 6 is obtained when the width of the weld along the entire length is approximately the same.

В качестве свариваемых деталей целесообразно использовать немагнитные металлы и сплавы, например аустенитные стали, алюминиевые сплавы.It is advisable to use non-magnetic metals and alloys as welded parts, for example austenitic steels, aluminum alloys.

Пример. Образцы из алюминиевого сплава АМг6 толщиной 30 мм были сварены электронно-лучевой сваркой на различных режимах I и II. Сварка при режиме I велась с отклонением электронного луча электромагнитом в корневой части шва, на обмотку которого подавались синусоидальные электрические импульсы. Для режима I основные параметры сварки: U=30 кВ, I=180 мА, υ_св=22,0 м/ч. Для режима II: U=30 кВ, I=200 мА, υ_св=22,0 м/ч, частота синусоидальных импульсов - 300 Гц, амплитуда колебаний электронного луча в корне шва - 5 мм.Example. Samples of aluminum alloy AMg6 30 mm thick were welded by electron beam welding in various modes I and II. Welding in mode I was carried out with the deflection of the electron beam by an electromagnet in the root of the seam, to the winding of which sinusoidal electric pulses were applied. For mode I, the main welding parameters: U = 30 kV, I = 180 mA, υ _sv = 22.0 m / h. For mode II: U = 30 kV, I = 200 mA, υ _sv = 22.0 m / h, the frequency of sinusoidal pulses is 300 Hz, the amplitude of the electron beam in the root of the seam is 5 mm.

После проведения сварки на данных технологических режимах были изготовлены поперечные макрошлифы сваренных деталей. На режиме I ширина шва в вершине составила 5,0 мм, в корне - 2,5 мм. На режиме II при использовании колебаний электронного луча магнитным полем ширина сварного соединения в вершине составила 5,0 мм, в корне - 4,5 мм, что более предпочтительно, т.к. снижает вероятность возникновения дефектов.After welding at these technological modes, transverse macro sections of the welded parts were made. In mode I, the seam width at the apex was 5.0 mm, and at the root, 2.5 mm. In mode II, when using electron beam vibrations with a magnetic field, the width of the welded joint at the apex was 5.0 mm, at the root - 4.5 mm, which is more preferable, because reduces the likelihood of defects.

Использование предлагаемого способа сварки позволяет получать качественные сварные соединения немагнитных металлов и сплавов с оптимальной регулируемой формой корня сварного шва, что повышает прочностные свойства и снижает вероятность возникновения дефектов формирования литой зоны и непроваров и расширяет его технологические возможности.Using the proposed welding method allows to obtain high-quality welded joints of non-magnetic metals and alloys with an optimal adjustable shape of the weld root, which increases the strength properties and reduces the likelihood of defects in the formation of the cast zone and lack of penetration and expands its technological capabilities.

Claims

A method for electron beam welding of non-magnetic metals and alloys, including the penetration of the junction of the parts to be welded by an electron beam, the creation of a magnetic field inside the parts to be welded, and the formation of a predetermined geometry of the electron beam and the penetration channel when the electron beam is deflected through the thickness of the parts, characterized in that the joint is not penetrated, at the same time, during the welding process, the beam is deflected across the joint and the shape and dimensions of the weld root are changed with a constant size of the weld top inside the weld parts from the root of the seam with an alternating magnetic field.