RU2668648C2 - Method of electron beam welding - Google Patents
Method of electron beam welding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2668648C2 RU2668648C2 RU2016117055A RU2016117055A RU2668648C2 RU 2668648 C2 RU2668648 C2 RU 2668648C2 RU 2016117055 A RU2016117055 A RU 2016117055A RU 2016117055 A RU2016117055 A RU 2016117055A RU 2668648 C2 RU2668648 C2 RU 2668648C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- edges
- joint
- electron beam
- seam
- welding
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
Abstract
Description
Изобретение относится к области электроннолучевой сварки с зазором и может найти применение для сварки стыковых соединений средних и больших толщин конструкций в различных отраслях машиностроения, а именно, автомобильной, судостроительной, авиационной и т.д.The invention relates to the field of electron beam welding with a gap and may find application for welding butt joints of medium and large thicknesses of structures in various branches of engineering, namely, automotive, shipbuilding, aviation, etc.
Известен способ электроннолучевой сварки стыковых соединений толстолистовых конструкций согласно патенту RU 2527112 от 14.12.2012. Способ заключается в том, что кромки элементов конструкций собирают встык с зазором. Сварку осуществляют в вакууме с разверткой электронного пучка, обеспечивая формирование корня шва и части его сечения, а оставшуюся часть сечения шва с лицевой стороны наплавляют присадочным материалом. При этом одну из кромок выполняют скошенной и обеспечивают увеличение зазора между кромками к лицевой стороне, а центр развертки электронного пучка смещают в сторону скошенной кромки. Величина зазора между кромками с обратной стороны не должна превышать 0,5 мм, а зазор между кромками с лицевой стороны составляет 1-2 мм. Развертку электронного пучка осуществляют по круговой траектории с диаметром d=(3/2)b-(1/2)а, со смещением центра от нескошенной кромки к скошенной на величину Δ=(a+b)/4, где: а - зазор между кромками с обратной стороны, b - зазор между кромками с лицевой стороны. [1]A known method of electron beam welding of butt joints of plate constructions according to patent RU 2527112 of 12/14/2012. The method consists in the fact that the edges of structural elements are assembled end-to-end with a gap. Welding is carried out in vacuum with a scan of the electron beam, ensuring the formation of the root of the seam and part of its cross section, and the remainder of the cross section of the seam from the front side is fused with filler material. In this case, one of the edges is chamfered and provides an increase in the gap between the edges to the front side, and the center of scanning of the electron beam is shifted toward the chamfered edge. The gap between the edges on the reverse side should not exceed 0.5 mm, and the gap between the edges on the front side is 1-2 mm. The scanning of the electron beam is carried out along a circular path with a diameter d = (3/2) b- (1/2) a, with the center shifted from the non-beveled edge to the beveled one by Δ = (a + b) / 4, where: a is the gap between the edges on the back side, b is the gap between the edges on the front side. [one]
Недостатками данного способа является возможное появление прожогов со стороны скошенной кромки и появление полостей, так как смещение электронного пучка в сторону скошенной кромки будет приводить к ее перегреву, а на необработанной кромке могут образовываться несплавления из-за нехватки мощности луча для расплавления металла.The disadvantages of this method are the possible occurrence of burns from the side of the beveled edge and the appearance of cavities, since the displacement of the electron beam towards the beveled edge will cause it to overheat, and non-fusion can form on the raw edge due to a lack of beam power to melt the metal.
Известен способ электроннолучевой сварки труб согласно патенту RU 2285599 от 31.03.2005. Способ электронно-лучевой сварки труб, включающий разделку кромок труб под сварку, установку их встык и совместное плавление с использованием присадочного материала, имеющий на боковой поверхности на конце одной из труб кольцевой выступ с поперечным сечением в виде равнобедренного треугольника, вершина одного из углов основания которого расположена на наружной кромке трубы, а торец на этом конце трубы срезают под углом внутрь трубы до внутренней кромки торца, которую при механической обработке выполняют сдвинутой по оси внутрь трубы от торца на величину половины основания выступа, а другой торец трубы срезают под углом наружу трубы с получением внутренней кромки, сдвинутой на такую же величину, и после стыковки труб направляют электронный луч на вершину присадочного выступа, после чего одновременно расплавляют электронным лучом присадочный выступ, стенку трубы и торцы трубы.A known method of electron beam welding of pipes according to patent RU 2285599 from 03/31/2005. A method of electron beam welding of pipes, including cutting the edges of the pipes for welding, butt welding and co-melting using filler material, having on the side surface at the end of one of the pipes an annular protrusion with a cross section in the form of an isosceles triangle, the apex of one of the corners of the base of which located on the outer edge of the pipe, and the end at this end of the pipe is cut at an angle inside the pipe to the inner edge of the end, which during machining is performed shifted along the axis inward of the pipe about the end face by half the base of the protrusion, and the other end of the pipe is cut at an angle to the outside of the pipe to obtain an inner edge shifted by the same amount, and after the pipes are joined, the electron beam is directed to the top of the filler protrusion, after which the filler protrusion and the pipe wall are simultaneously melted and pipe ends.
Недостатком данного способа является необходимость увеличения мощности луча и снижения скорости сварки для получения качественного сварного соединения, поскольку для расплавления присадочного буртика, стенок труб и кромок необходима широкая сварочная ванная для исключения дефекта «несплавление». На Фиг. 4 это наглядно показано. Увеличение мощности луча и снижение скорости сварки приводит к увеличению удельного тепловоложения, что негативно сказывается на структуре шва и околошовной зоны (ОШЗ), начинается рост зерна. Так же при схеме сварки без зазора существует градиент температур как по толщине свариваемого металла, так и по ширине относительно оси движения сварки. Это увеличивает уровень внутренних напряжений и может привести к трехосному напряженному состоянию, при котором происходит разрушение материала.The disadvantage of this method is the need to increase the beam power and reduce the welding speed to obtain a high-quality welded joint, since a wide weld pool is necessary to eliminate the “non-fusion” defect to melt the filler collar, pipe walls and edges. In FIG. 4 it is clearly shown. An increase in the beam power and a decrease in the welding speed leads to an increase in the specific heat position, which negatively affects the structure of the seam and the heat-affected zone (OSHZ), and grain growth begins. Also in the welding scheme without a gap, there is a temperature gradient both in the thickness of the metal being welded and in width relative to the axis of movement of the weld. This increases the level of internal stresses and can lead to a triaxial stress state in which the destruction of the material occurs.
Известен способ электронно-лучевой сварки согласно патенту JPS 5411039. Данный способ включает в себя специализированную подготовку кромок для распределения теплоты выделяемой электронным пучком на поверхности свариваемых кромок. Так же данный способ предназначен для сварки конструкций, в которых допускается использование подкладного кольца (Фиг. 2 поз. 3).A known method of electron beam welding according to the patent JPS 5411039. This method includes specialized edge preparation for the distribution of heat generated by the electron beam on the surface of the welded edges. Also, this method is intended for welding structures in which the use of a washer ring is allowed (Fig. 2, pos. 3).
Недостатками данного способа является невозможность его применения в конструкциях где использование подкладного кольца невозможно, а необходимо обеспечить формирование обратного валика с определенными параметрами. Вторым недостатком является то, что не указана зависимость развертки луча, его форма, геометрия разделки свариваемых кромок и как она меняется в зависимости от толщины свариваемого материала, а также какой должна быть величина притупления. Так же при данном способе сварки на лицевой поверхности шва будет образовываться впадина недопустимая для ответственных конструкций. В нашем способе для устранения таких впадин предусмотрены питающие бурты.The disadvantages of this method is the impossibility of its use in structures where the use of a backing ring is impossible, and it is necessary to ensure the formation of a reverse roller with certain parameters. The second drawback is that the dependence of the beam sweep, its shape, the geometry of the grooves of the welded edges and how it varies depending on the thickness of the welded material, and also what the bluntness should be, is not indicated. Also, with this welding method, a depression will be formed on the front surface of the seam, which is unacceptable for critical structures. In our method, supply collars are provided to eliminate such depressions.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ сварки плавлением по щелевой разделке по патенту RU 2175906 от 27.12.2000, при котором свариваемые кромки разделки выполняют с углом скоса, затем детали подготавливают к сварке, собирают, прихватывают и сваривают. Щелевую разделку выполняют с углом скоса свариваемых кромок деталей. До выполнения разделки определяют суммарное сужение ширины щели между кромками при сварке. В зависимости от его значения и с учетом толщины свариваемых деталей определяют величину угла скоса свариваемых кромок. За счет увеличения степени термического и механического воздействия сварочной дуги на свариваемые кромки исключается возможность образования несплавлений в сварном соединении. Уменьшение соотношения между шириной соединения и толщиной деталей приводит к повышению степени контактного упрочнения и повышению прочности сварного соединения. [2]The closest in technical essence to the invention is the fusion welding method for crevice cutting according to patent RU 2175906 from 12.27.2000, in which the welded cutting edges are made with a bevel angle, then the parts are prepared for welding, assembled, tacked and welded. Crevice cutting is performed with a bevel angle of the welded edges of the parts. Before cutting, determine the total narrowing of the width of the gap between the edges during welding. Depending on its value and taking into account the thickness of the parts to be welded, the bevel angle of the welded edges is determined. By increasing the degree of thermal and mechanical effects of the welding arc on the welded edges, the possibility of non-fusion formation in the welded joint is excluded. A decrease in the ratio between the width of the joint and the thickness of the parts leads to an increase in the degree of contact hardening and an increase in the strength of the welded joint. [2]
Недостатками данного способа является применение аргонодуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом. При данном способе сварки идет значительное тепловложение в металл шва и зону термического влияния (ЗТВ), что негативно сказывается на качестве сварного соединения, а именно приводит к снижению механических свойств. Так же последующее заполнение зазора между скошенными кромками присадочной проволокой может приводить к появлению дефектов (несплалениям, порам и т.д.) в сварном шве и околошовной зоне (ОШЗ). При сварке титановых сплавов необходимо обеспечить всестороннюю защиту металла шва и ОШЗ от взаимодействия с атмосферой, что так же является достаточно сложной задачей.The disadvantages of this method is the use of argon arc welding with a non-consumable tungsten electrode. With this welding method, there is a significant heat input into the weld metal and the heat affected zone (HAZ), which negatively affects the quality of the welded joint, namely, it leads to a decrease in mechanical properties. Subsequent filling of the gap between the beveled edges with a filler wire can lead to the appearance of defects (non-seaming, pores, etc.) in the weld and the heat-affected zone (OSHZ). When welding titanium alloys, it is necessary to provide comprehensive protection of the weld metal and the weld metal joint from interaction with the atmosphere, which is also a rather difficult task.
Технический результат данного изобретения достигается посредством создания способа электроннолучевой сварки с разделкой торцов свариваемых заготовок, использование которого позволит получить высококачественные сварные соединения с механическими свойствами близкими к основному металлу и достаточно высокой производительностью. При этом высокое качество сварных соединений обеспечивается за счет уменьшения тепловложения и как следствие меньшую ширину ОШЗ и ЗТВ, более предпочтительную структуру в этих зонах близкую к структуре свариваемых заготовок, снижение вероятности появления дефектов, обеспечением необходимой всесторонней защиты металла шва и ОШЗ, так как электронно-лучевая сварка производится в вакууме. Техническим результатом предлагаемого способа является повышение качества электронно-лучевой сварки конструкций средних и больших толщин. Указанный технический результат достигается за счет того, что при раскрытии кромок с углом α, выделение тепловой энергии от электронного пучка происходит не с поверхности стыкуемых элементов конструкции, а непосредственно на кромках изделия. Это позволяет более эффективно использовать мощность электронного луча и производить сварку на высоких скоростях, что в совокупности приводит к эффективному использованию мощности электронного луча, снижению тепловложения, уменьшению ширины ЗТВ, предотвращению роста зерна в ОШЗ, минимальным изменениям структуры материала и повышению качества сварных соединений. Зазор (а), формируемый за счет скоса кромок и увеличивающийся к лицевой стороне свариваемых элементов конструкций (по оси y), улучшает формирование шва, распределяет вводимую электронным лучом энергию по толщине свариваемых деталей. Величина зазора (а) рассчитывается по формуле где: δ - толщина свариваемых заготовок; b - величина притупления, назначается в зависимости от толщины свариваемого изделия, равной (0,1÷0,2)δ; α - угол раскрытия торцов свариваемых кромок.The technical result of this invention is achieved by creating a method of electron beam welding with cutting the ends of the welded workpieces, the use of which will allow to obtain high-quality welded joints with mechanical properties close to the base metal and a sufficiently high productivity. At the same time, the high quality of welded joints is ensured by reducing heat input and, as a result, a smaller width of the joint welded joint and a joint welded joint, a more preferable structure in these areas similar to the structure of the welded workpieces, reduced probability of occurrence of defects, and the necessary comprehensive protection of the weld metal and joint joint contamination, since beam welding is carried out in a vacuum. The technical result of the proposed method is to improve the quality of electron beam welding of structures of medium and large thicknesses. The specified technical result is achieved due to the fact that when opening the edges with an angle α, the heat energy from the electron beam does not occur from the surface of the joined structural elements, but directly on the edges of the product. This allows more efficient use of the power of the electron beam and welding at high speeds, which together leads to the efficient use of the power of the electron beam, reducing heat input, reducing the width of the HAZ, preventing grain growth in the joint zone, minimizing changes in the structure of the material and improving the quality of welded joints. The gap (a), formed due to the bevel of the edges and increasing to the front side of the welded structural elements (along the y axis), improves the formation of the seam, distributes the energy introduced by the electron beam over the thickness of the welded parts. The gap (a) is calculated by the formula where: δ is the thickness of the welded workpieces; b - the blunting value, is assigned depending on the thickness of the welded product, equal to (0.1 ÷ 0.2) δ; α is the opening angle of the ends of the welded edges.
Угол раскрытия торцов свариваемых кромок (α) близок по величине к углу сходимости электронного луча β≈α, β зависит от характеристик электронно-лучевой установки. На верхней части стыка при механической обработке оставляют бурты общей площадью S1, показанные на Фиг. 1, площадь сечения (S1) которых лежит в пределах от 1 до 1,2 площади сечения раскрытия торцов свариваемых кромок (S2) или S1=(1÷1,2) S2. Заготовки собирают встык с зазором не более 0,1 мм на прихватках. Сварку осуществляют в электроннолучевой установке с разверткой электронного пучка, обеспечивая формирование корня шва и основной части его сечения, заполняя объем разделки и формируя облицовочный валик оплавлением питающих буртов. Величина зазора между кромками с обратной стороны не должна превышать 0,1 мм, а зазор между кромками с лицевой стороны зависит от толщины изделия, угла сходимости луча β и величины b. Развертку электронного пучка осуществляют по круговой траектории с частотой вращения 800 Гц с диаметром d=(4/3)a, где: а - зазор между кромками с лицевой стороны. Техническим результатом предлагаемого способа является повышение качества сварных соединений конструкций средних и больших толщин за счет уменьшения ширины зоны термического влияния, более эффективного использования энергии электронного луча, так как тепловая энергия при ЭЛС выделяется не на поверхности изделия, а непосредственно на стыкуемых кромках. Так же при данном способе сварки снижается градиент температур по толщине изделия поперек и вдоль стыка.The opening angle of the ends of the welded edges (α) is close in magnitude to the angle of convergence of the electron beam β≈α, β depends on the characteristics of the electron-beam installation. On the upper part of the joint during machining, collars with a total area S 1 shown in FIG. 1, the cross-sectional area (S 1 ) of which lies in the range from 1 to 1.2 of the cross-sectional area of the disclosure of the ends of the welded edges (S 2 ) or S 1 = (1 ÷ 1.2) S 2 . Billets are assembled end-to-end with a gap of not more than 0.1 mm at the tacks. Welding is carried out in an electron beam installation with a scan of the electron beam, ensuring the formation of the root of the seam and the main part of its cross section, filling the volume of cutting and forming a facing roller by fusion of the supply collars. The gap between the edges on the reverse side should not exceed 0.1 mm, and the gap between the edges on the front side depends on the thickness of the product, the angle of convergence of the beam β and the value of b. The scanning of the electron beam is carried out along a circular path with a rotation frequency of 800 Hz with a diameter of d = (4/3) a, where: a is the gap between the edges on the front side. The technical result of the proposed method is to improve the quality of welded joints of structures of medium and large thicknesses by reducing the width of the heat-affected zone, more efficient use of the energy of the electron beam, since the thermal energy during EBW is released not on the surface of the product, but directly on the abutting edges. Also, with this welding method, the temperature gradient is reduced across the thickness of the product across and along the joint.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016117055A RU2668648C2 (en) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | Method of electron beam welding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016117055A RU2668648C2 (en) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | Method of electron beam welding |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016117055A RU2016117055A (en) | 2017-11-02 |
RU2668648C2 true RU2668648C2 (en) | 2018-10-02 |
Family
ID=60263913
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016117055A RU2668648C2 (en) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | Method of electron beam welding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2668648C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU189272U1 (en) * | 2019-01-23 | 2019-05-17 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Blank for the manufacture of large diameter steel pipe with a wall thickness of up to 25 mm |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3436515A (en) * | 1964-12-11 | 1969-04-01 | Lucas Industries Ltd | Electron beam welding |
JPS5411039A (en) * | 1977-06-29 | 1979-01-26 | Babcock Hitachi Kk | Electron beam welding method |
JPS6363581A (en) * | 1986-09-02 | 1988-03-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Groove shape for electron beam welding |
SU1682089A1 (en) * | 1988-03-31 | 1991-10-07 | Предприятие П/Я А-1504 | Method of electron-beam welding |
JPH10113777A (en) * | 1996-10-14 | 1998-05-06 | Fuji Electric Co Ltd | Butt joint for electron-beam welding |
RU2175906C1 (en) * | 2000-12-27 | 2001-11-20 | Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники" | Method for fusion welding along slit dressing |
RU2285599C1 (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля" | Tube electron-beam welding method |
RU2288827C1 (en) * | 2005-09-19 | 2006-12-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" | Method for preparing tube edges for welding |
-
2016
- 2016-04-28 RU RU2016117055A patent/RU2668648C2/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3436515A (en) * | 1964-12-11 | 1969-04-01 | Lucas Industries Ltd | Electron beam welding |
JPS5411039A (en) * | 1977-06-29 | 1979-01-26 | Babcock Hitachi Kk | Electron beam welding method |
JPS6363581A (en) * | 1986-09-02 | 1988-03-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Groove shape for electron beam welding |
SU1682089A1 (en) * | 1988-03-31 | 1991-10-07 | Предприятие П/Я А-1504 | Method of electron-beam welding |
JPH10113777A (en) * | 1996-10-14 | 1998-05-06 | Fuji Electric Co Ltd | Butt joint for electron-beam welding |
RU2175906C1 (en) * | 2000-12-27 | 2001-11-20 | Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники" | Method for fusion welding along slit dressing |
RU2285599C1 (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля" | Tube electron-beam welding method |
RU2288827C1 (en) * | 2005-09-19 | 2006-12-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" | Method for preparing tube edges for welding |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU189272U1 (en) * | 2019-01-23 | 2019-05-17 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Blank for the manufacture of large diameter steel pipe with a wall thickness of up to 25 mm |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016117055A (en) | 2017-11-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5609632B2 (en) | Laser lap welding method | |
JP5519494B2 (en) | Method for joining thick metal workpieces by welding | |
JP2008073770A (en) | Connection of rotationally symmetrical steel fastening element to flat aluminum component | |
JP2006289500A (en) | Weld prep joint for electron beam or laser welding | |
US20130136940A1 (en) | Welding system, welding process, and welded article | |
RU2668648C2 (en) | Method of electron beam welding | |
US20100001044A1 (en) | Full penetration weld joint | |
RU2468902C2 (en) | Method of welding two metal parts together | |
US8853594B2 (en) | Welding method and apparatus therefor | |
RU2635637C1 (en) | Method of electron-beam welding of parts | |
JPH08141755A (en) | Friction welding method for different kinds of metallic material | |
JP2011101891A (en) | Joining method | |
JP7239418B2 (en) | Welding method for box type steel structure | |
JP7318741B2 (en) | Joining method | |
JP7119960B2 (en) | Joining method | |
KR20050032129A (en) | Improvement in probe friction butt welding method | |
RU2644491C2 (en) | Method of electron-beam welding of titanium alloy ring compounds | |
JP2001259830A (en) | One-side welding method for forming groove of steel frame structure | |
KR102597063B1 (en) | Clad pipe producting method using pulse wavedorm overlay welding | |
RU2766615C1 (en) | Method for electron beam welding of thin-walled tubular parts | |
JP4128022B2 (en) | Groove butt welding method using insert member and insert member used therefor | |
CN115945787B (en) | Welding method for cabin overlap joint structure | |
JPS6121750B2 (en) | ||
JP5483553B2 (en) | Laser-arc combined welding method | |
RU2787195C1 (en) | Method for hybrid laser-arc welding of thick-wall pipes |