RU2522670C2 - Electron-beam welding - Google Patents

Electron-beam welding Download PDF

Info

Publication number
RU2522670C2
RU2522670C2 RU2012131465/02A RU2012131465A RU2522670C2 RU 2522670 C2 RU2522670 C2 RU 2522670C2 RU 2012131465/02 A RU2012131465/02 A RU 2012131465/02A RU 2012131465 A RU2012131465 A RU 2012131465A RU 2522670 C2 RU2522670 C2 RU 2522670C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electron beam
penetration
parts
welding
electron
Prior art date
Application number
RU2012131465/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012131465A (en
Inventor
Виктор Карпович Драгунов
Андрей Петрович Слива
Евгений Александрович Кудрявцев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет"МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет"МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет"МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ")
Priority to RU2012131465/02A priority Critical patent/RU2522670C2/en
Publication of RU2012131465A publication Critical patent/RU2012131465A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2522670C2 publication Critical patent/RU2522670C2/en

Links

Landscapes

  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electron-beam welding. Proposed method comprises applying of local magnetic field to parts butt, directing of electron beam to said butt to form penetration channel and electron-beam welding of parts at bottom position with part-through penetration. Applied is magnetic field its direction being perpendicular to butt plane. Electron beam is directed at acute angle to the interface selected to make electron beam enter the penetration channel at 90°±15°, to form beam curvilinear path and to direct electron beam nearby penetration channel bottom at 0÷30°.
EFFECT: higher quality of weld joint.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способу сварки, и может найти применение при производстве различных сварных конструкций ответственного назначения.The invention relates to the field of engineering, in particular to a welding method, and may find application in the production of various welded structures for critical purposes.

Известный способ сварки электронным лучом в нижнем положении (Мамутов Е.Л., Электроннолучевая сварка деталей большой толщины, Москва, «Машиностроение», 1992 г., 125 с.) содержащий электроннолучевую пушку, свариваемые детали, электронный луч, сварочную ванну, канал проплавления и сварной шов. Однако, во время электроннолучевой сварки с глубоким проплавлением происходит периодическое экранирование луча парами металла и перемещающимся жидким металлом сварной ванны, что приводит к периодической расфокусировки луча и нестабильности воздействия электронного луча на фронте плавления и в корне шва.A known method of welding with an electron beam in the lower position (Mamutov E.L., Electron beam welding of large thickness parts, Moscow, Mashinostroyenie, 1992, 125 pp.) Comprising an electron beam gun, welded parts, an electron beam, a weld pool, a penetration channel and weld. However, during deep-penetration electron beam welding, the beam is periodically shielded by metal vapors and the moving liquid metal of the weld pool, which leads to periodic beam defocusing and the instability of the electron beam at the melting front and at the root of the seam.

Однако при таком способе сварки происходит образование корневых дефектов, таких как непостоянство глубины проплавления, наличия полостей и несплавлений в корневых пиках, что обуславливает снижение качества сварных соединений.However, with this welding method, root defects are formed, such as inconsistencies in the penetration depth, the presence of cavities and non-fusion in the root peaks, which leads to a decrease in the quality of welded joints.

Известен способ сварки, при котором осуществляют одновременное проплавление стыка свариваемых деталей электронным пучком и соосно расположенным с ним дуговым разрядом, который формируют посредством полого катода. Электронный пучок направляют с лицевой стороны стыка через плазму дугового разряда и создают магнитное поле дугового разряда одинакового направления с магнитным полем электронного пучка, формируя заданную геометрию электронного пучка и канала проплавления, в который подводят энергию дугового разряда, причем электронный пучок отклоняют по толщине деталей в требуемом направлении на заданную величину (патент РФ №2174067, МПК B23K 15/00).There is a welding method in which the joint of the welded parts is simultaneously melted by an electron beam and an arc discharge coaxially located with it, which is formed by a hollow cathode. The electron beam is directed from the front side of the junction through the plasma of the arc discharge and create a magnetic field of the arc discharge in the same direction with the magnetic field of the electron beam, forming the desired geometry of the electron beam and the penetration channel into which the arc discharge energy is supplied, and the electron beam is rejected by the thickness of the parts in the required direction by a given value (RF patent No. 2174067, IPC B23K 15/00).

Недостатком данного способа является значительное усложнение оборудования из-за введения в область сварки полого катода, кроме того, магнитное поле токов дугового разряда растекающихся по детали не достаточно для значительного отклонения электронного луча.The disadvantage of this method is the significant complication of the equipment due to the introduction of a hollow cathode into the welding area, in addition, the magnetic field of the arc discharge currents spreading over the part is not enough for a significant deviation of the electron beam.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ электроннолучевой сварки в нижнем положении, включающий образование плоскости сварного стыка, приложение локального магнитного поля, по меньшей мере, к части сварного стыка, причем это магнитное поле является перпендикулярным к оси электронному лучу, и параллельным к плоскости сварного стыка деталей, направление электронного луча на сварной стык для электроннолучевой сварки деталей, и получение сварного соединения. Причем указанное локальное магнитное поле управляет электронным лучом по мере его прохождения через границу раздела (патент РФ №2346795, МПК B23K 15/00).Closest to the technical nature of the present invention is a method of electron beam welding in the lower position, including the formation of a plane of the welded joint, the application of a local magnetic field to at least part of the welded joint, and this magnetic field is perpendicular to the axis of the electron beam, and parallel to the plane of the welded joint of parts, the direction of the electron beam to the welded joint for electron beam welding of parts, and obtaining a welded joint. Moreover, the specified local magnetic field controls the electron beam as it passes through the interface (RF patent No. 2346795, IPC B23K 15/00).

Однако в таком способе главным является решение проблемы искривления электронного луча у дна сварного шва в направлении одной из деталей при сварке разнородных металлов. При этом происходит снижение качества сварных соединений из-за образования корневых дефектов.However, in this method, the main thing is to solve the problem of the curvature of the electron beam at the bottom of the weld in the direction of one of the parts when welding dissimilar metals. In this case, a decrease in the quality of welded joints due to the formation of root defects.

Технической задачей изобретения является улучшение качества сварных соединений.An object of the invention is to improve the quality of welded joints.

Технический результат заключается в уменьшении корневых дефектов, возникающих из-за колебаний глубины проплавления во время электроннолучевой сварки без сквозного проплавления в нижнем положении и достигается тем, что в известном способе, включающим образование плоскости стыка свариваемых деталей, приложение к части сварного стыка локального магнитного поля, перпендикулярного оси электронного луча, направление электронного луча на стык для электроннолучевой сварки деталей, сварку осуществляют в нижнем положении с несквозным проплавлением, а линии индукции магнитного поля направляют перпендикулярно плоскости стыка, при этом электронный луч направляют под острым углом к поверхности свариваемых деталей.The technical result consists in reducing root defects that arise due to fluctuations in the depth of penetration during electron beam welding without through penetration in the lower position and is achieved by the fact that in the known method, including the formation of the joint plane of the parts to be welded, application of a local magnetic field to the part of the welded joint, perpendicular to the axis of the electron beam, the direction of the electron beam to the joint for electron beam welding of parts, welding is carried out in the lower position with a straight through phenomenon, and the lines of the magnetic field directed perpendicular to the joint plane, the electron beam is directed at an acute angle to the surface of the welded components.

Сущность изобретения поясняется схемой, реализующий способ сварки. Схема для реализации способа содержит электроннолучевую пушку 1, свариваемые детали 2, электронный луч 3, механизм перемещения деталей 4, стол 5, сварочную ванну 6, канал проплавления 7, сварочный шов 8.The invention is illustrated by a diagram that implements a welding method. The scheme for implementing the method comprises an electron beam gun 1, welded parts 2, an electron beam 3, a mechanism for moving parts 4, table 5, a weld pool 6, a penetration channel 7, a weld 8.

Сущность способа ЭЛС заключается в следующем.The essence of the ELS method is as follows.

Создают магнитное поле, линии индукции которого направлены перпендикулярно электронному лучу и плоскости сварного стыка и проходят через сварной стык деталей. Процесс сварки ведется вертикальным пучком в нижнем положении с несквозным проплавлением. Под сваркой вертикальным пучком в нижнем положении общепринято понимать, что глубина проплавления совмещается с глубиной сварочной ванным (направлением силы тяжести); под сваркой горизонтальным пучком на вертикальной стенке - глубина сварочной ванны (направление силы тяжести) совмещается с шириной шва (горизонтальный шов). Известно, что частица с зарядом q и скоростью v

Figure 00000001
, движущаяся в магнитном поле B
Figure 00000002
, испытывает воздействие силы F
Figure 00000003
, называемой силой Лоренца. Эта сила действует перпендикулярно векторам B
Figure 00000004
и v
Figure 00000005
. Величина и направление этой силы определяются векторным произведением F = q = [ v , B ]
Figure 00000006
. Данная сила задает траекторию движения электронов луча по дуге окружности. Периодическое экранирование луча парами металла и перемещающимся жидким металлом сварной ванны, не будут оказывать существенного влияния на макроструктуру сварного шва, а именно - на образование пиков проплавления в корне шва, так как вблизи дна канала проплавления электронный луч будет находиться под углом γ=(0…30°) относительно направления сварки. Основополагающим является отклонение луча в локально именно в корне шва для уменьшения амплитуды возникающих в процессе сварки корневых швов. Величина начального наклона электроннолучевой пушки α зависит от расстояния между пушкой и поверхностью свариваемых деталей, распределения индукции магнитного поля и выбирается таким образом, чтобы электронный пучок входил в канал проплавления под углом β = ( 90 15 )
Figure 00000007
относительно лицевой плоскости свариваемых деталей, что сократит длину пути электронного луча в канале проплавления, и, соответственно, потери энергии пучка электронов, вызванные его рассеиванием парами металлов.They create a magnetic field whose induction lines are directed perpendicular to the electron beam and the plane of the welded joint and pass through the welded joint of the parts. The welding process is carried out in a vertical beam in the lower position with a through penetration. Under the vertical beam welding in the lower position, it is generally accepted to understand that the penetration depth is combined with the depth of the weld pool (direction of gravity); under welding with a horizontal beam on a vertical wall - the depth of the weld pool (direction of gravity) is combined with the width of the seam (horizontal seam). It is known that a particle with charge q and velocity v
Figure 00000001
moving in a magnetic field B
Figure 00000002
experiencing force F
Figure 00000003
called the Lorentz force. This force acts perpendicular to the vectors B
Figure 00000004
and v
Figure 00000005
. The magnitude and direction of this force are determined by the vector product F = q = [ v , B ]
Figure 00000006
. This force sets the trajectory of the electron beam along the arc of a circle. Periodic screening of the beam by metal vapor and the moving liquid metal of the weld pool will not have a significant effect on the macrostructure of the weld, namely, on the formation of penetration peaks in the root of the weld, since the electron beam will be at an angle γ = (0 ... near the bottom of the penetration channel 30 °) relative to the direction of welding. It is fundamental that the beam is deflected locally precisely at the root of the seam to reduce the amplitude of root welds arising during welding. The initial slope of the electron beam gun α depends on the distance between the gun and the surface of the parts to be welded, the distribution of the magnetic field induction, and is chosen so that the electron beam enters the penetration channel at an angle β = ( 90 fifteen )
Figure 00000007
relative to the front plane of the welded parts, which will reduce the path length of the electron beam in the penetration channel, and, accordingly, the energy loss of the electron beam caused by its scattering by metal vapor.

Угол поворота вектора скорости электрона, двигающегося в однородном магнитном поле действующего в пределах свариваемого стыка перпендикулярно его плоскости, определяется следующим выражением:The rotation angle of the velocity vector of an electron moving in a uniform magnetic field acting within the welded joint perpendicular to its plane is determined by the following expression:

t g ( γ ) = 1 e B m t g ( α ) t

Figure 00000008
, t g ( γ ) = one - e B m t g ( α ) t
Figure 00000008
,

где e - заряд электрона, B - индукция магнитного поля, m - масса электрона, t - время движения электрона от поверхности изделия до дна канала.where e is the electron charge, B is the induction of the magnetic field, m is the mass of the electron, t is the time the electron moves from the surface of the product to the bottom of the channel.

Схема для реализации способа ЭЛС работает следующим образом. Создают магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны свариваемым кромкам. Электроннолучевую пушку 1 устанавливают вертикально под углом α к лицевой плоскости свариваемых деталей 2, выбранным из условия 0°<α<90°. Электронный луч 3 от электронной пушки 1 направляют сварной стык 2 таким образом, пучок входил в канал проплавления под углом β = ( 90 15 )

Figure 00000009
относительно лицевой плоскости свариваемых деталей, причем электроны имеют криволинейную траекторию по всему своему пути. Затем, посредством механизма перемещения 4, перемещают стол 5 с расположенными на нем свариваемыми деталями 2 со скоростью сварки и проводят сварку без сквозного проплавления свариваемых деталей. В результате расплавления основного металла свариваемых деталей 2 образуется общая сварочная ванна 6, окружающая криволинейный канал проплавления 7, которая затем кристаллизуется с образованием сварного шва 8. Величина индукции магнитного поля выбирается исходя из требуемой глубины проплавления, ускоряющего напряжения электроннолучевой пушки и угла наклона электроннолучевой пушки к плоскости свариваемых деталей.The scheme for implementing the ELS method works as follows. They create a magnetic field whose induction lines are perpendicular to the edges to be welded. The electron beam gun 1 is installed vertically at an angle α to the front plane of the welded parts 2, selected from the condition 0 ° <α <90 °. The electron beam 3 from the electron gun 1 directs the welded joint 2 so that the beam entered the penetration channel at an angle β = ( 90 fifteen )
Figure 00000009
relative to the front plane of the parts to be welded, and the electrons have a curved path along their entire path. Then, by means of the moving mechanism 4, the table 5 is moved with the welded parts 2 located on it with a welding speed and welding is performed without through penetration of the welded parts. As a result of the melting of the base metal of the parts to be welded 2, a common weld pool 6 is formed, surrounding the curvilinear penetration channel 7, which then crystallizes to form a weld 8. The magnitude of the magnetic field induction is selected based on the required penetration depth, accelerating voltage of the electron beam gun and the angle of inclination of the electron beam gun to the plane of the welded parts.

Использование предлагаемого способа сварки обеспечивает получение сварных соединений без образования корневых дефектов типа пиков проплавления, нестабильности глубины проплавления.Using the proposed welding method provides welded joints without the formation of root defects such as penetration peaks, instability of the penetration depth.

Claims (1)

Способ электроннолучевой сварки деталей, включающий приложение к плоскости стыка свариваемых деталей локального магнитного поля, направление электронного луча на стык с образованием канала проплавления и электроннолучевую сварку деталей в нижнем положении, отличающийся тем, что сварку осуществляют с несквозным проплавлением, при этом прикладывают магнитное поле, направление которого перпендикулярно плоскости стыка, а электронный луч направляют под острым углом к поверхности свариваемых деталей, который выбирают из условия обеспечения входа электронного луча в канал проплавления под углом 90°±15°, образования криволинейной траектории луча и обеспечения направления электронного луча вблизи дна канала проплавления под углом 0÷30°. A method of electron beam welding of parts, including applying a local magnetic field to the junction plane of the parts to be welded, directing the electron beam to the joint with the formation of a penetration channel and electron beam welding of parts in the lower position, characterized in that the welding is carried out without penetration, while applying a magnetic field, direction which is perpendicular to the joint plane, and the electron beam is directed at an acute angle to the surface of the welded parts, which is chosen from the condition of providing of the electron beam in the entrance channel penetration at 90 ° ± 15 °, formation of the curved beam path and ensure the electron beam direction near the bottom of the channel at an angle of penetration of 0 ÷ 30 °.
RU2012131465/02A 2012-07-24 2012-07-24 Electron-beam welding RU2522670C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012131465/02A RU2522670C2 (en) 2012-07-24 2012-07-24 Electron-beam welding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012131465/02A RU2522670C2 (en) 2012-07-24 2012-07-24 Electron-beam welding

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012131465A RU2012131465A (en) 2014-02-10
RU2522670C2 true RU2522670C2 (en) 2014-07-20

Family

ID=50031686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012131465/02A RU2522670C2 (en) 2012-07-24 2012-07-24 Electron-beam welding

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2522670C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1405977A1 (en) * 1987-01-04 1988-06-30 Предприятие П/Я Г-4778 Method and apparatus for electron-beam welding
US4761536A (en) * 1986-06-23 1988-08-02 Blakeley Philip J Method and apparatus for reducing magnetic field strengths in welding zones
RU2298465C1 (en) * 2005-11-01 2007-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)") Welding method
RU2346795C2 (en) * 2003-01-07 2009-02-20 Дженерал Электрик Компани Method of electron-beam welding and welded joints made by this method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4761536A (en) * 1986-06-23 1988-08-02 Blakeley Philip J Method and apparatus for reducing magnetic field strengths in welding zones
SU1405977A1 (en) * 1987-01-04 1988-06-30 Предприятие П/Я Г-4778 Method and apparatus for electron-beam welding
RU2346795C2 (en) * 2003-01-07 2009-02-20 Дженерал Электрик Компани Method of electron-beam welding and welded joints made by this method
RU2298465C1 (en) * 2005-11-01 2007-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)") Welding method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012131465A (en) 2014-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Advanced welding manufacturing: a brief analysis and review of challenges and solutions
Hao et al. Weld formation mechanism of fiber laser oscillating welding of austenitic stainless steel
US10328513B2 (en) Welding process, welding system, and welded article
US20130309000A1 (en) Hybrid laser arc welding process and apparatus
JP2013514181A (en) Welding method and welding apparatus
EP3095548A1 (en) Laser welding method and welded joint
Bîrdeanu et al. Pulsed LASER-(micro) TIG hybrid welding: Process characteristics
Zhang et al. Microstructure and performance of hybrid laser-arc welded 40 mm thick 316 L steel plates
Zhang et al. Stability evaluation of laser-MAG hybrid welding process
Iqbal et al. Dual beam method for laser welding of galvanized steel: Experimentation and prospects
Zhang et al. Effects of heat source arrangements on Laser-MAG hybrid welding characteristics and defect formation mechanism of 10CrNi3MoV steel
EP2596896A1 (en) Welding system and process with a laser device, a GMAW device and a GTAW device; corresponding welded article
Wang et al. Effect of arc swing parameters on narrow gap vertical GMA weld formation
DK2954969T3 (en) MULTI-ELECTRODE ELECTROGAS ELECTROGAS WELDING PROCEDURE FOR THICK STEEL PLATES AND MULTI-ELECTRODE ELECTROGAS PERFERENCE ARC WELDING PROCEDURE FOR STEEL
Meng et al. Formation and suppression mechanism of lack of fusion in narrow gap laser-arc hybrid welding
Yang et al. Influence of alternating magnetic field on microstructure and mechanical properties of laser-MIG hybrid welded HG785D steel joint
Möller et al. Gap bridging ability in laser GMA hybrid welding of thin 22MnB5 sheets
CN114867577A (en) Bonding method
Wang et al. Improving spreadability of molten metal in MIG welding-brazing of aluminum to steel by external magnetic field
Jones et al. Towards advanced welding methods for the ITER vacuum vessel sectors
Sliva et al. EBW of aluminium alloys with application of electron beam oscillation
US8853594B2 (en) Welding method and apparatus therefor
RU2522670C2 (en) Electron-beam welding
RU2433024C1 (en) Method of electron beam welding of nonmagnetic metals and alloys
Su et al. Effect of laser-arc synergy on melting energy in laser-CMT hybrid welding of aluminum alloy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180725