RU2570270C2 - Method of electron beam welding of nonmagnetic metals and alloys - Google Patents

Method of electron beam welding of nonmagnetic metals and alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2570270C2
RU2570270C2 RU2014100704/02A RU2014100704A RU2570270C2 RU 2570270 C2 RU2570270 C2 RU 2570270C2 RU 2014100704/02 A RU2014100704/02 A RU 2014100704/02A RU 2014100704 A RU2014100704 A RU 2014100704A RU 2570270 C2 RU2570270 C2 RU 2570270C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electron beam
magnetic field
penetration
welding
alloys
Prior art date
Application number
RU2014100704/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014100704A (en
Inventor
Павел Владимирович Логачев
Юрий Игнатьевич Семенов
Анастасия Александровна Стельвага
Валерий Вячеславович Данилов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН)
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 учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН)
Priority to RU2014100704/02A priority Critical patent/RU2570270C2/en
Publication of RU2014100704A publication Critical patent/RU2014100704A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2570270C2 publication Critical patent/RU2570270C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to electron beam welding. Claimed process comprises part-through penetration of the parts (4) butt (3) by electron beam (2) and induction of constant magnetic field inside welding parts of maximum magnitude in the weld root. Beam (2) and penetration channel tip (11) are deflected along the butt or in opposite direction.
EFFECT: higher quality of nonmagnetic metals and alloys welds, enhanced performances.
4 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способу электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов в вакууме. Может быть использовано в различных отраслях машиностроения при выполнении ответственных сварных соединений.The invention relates to the field of engineering, in particular to a method for electron beam welding of non-magnetic metals and alloys in vacuum. It can be used in various branches of mechanical engineering when performing critical welded joints.

Прототипом выбран наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому изобретению способ электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов, описанный в патенте РФ №2433024, B23K 15/00, B23K 28/02, опубликованный 10.11.2011 г. В этом патенте предложены проплавление стыка электронным лучом, создание переменного магнитного поля внутри свариваемых деталей и формирование заданной геометрии электронного луча и канала проплавления отклонением электронного луча перпендикулярно к плоскости стыка.The prototype selected the closest in technical essence to the proposed invention the method of electron beam welding of non-magnetic metals and alloys described in the patent of the Russian Federation No. 2433024, B23K 15/00, B23K 28/02, published November 10, 2011. This patent proposes electronic penetration of the joint beam, the creation of an alternating magnetic field inside the parts to be welded and the formation of a given geometry of the electron beam and the penetration channel by deflecting the electron beam perpendicular to the junction plane.

Такой же результат достигается способом сварки, описанным в патенте РФ №2433023, B23K 15/00, B23K 28/02, опубликованный 10.11.2011 г., где в отличие от вышеуказанного патента предложено создание магнитного поля, отклоняющего электронный луч поперек к плоскости шва, проведением электрического тока непосредственно через свариваемые детали. Электрический ток подключается к свариваемым деталям с помощью специальных токоподводов.The same result is achieved by the welding method described in RF patent No. 2433023, B23K 15/00, B23K 28/02, published November 10, 2011, where, in contrast to the above patent, it is proposed to create a magnetic field deflecting the electron beam across to the seam plane, conducting electric current directly through the welded parts. Electric current is connected to the parts to be welded using special current leads.

Еще один способ сварки известен из патента РФ №2346795, B23K 15/00, опубликованный 20.02.2009 г., в котором отклонение канала проплава перпендикулярно плоскости стыка при сварке деталей из разнородных металлов и сплавов компенсируется локальным магнитным полем, создаваемым набором катушек, через которые пропускается электрический ток. Этот способ позволяет проваривать стык свариваемых деталей, имеющий дугообразную форму.Another welding method is known from RF patent No. 2346795, B23K 15/00, published on February 20, 2009, in which the deflection of the melt channel perpendicular to the butt plane when welding parts of dissimilar metals and alloys is compensated by a local magnetic field created by a set of coils through which electric current is passed. This method allows you to weld the joint of the welded parts, having an arched shape.

Во всех этих патентах создается локальное магнитное поле, направленное параллельно плоскости стыка свариваемых деталей в сторону движения шва или в противоположную сторону. При этом отклонение канала проплава происходит в направлении, перпендикулярном к плоскости стыка свариваемых деталей.All of these patents create a local magnetic field directed parallel to the joint plane of the welded parts in the direction of movement of the seam or in the opposite direction. In this case, the deflection of the melt channel occurs in a direction perpendicular to the plane of the junction of the welded parts.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение качества глубокого сварного шва при несквозном проплаве путем улучшения формирования корневой части шва и расширение технологических возможностей электронно-лучевой сварки. Решение этой задачи достигают отклонением в зоне корня шва электронного луча, фокус которого располагают внутри свариваемой детали, а положение фокуса луча по толщине свариваемой детали поддерживают постоянным.An object of the present invention is to improve the quality of a deep weld in a non-through penetration by improving the formation of the root part of the seam and expanding the technological capabilities of electron beam welding. The solution to this problem is achieved by deflecting the electron beam in the seam root zone, the focus of which is located inside the welded part, and the beam focus position along the thickness of the welded part is kept constant.

В отличие от прототипа отклонение канала проплава в области корня шва производят в плоскости стыка в направлении движения шва или в противоположную сторону локальным магнитным полем, направленным перпендикулярно плоскости стыка свариваемых деталей.Unlike the prototype, the deflection of the melt channel in the weld root area is made in the joint plane in the direction of the weld movement or in the opposite direction with a local magnetic field directed perpendicular to the joint plane of the parts to be welded.

При глубоком проплавлении электронным лучом конец канала проплава в зоне корня шва конусообразно сходится в точку, образуя острие, где происходят наиболее интенсивное образование паров металла и плавление металла. Эти сильно нестацианарные процессы вызывают колебание глубины провара, которое вызывает образование так называемых спайсов и дефектов шва, вызывающих снижение качества сварного шва.During deep penetration by an electron beam, the end of the penetration channel in the zone of the weld root converges conically to a point, forming a tip, where the most intense formation of metal vapor and metal melting take place. These highly unsteady processes cause fluctuations in the depth of penetration, which causes the formation of so-called spice and weld defects, causing a decrease in the quality of the weld.

Способ электронно-лучевой сварки заключается в том, что создаваемое в области корня шва неоднородное локальное магнитное поле, перпендикулярное к плоскости стыка, отклоняет острие в конце канала проплава в плоскости стыка свариваемых деталей в направлении движения шва или в противоположную сторону, отводя от корня шва острие канала проплава, что способствует улучшению формирования корня шва. При этом для получения той же глубины провара, что и при сварке без магнитного поля, увеличивают сварочный ток.The method of electron beam welding consists in the fact that a non-uniform local magnetic field created in the weld root area, perpendicular to the joint plane, deflects the tip at the end of the melt channel in the joint plane of the welded parts in the direction of weld movement or in the opposite direction, deflecting the tip from the weld root channel penetration, which improves the formation of the root of the seam. Moreover, to obtain the same penetration depth as when welding without a magnetic field, increase the welding current.

Сущность изобретения показана на фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.4.The invention is shown in figure 1, figure 2, figure 3 and figure 4.

Электронно-оптическая колонна 1 формирует узко сфокусированный луч электронов 2, который направляется в стык 3 свариваемых деталей 4. В области корня шва магнитом 5 создано неоднородное постоянное локальное магнитное поле B, перпендикулярное стыку 3. Абсолютная величина магнитного поля по мере приближения со стороны входа в стык 3 электронного луча 2 к корню шва возрастает. Свариваемые детали 4 передвигают механизмом перемещения 6.The electron-optical column 1 forms a narrowly focused electron beam 2, which is directed to the joint 3 of the welded parts 4. An inhomogeneous constant local magnetic field B is created in the region of the weld root with magnet 5, perpendicular to the joint 3. The absolute value of the magnetic field as it approaches the entrance side joint 3 of the electron beam 2 to the root of the seam increases. Welded parts 4 move the movement mechanism 6.

Как показано на фиг.2 магнит 5 состоит из магнитопроводов 7 и 8, изготовленных из магнитомягкого ферромагнетика и постоянного магнита 9 из магнитотвердого сплава на основе редкоземельных элементов. Магнит 5 может быть заменен электромагнитом, где вместо постоянного магнита ставится соленоид с сердечником из магнитомягкого ферромагнетика. В этом случае можно менять величину локального магнитного поля и его направление.As shown in FIG. 2, magnet 5 consists of magnetic cores 7 and 8 made of a soft magnetic ferromagnet and a permanent magnet 9 of a hard alloy based on rare earth elements. Magnet 5 can be replaced by an electromagnet, where instead of a permanent magnet, a solenoid with a core made of a soft magnetic ferromagnet is placed. In this case, the magnitude of the local magnetic field and its direction can be changed.

Как известно, на электрон, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца, пропорциональная заряду электрона и векторному произведению скорости электронов V e

Figure 00000001
и индукции магнитного поля B (фиг.1). В нашем случае V e
Figure 00000002
и B перпендикулярны друг другу, поэтому абсолютная величина силы Лоренца:As is known, the Lorentz force proportional to the electron charge and the vector product of the electron velocity acts on an electron moving in a magnetic field V e -
Figure 00000001
and magnetic field induction B (FIG. 1). In our case V e -
Figure 00000002
and B are perpendicular to each other, therefore the absolute value of the Lorentz force:

| F | = | I e | × | B |

Figure 00000003
, где I e
Figure 00000004
- ток электронного луча (фиг.2). | F | = | I e - | × | B |
Figure 00000003
where I e -
Figure 00000004
- current of the electron beam (figure 2).

Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки - если ладонь левой руки поставить так, чтобы B была направлена в открытую ладонь, а расправленные четыре пальца направить по направлению I e

Figure 00000005
, то отогнутый большой палец покажет направление силы Лоренца, то есть направление отклонения электронного луча и вместе с ним направление отклонения канала 11 проплавления стыка.The direction of the Lorentz force is determined by the rule of the left hand - if the palm of the left hand is placed so that B is directed to the open hand, and the four fingers extended are directed in the direction I e -
Figure 00000005
, then the bent thumb will show the direction of the Lorentz force, that is, the direction of deviation of the electron beam and with it the direction of deviation of the joint penetration channel 11.

Пример. Образцы из нержавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной 10 мм проварены электронно-лучевой сваркой в двух различных режимах. В первом режиме: U=60 кВ, I=70 мА, Vсв=10-2 м/с, где Vсв - скорость сварки, и без постоянного магнитного поля; во втором режиме - те же параметры, но на начальном участке шва сварка идет без постоянного магнитного поля, а на второй половине длины шва создано поперечное стыку постоянное магнитное поле в несколько кило эрстед в зоне корня шва.Example. Samples of stainless steel 12X18H10T with a thickness of 10 mm were welded by electron beam welding in two different modes. In the first mode: U = 60 kV, I = 70 mA, V St. = 10 -2 m / s, where V St. - welding speed, and without a constant magnetic field; in the second mode, the same parameters, but in the initial section of the weld, the welding proceeds without a constant magnetic field, and in the second half of the length of the weld, a constant magnetic field of several kilos Oersted is created in the zone of the root of the weld transverse to the joint.

Изготовленные продольные макрошлифы показали, что при сварке без магнитного поля глубина канала провара 10 резко колеблется, образуя зубчатую структуру корня шва, а при сварке с магнитным полем нет резких колебаний глубины (зубчатой структуры). В первом случае средняя глубина провара 8 мм, а во втором случае с увеличением магнитного поля глубина провара уменьшается с 8 мм до 5 мм. Если луч отклонен в сторону хода шва, то шов оканчивается выступающим в сторону отклонения луча острием в глубине 4 мм, если луч отклонен против хода шва, то шов оканчивается закруглением. На шлифах видно, что нужного эффекта можно достичь при меньших величинах магнитного поля, при этом наблюдается увеличение глубины провара с уменьшением величины магнитного поля. Из этого видно, что для достижения той же глубины провара, что и при сварке без магнитного поля, увеличивают сварочный ток.The produced longitudinal macro sections showed that when welding without a magnetic field, the depth of the penetration channel 10 sharply fluctuates, forming a serrated root structure of the weld, and when welding with a magnetic field there are no sharp depth fluctuations (gear structure). In the first case, the average penetration depth is 8 mm, and in the second case, with an increase in the magnetic field, the penetration depth decreases from 8 mm to 5 mm. If the beam is deflected in the direction of the seam movement, then the seam ends with a tip protruding towards the deflection of the beam in a depth of 4 mm, if the beam is deflected against the course of the seam, then the seam ends with rounding. On the thin sections it can be seen that the desired effect can be achieved with lower values of the magnetic field, while an increase in the penetration depth with a decrease in the magnetic field is observed. This shows that to achieve the same penetration depth as when welding without a magnetic field, increase the welding current.

Claims (1)

Способ электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов, включающий несквозное проплавление стыка свариваемых деталей электронным лучом, фокус которого располагают внутри свариваемой детали, и создание внутри свариваемых деталей локального постоянного магнитного поля, величину которого увеличивают с приближением к зоне корня шва, отличающийся тем, что острие канала проплава в зоне корня шва отклоняют магнитным полем в плоскости стыка, при этом магнитное поле создают неподвижным относительно электронного луча постоянным магнитом при перемещении свариваемой детали. A method of electron beam welding of non-magnetic metals and alloys, including through penetration of the junction of the parts to be welded by an electron beam, the focus of which is located inside the part to be welded, and the creation of a local constant magnetic field inside the parts to be welded, the magnitude of which increases with approaching the weld root zone, characterized in that the point of the penetration channel in the weld root zone is deflected by a magnetic field in the junction plane, while the magnetic field is created by a constant Ithomi while moving the workpiece.
RU2014100704/02A 2014-01-09 2014-01-09 Method of electron beam welding of nonmagnetic metals and alloys RU2570270C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100704/02A RU2570270C2 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Method of electron beam welding of nonmagnetic metals and alloys

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014100704/02A RU2570270C2 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Method of electron beam welding of nonmagnetic metals and alloys

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014100704A RU2014100704A (en) 2015-07-20
RU2570270C2 true RU2570270C2 (en) 2015-12-10

Family

ID=53611401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014100704/02A RU2570270C2 (en) 2014-01-09 2014-01-09 Method of electron beam welding of nonmagnetic metals and alloys

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2570270C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2635445C1 (en) * 2016-12-28 2017-11-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Method of electron-beam welding of dissimilar ferro- and paramagnetic materials

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04182077A (en) * 1990-11-16 1992-06-29 Sumitomo Metal Ind Ltd Method and equipment for electron beam welding
RU2433024C1 (en) * 2010-06-16 2011-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ"(ТУ)") Method of electron beam welding of nonmagnetic metals and alloys
RU2448822C1 (en) * 2010-11-30 2012-04-27 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ") Method of welding by electron beam

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04182077A (en) * 1990-11-16 1992-06-29 Sumitomo Metal Ind Ltd Method and equipment for electron beam welding
RU2433024C1 (en) * 2010-06-16 2011-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ"(ТУ)") Method of electron beam welding of nonmagnetic metals and alloys
RU2448822C1 (en) * 2010-11-30 2012-04-27 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ") Method of welding by electron beam

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2635445C1 (en) * 2016-12-28 2017-11-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Method of electron-beam welding of dissimilar ferro- and paramagnetic materials

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014100704A (en) 2015-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hao et al. Weld formation mechanism of fiber laser oscillating welding of austenitic stainless steel
US6888090B2 (en) Electron beam welding method
JP6703528B2 (en) Coil for magnetic pulse welding flat parts and related welding method
Pablo Reis et al. Arc interruptions in Tandem pulsed gas metal arc welding
RU2570270C2 (en) Method of electron beam welding of nonmagnetic metals and alloys
Sliva et al. EBW of aluminium alloys with application of electron beam oscillation
Yang et al. Effect of fluid in molten pool on the welds with Ti-6Al-4V during pulsed arc welding
Dragunov et al. New approaches to the rational manufacturing of combined constructions by EBW
Kiran et al. A study on the quality of two-wire tandem submerged arc welds under iso-heat input conditions
Razmyshlyaev et al. About rational using of the controlling longitudinal and transverse magnetic fields at arc welding and surfacing
RU2534183C1 (en) Electron-beam welding method of heterogeneous metal materials
Kim et al. A study on the numerical analysis of magnetic flux density by a solenoid for magnetically impelled arc butt welding
RU2433024C1 (en) Method of electron beam welding of nonmagnetic metals and alloys
Razmyshlyaev et al. TMF Influence on Weld Structure at the Welding of 12X18H9T
Vendan et al. Development of a MIAB welding module and experimental analysis of rotational behavior of arc—simulation of electromagnetic force distribution during MIAB welding of steel pipes using finite element analysis
US20170304930A1 (en) Coil for the magnetic-pulse welding of tubular parts and related welding method
Raj et al. Characterisation of weld bead and microhardness of SS316L weld overlays on S355J2+ N steel using GTAW under E-type magnet
Chulkov et al. Mathematical modeling of electron beam deflection for welding in narrow gap
JP5287962B2 (en) Welding equipment
RU2532626C1 (en) Method of electron beam welding
RU2635445C1 (en) Method of electron-beam welding of dissimilar ferro- and paramagnetic materials
JP7194737B2 (en) A method of assembling a ring to a tubular part by magnetic pulses
Savytsky et al. Influence of the impurities on the depth of penetration with carbon steel weldings
Baskoro et al. Study of cross-combination and square-combination configuration magnetic field on tungsten inert gas welding
MV et al. Role of FCA welding process parameters on bead profile, angular and bowing distortion of ferritic stainless steel sheets