RU2751203C1 - Method for electron ray welding of annular or circular joints from copper alloys - Google Patents
Method for electron ray welding of annular or circular joints from copper alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751203C1 RU2751203C1 RU2020116398A RU2020116398A RU2751203C1 RU 2751203 C1 RU2751203 C1 RU 2751203C1 RU 2020116398 A RU2020116398 A RU 2020116398A RU 2020116398 A RU2020116398 A RU 2020116398A RU 2751203 C1 RU2751203 C1 RU 2751203C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- parts
- welded
- electron beam
- weld
- 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
- B23K15/04—Electron-beam welding or cutting for welding annular seams
-
- 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
- B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
- B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Изобретение относится к области сварочного производства, в частности, к способу электронно-лучевой сварки медных сплавов с контролируемым сквозным проваром, формированием шва на весу и распространяется на получение кольцевых, или круговых сварных соединений. Изобретение может быть использовано в атомной энергетике, в машиностроении, авиастроении, в космической и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of welding, in particular, to a method of electron beam welding of copper alloys with controlled through penetration, formation of a weld by weight and extends to the production of circular or circular welded joints. The invention can be used in nuclear energy, mechanical engineering, aircraft construction, space and other industries.
Предшествующий уровень техникиPrior art
Известен способ, на который получен патент РФ № 2433023 «Способ электронно-лучевой сварки» МПК (51): B23K 15/00, B23K 28/02 приоритет от 16.02.2010 г, опубликовано 10.11.2011 г, авторы: Драгунов В.К., Овечников С.А., Чепурин М.В., Александрова О.П., Голубчик P.M. (RU), патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский энергетический институт» (ГОУВПО «МЭИ (ТУ)») (RU).The known method, which received the patent of the Russian Federation No. 2433023 "Method of electron beam welding" IPC (51): B23K 15/00, B23K 28/02 priority from 16.02.2010, published 10.11.2011, authors: Dragunov V.K ., Ovechnikov S.A., Chepurin M.V., Alexandrova O.P., Golubchik PM (RU), patentee: State educational institution of higher professional education "Moscow Power Engineering Institute" (GOUVPO "MPEI (TU)") (RU).
Способ включает формирование электронного луча, его отклонение и перемещение относительно оси пушки, расположение фокуса луча внутри свариваемой детали и поддерживание положения фокуса луча по толщине свариваемой детали постоянным. Отклонение и перемещение электронного луча от оси пушки осуществляют переменным тока к нижней части свариваемой детали через токоподводы, которые располагают с двух сторон симметрично стыку на расстоянии между ними, равном ширине сварного шва в верхней части свариваемой детали. При этом магнитное поле перемещают в направлении сварки со скоростью, равной скорости электронного луча, а величину переменного, подводимого через токоподводы, тока выбирают из условия обеспечения ширины сварного шва корневой зоны, равной ширине его верхней части.The method includes the formation of an electron beam, its deflection and movement relative to the axis of the gun, the location of the focus of the beam inside the welded part and maintaining the position of the focus of the beam in the thickness of the welded part constant. The deflection and movement of the electron beam from the axis of the gun is carried out by alternating current to the lower part of the workpiece to be welded through current leads, which are located on both sides symmetrically to the joint at a distance between them equal to the width of the weld in the upper part of the workpiece to be welded. In this case, the magnetic field is moved in the direction of welding at a speed equal to the speed of the electron beam, and the value of the variable current supplied through the current leads is selected from the condition of ensuring the width of the weld of the root zone equal to the width of its upper part.
Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются формирование электронного луча и поддерживание положения фокуса луча по толщине свариваемой детали постоянным.Signs that coincide with the essential features of the claimed invention are the formation of an electron beam and maintaining the position of the focus of the beam in the thickness of the welded part constant.
Недостатком данного способа является сложность технологического процесса, связанная с отклонением электронного луча от оси пушки за счет подвода переменного электрического тока к нижней зоне свариваемых деталей и последующим формированием магнитного поля и его перемещением в процессе сварки. Увеличение ширины корневой части шва приводит к увеличению размеров зоны нагрева, что, в свою очередь, может привести к возрастанию уровня внутренних сварочных напряжений в шве. Кроме этого, качество формирования корня шва зависит от степени отклонения электронного луча от оси пушки, от величины переменного электрического тока. Наличие отклонений от соосности электронного луча и токоподвода и неравенство скорости сварки и скорости перемещения токоподводов могут привести к нарушению стабильности формирования сварного шва и появлению корневых дефектов в сварном соединении.The disadvantage of this method is the complexity of the technological process associated with the deviation of the electron beam from the axis of the gun due to the supply of alternating electric current to the lower zone of the parts to be welded and the subsequent formation of a magnetic field and its movement during welding. An increase in the width of the root part of the seam leads to an increase in the size of the heating zone, which, in turn, can lead to an increase in the level of internal welding stresses in the seam. In addition, the quality of the formation of the weld root depends on the degree of deflection of the electron beam from the axis of the gun, on the magnitude of the alternating electric current. The presence of deviations from the alignment of the electron beam and the current lead and the inequality of the welding speed and the speed of movement of the current leads can lead to a violation of the stability of the formation of the weld and the appearance of root defects in the welded joint.
Известен способ, на который получен патент РФ №1568376 «Способ электроннолучевой сварки с регулированием тепловложеиия по длине стыка» МПК: B23K 15/00, приоритет 02.10.1987 г, опубликовано 30.11.1994 г, авторы: Мелюков В.В. (RU), патентообладатель: Мелюков В.В.The known method, which received RF patent No. 1568376 "Method of electron beam welding with regulation of heat input along the length of the joint" IPC: B23K 15/00, priority 02.10.1987, published 30.11.1994, authors: V.V. Melyukov. (RU), patentee: V.V. Melyukov
Способ предусматривает плавное увеличение тока пучка на начальном этапе сварки вплоть до рабочего значения, затем некоторое снижение этого тока во время прохода пучка вдоль всего стыка с формированием сварного шва. На этом этапе снижение тока пучка производят или по линейному, или по экспоненциальному закону. За счет этого обеспечивают постоянство температуры в тоне сварки в любой части кольцевого стыка. В начальный период сварки в пределах временного интервала от t1 до t2 плавно увеличивается ток электронного пучка до рабочего значения, затем поддерживают на заданом уровне ток пучка в пределах временного интервала от t2 до t3 с последующим уменьшением тока пучка на этапе перекрытия сварного шва и вывода сварочного кратера в пределах временного интервала от t3 до t4, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварки кольцевых соединений путем уменьшения перегрева в зоне сварки при замкнутых тепловых потоках вдоль оси кольцевого шва, ток пучка в пределах временного интервала от t2 до t3 плавно уменьшают.The method provides for a smooth increase in the beam current at the initial stage of welding up to the operating value, then a slight decrease in this current during the passage of the beam along the entire joint with the formation of the weld. At this stage, the beam current is reduced either linearly or exponentially. Due to this, a constant temperature in the welding tone is ensured in any part of the girth joint. In the initial period of welding, within the time interval from t 1 to t 2 , the electron beam current gradually increases to the operating value, then the beam current is maintained at a given level within the time interval from t 2 to t 3 , followed by a decrease in the beam current at the stage of overlapping the weld and withdrawal of the welding crater within the time interval from t 3 to t 4 , characterized in that, in order to improve the quality of welding of circular joints by reducing overheating in the welding zone with closed heat fluxes along the axis of the circular seam, the beam current within the time interval from t 2 to t 3 smoothly decrease.
Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются - в начальный период сварки плавно увеличивают ток электронного пучка до рабочего значения, затем поддерживают на заданном уровне ток пучка, уменьшают ток пучка на этапе вывода сварочного кратера.Signs that coincide with the essential features of the claimed invention are: in the initial period of welding, the electron beam current is gradually increased to the operating value, then the beam current is maintained at a predetermined level, and the beam current is reduced at the stage of extracting the welding crater.
Недостатком данного способа является ограниченное количество зон (3 сектора) по контролю тепловложения вдоль оси кольцевого шва. Для получения сварного шва оптимальной формы с жестко регламентируемыми параметрами по ширине и выпуклости шва необходимо контролировать тепловложение на протяжении всего стыка с оценкой влияния автоподогрева в разных секторах кольцевого соединения. Это необходимо, как правило, при сварке деталей из материалов с большим коэффициентом теплопроводности и низкой температурой плавления. В способе регулирование тепловложеиия осуществляется только за счет уменьшения тока луча, при условии сквозного провара в зоне перекрытия возможен непровар (поскольку значение тока уменьшается от рабочего значения до 0).The disadvantage of this method is the limited number of zones (3 sectors) to control heat input along the axis of the annular seam. To obtain a welded seam with an optimal shape with strictly regulated parameters along the width and convexity of the seam, it is necessary to control heat input throughout the entire joint with an assessment of the effect of autoheating in different sectors of the ring joint. This is necessary, as a rule, when welding parts made of materials with a high coefficient of thermal conductivity and a low melting point. In the method, the heat input is controlled only by reducing the beam current, under the condition of through penetration in the overlap zone, lack of penetration is possible (since the current value decreases from the operating value to 0).
Из аналогов, в качестве прототипа, был выбран патент РФ №2433024 «Способ электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов»: приоритет 16.06.2010 г, опубликовано 10.11.2011 г. МПК: B23K 15/00, B23K 28/02, авторы: Хохловский А.С., Мартынов В.П.. Голубчик P.M.. Саяпин А.С.(RU), патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский энергетический институт (технический университет)» (ГОУВПО «МЭИ» (ТУ)») (RU).Of the analogs, as a prototype, RF patent No. 2433024 "Method of electron beam welding of non-magnetic metals and alloys" was chosen: priority on June 16, 2010, published on November 10, 2011 IPC: B23K 15/00, B23K 28/02, authors : Khokhlovsky A.S., Martynov V.P .. Golubchik PM. Sayapin A.S. (RU), patentee: State educational institution of higher professional education "Moscow Power Engineering Institute (Technical University)" (GOUVPO "MPEI" (TU) ») (RU).
Способ электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов, включающий проплавление стыка свариваемых деталей электронным лучом, создание магнитного поля внутри свариваемых деталей и формирование заданной геометрии электронного луча и канала проплавления при отклонении электронного луча по толщине деталей, отличающийся тем, что осуществляют несквозное проплавление стыка, при этом в процессе сварки отклонение луча осуществляют поперек стыка и изменяют форму и размеры корня шва при постоянном размере вершины шва внутри свариваемых деталей со стороны корня шва переменным магнитным нолем.The method of electron beam welding of non-magnetic metals and alloys, including the penetration of the joint of the parts to be welded with an electron beam, the creation of a magnetic field inside the parts to be welded and the formation of a given geometry of the electron beam and the penetration channel when the electron beam is deflected along the thickness of the parts, characterized in that blind penetration of the joint is carried out, while in the process of welding, the deflection of the beam is carried out across the joint and the shape and dimensions of the weld root are changed at a constant size of the weld apex inside the parts to be welded from the side of the weld root with an alternating magnetic field.
Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: способ электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов, включающий проплавление стыка свариваемых деталей электронным лучом, формирование заданной геометрии электронного луча, перемещение электронного луча.Signs that coincide with the essential features of the claimed invention are: a method of electron-beam welding of non-magnetic metals and alloys, including the penetration of the joint of the parts to be welded with an electron beam, the formation of a given geometry of the electron beam, and the movement of the electron beam.
Недостатком данного способа является низкая прочность сварного шва при несквозном проплавлении стыка свариваемых деталей. Также отклонение электронного луча поперек сварного соединения приводит к расширению корневой части сварного шва. что может привести к увеличению уровня сварочных напряжений и деформации конструкции.The disadvantage of this method is the low strength of the weld with blind penetration of the joint of the parts to be welded. Also, the deflection of the electron beam across the weld leads to the expansion of the root of the weld. which can lead to an increase in the level of welding stresses and deformation of the structure.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение прочности сварных соединений при улучшении стабильности формирования сварного шва на весу с контролируемым сквозным проваром для обеспечения требуемых значений выпуклости шва с обратной стороны.The problem to be solved by the claimed invention is to increase the strength of welded joints while improving the stability of the formation of a welded seam by weight with a controlled penetration penetration to ensure the required values of the seam convexity on the reverse side.
Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, заключается в получении сварных швов без дефектов, неровностей и выплесков расплавленного металла и уменьшении уровня внутренних сварочных напряжений в шве и уменьшении уровня деформации конструкции сварного соединения.The technical result achieved by solving this problem consists in obtaining welded seams without defects, irregularities and splashes of molten metal and reducing the level of internal welding stresses in the seam and reducing the level of deformation of the welded joint structure.
Технический результат достигается тем, что в способе электронно-лучевой сварки медных сплавов со сквозным проваром, включающем проплавление силка свариваемых деталей электронным лучом, формирование заданной геометрии электронного луча, перемещение электронного луча, согласно изобретению, перед сваркой детали химически протравливают, пассивируют, свариваемые кромки механически зачищают, обезвоживают. Устанавливают свариваемые детали в приспособлении, обеспечивают плотный контакт свариваемых кромок без смещения по высоте. Устанавливают положение фокуса электронного луча над поверхностью свариваемых деталей с получением пятна фокусировки на стыке деталей. Выполняют прихватки. Выполняют электронно-лучевую сварку. При этом перемещают пятно фокусировки по поступательно-круговой траектории относительно стыка деталей. Увеличивают ток электронного луча до рабочего режима на участке ввода луча. Поддерживают ток луча на заданном уровне. Последовательно увеличивают скорость сварки в заданных секторах кольцевого соединения до зоны перекрытия и в самой зоне перекрытия шва. Затем уменьшают ток электронного луча до нулевого значения на участке вывода луча.The technical result is achieved by the fact that in the method of electron beam welding of copper alloys with through penetration, including the penetration of the force of the welded parts with an electron beam, the formation of a given geometry of the electron beam, the movement of the electron beam, according to the invention, before welding the parts are chemically etched, passivated, the welded edges are mechanically cleaned, dehydrated. The parts to be welded are installed in the device, ensure tight contact of the welded edges without displacement in height. The position of the focus of the electron beam above the surface of the parts to be welded is set to obtain a focusing spot at the junction of the parts. Carry out potholders. Electron beam welding is performed. In this case, the focusing spot is moved along a progressive circular path relative to the joint of the parts. The current of the electron beam is increased to the operating mode at the section of the beam input. Maintain the beam current at a predetermined level. The welding speed is sequentially increased in the given sectors of the circular joint up to the overlap zone and in the seam overlap zone itself. Then, the electron beam current is reduced to zero at the beam output portion.
Совокупность перечисленных существенных признаков обеспечивает получение технического результата - получение сварных швов без дефектов, неровностей и выплесков расплавленного металла, уменьшение уровня внутренних сварочных напряжений в шве и деформации конструкции сварного соединения то позволяет решить задачу повышения прочности сварных соединений при улучшении стабильности формирования шва на весу с контролируемым проплавлением для обеспечения требуемых значений выпуклости шва с обратной стороны.The combination of the above essential features provides a technical result - obtaining welded seams without defects, irregularities and splashes of molten metal, reducing the level of internal welding stresses in the seam and deformation of the welded joint structure, which makes it possible to solve the problem of increasing the strength of welded joints while improving the stability of weld formation by weight with a controlled penetration to ensure the required values of the seam convexity on the reverse side.
Возможно, формируют сварной шов на весу со сквозным проваром деталей и с необходимой выпуклостью шва с обратной стороны. Возможно, прихватки выполняют короткими участками шва электронным лучом в четырех диаметрально противоположных точках на стыке с эффективной мощностью луча, составляющей 30% от рабочей эффективной мощности луча при сварке. Это обеспечивает точность расположения деталей в зоне стыка (без смещения) в процессе сварки и тем самым уменьшают уровень внутренних сварочных напряжений и деформации конструкции.It is possible that a weld bead is formed on the weight with a through penetration of the parts and with the necessary convexity of the seam on the reverse side. It is possible that the tacks are made with short sections of the seam with an electron beam at four diametrically opposite points at the junction with an effective beam power equal to 30% of the effective effective beam power during welding. This ensures the accuracy of the arrangement of parts in the butt zone (without displacement) during the welding process and thereby reduces the level of internal welding stresses and deformation of the structure.
Возможно, для получения пятна фокусировки на стыке деталей устанавливают значение тока фокусировки электронного луча превышающим на 10% значение тока острой фокусировки луча. Это способствует формированию качественного сварного шва без дефектов и искажений формы в виде неровностей и выплесков расплавленного металла.Possibly, to obtain a focusing spot at the junction of parts, the value of the focusing current of the electron beam is set to be 10% higher than the value of the current of sharp focusing of the beam. This contributes to the formation of a high-quality weld without defects and shape distortions in the form of irregularities and splashes of molten metal.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
На фиг. 1 показана конструкция сварного соединения без разделки кромок.FIG. 1 shows the structure of a welded joint without grooving.
На фиг. 2 показан внешний вид поперечного сечения сварного соединения с дефектами.FIG. 2 shows an external view of a cross-section of a welded joint with defects.
На фиг. 3 показано соединение деталей электронно-лучевой сваркой.FIG. 3 shows the connection of parts by electron beam welding.
На фиг. 4 показана зона перекрытия сварного шва.FIG. 4 shows the weld overlap zone.
На фиг. 5 показан график зависимости выпуклости сварного шва с обратной стороны от угла сектора кольцевого соединения при постоянстве режимов сварки.FIG. 5 shows a graph of the dependence of the weld bulge on the reverse side of the angle of the girth joint sector with constant welding modes.
На фиг. 6 показан график зависимости выпуклости шва с обратной стороны в зависимости от угла сектора кольцевого соединения при изменении скорости сварки в различных секторах.FIG. 6 shows a graph of the dependence of the convexity of the seam from the back side depending on the angle of the sector of the girth joint when changing the welding speed in different sectors.
На фиг. 7 показано схематичное изображение процесса выполнения электронно-лучевой сварки кольцевого соединения с контролируемой выпуклостью шва с обратной стороны.FIG. 7 shows a schematic representation of the process of performing electron-beam welding of a circular joint with a controlled convexity of the seam on the reverse side.
На фиг. 8 показан график зависимости выпуклости шва с обратной стороны в зависимости от угла сектора кольцевого соединения после корректировки скорости сварки в различных секторах.FIG. 8 shows a graph of the back side bead bulge versus the girth sector angle after adjusting the welding speed in different sectors.
На фиг. 9 показан внешний вид поперечного сечения сварного соединения без дефектов.FIG. 9 shows an external view of a cross-section of a welded joint without defects.
Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention
Описанным в патенте способом можно сваривать круговые и кольцевые соединения деталей. Далее будет описан один из вариантов осуществления изобретения - электронно-лучевая сварка модельных образцов в виде кольцевых соединений трубных заготовок из меди высокой степени чистоты (бескислородная медь). Толщина исследуемых образцов составляет 3.0 мм. Основным условием получения качественных швов является сварка со сквозным проваром без дефектов и обеспечение выпуклости сварного шва с обратной стороны не более 8% от толщины свариваемых деталей (0,24 мм). Для оценки величины выпуклости шва с обратной стороны кольцевое соединение разделяют на сектора с шагом 60° для фиг. 5 и с шагом 40° для фиг. 6 и 8.The method described in the patent can be used to weld circular and ring joints of parts. Next, one of the embodiments of the invention will be described - electron-beam welding of model samples in the form of ring joints of tubular billets made of high-purity copper (oxygen-free copper). The thickness of the samples under study is 3.0 mm. The main condition for obtaining high-quality seams is welding with a through penetration without defects and ensuring the bulge of the welded seam on the reverse side of no more than 8% of the thickness of the parts to be welded (0.24 mm). To estimate the size of the seam bulge on the back side, the ring joint is divided into sectors with a step of 60 ° for FIG. 5 and with a step of 40 ° for FIG. 6 and 8.
Как показано на фиг. 1, в сварке участвуют детали 1 и 2 цилиндрической формы без выполнения разделки свариваемых кромок (стыковое соединение).As shown in FIG. 1,
Электронно-лучевую сварку деталей 1 и 2 из меди осуществляют следующим образом. Для стабильного формирования сварного шва очищают свариваемые поверхности от загрязнений. Для этого перед сваркой детали 1 и 2 подвергают химическому травлению и пассивированию. Процесс пассивирования заключается в создании на поверхности свариваемых деталей 1 и 2 тонких слоев соединений в виде оксидной пленки, обеспечивающих защиту от коррозии. После этого кромки деталей 1, 2 и особенно их торцевые поверхности подвергают механической очистке шабером, с последующей протиркой бязевой салфеткой, смоченной спиртом. Этим доводят свариваемые поверхности до необходимой чистоты и. таким образом, исключают влияние местных загрязнений на качество сварного шва. Ниже приведена таблица влияния подготовки свариваемых кромок на качественные характеристики сварного шва. Результаты получены в результате проведения экспериментов. Шлиф сварного шва с дефектами, полученный в результате подготовки кромок без механической зачистки, показан на фиг. 2.Electron beam welding of
Из таблицы 1 видно, что отсутствие дефектов наблюдается при полном цикле подготовки свариваемых кромок в виде химического травления, пассивирования, механической зачистки и протирки бязевой салфеткой, смоченной спиртом. Поры 3 (на фиг. 2), которые образуются при подготовке свариваемых кромок без механической зачистки, являются концентраторами напряжений в сварном шве, снижают рабочее сечение и прочностные свойства шва. Они также могут привести к разрушению конструкции при накоплении внутренних сварочных напряжений и деформации сварного соединения.Table 1 shows that the absence of defects is observed with a full cycle of preparation of the welded edges in the form of chemical etching, passivation, mechanical cleaning and wiping with a coarse calico napkin moistened with alcohol. Pores 3 (in Fig. 2), which are formed during the preparation of the welded edges without mechanical cleaning, are stress concentrators in the weld, reduce the working section and strength properties of the seam. They can also lead to structural failure due to the accumulation of internal welding stresses and deformation of the welded joint.
Детали 1 и 2 устанавливают в сборочно-сварочном приспособлении, обеспечивают плотный контакт свариваемых кромок без смещения по высоте, как показано на фиг. 3. Устанавливают положение фокуса электронного луча 4, сгенерированного электронно-лучевой пушкой 5, над поверхностью свариваемых деталей 1 и 2 с получением пятна фокусировки. Устанавливают значение тока фокусировки электронного луча 4 на 10% больше значения тока острой фокусировки луча 4, без смещения относительно стыка 6 (фиг. 3).
Результаты экспериментов показали, что при токе фокусировки менее 10% от тока острой фокусировки луча 4 формируется сварной шов с дефектами в виде неровностей и выплесков расплавленного металла. Кроме этого, наблюдается превышение требуемых значений 0,24 мм выпуклости шва с обратной стороны с образованием единичных пор 3 в корне шва.The experimental results showed that at a focusing current of less than 10% of the current of sharp focusing of
При токе фокусировки более 10% от тока острой фокусировки луча 4 уменьшается степень концентрации луча 4 в зоне стыка 6 и увеличивается зона теплового воздействия электронного луча 4 и ширины шва, поскольку фокус луча 4 располагается еще выше относительно поверхности деталей 1 и 2. Это повышает уровень сварочных напряжений в шве и деформации конструкции соединения. Также это приводит к уменьшению глубины провара или к появлению дефекта в виде непровара, который является концентратором сварочных напряжений и снижает прочность шва.At a focusing current of more than 10% of the current of sharp focusing of
После установления фокуса выполняют прихватки электронным лучом 4 короткими участками в четырех диаметрально противоположных точках на стыке 6 с эффективной мощностью луча 4 не меньше 30% от основной эффективной мощности луча 4 при сварке. Прихватки выполняют с целью исключения возможных короблений и зазоров в процессе сварки.After establishing the focus, tacking with an
Результаты экспериментов показали, что при выполнении прихваток с эффективной мощностью луча 4 меньше 30% от рабочей эффективной мощности луча 4 происходит частичное оплавление свариваемых кромок без взаимного перемешивания металла или несплавление кромок. Это может привести к снижению прочности и разрыву прихваток в процессе воздействия термического цикла сварки, так как при сварке в процессе нагрева происходит расширение свариваемых кромок.The results of the experiments showed that when tacking with an effective power of
При выполнении прихваток с эффективной мощностью луча 4 больше 30% от рабочей эффективной мощности луча 4 реализуется избыточное тепловложение от источника сварки и происходит увеличение глубины провара. После выполнения сварки это приводит к превышению допустимых значений по выпуклости шва с обратной стороны в зонах расположения прихваток.When making tacks with an effective power of the
Электронно-лучевую сварку выполняют в нижнем положении на автоматизированной установке. При сварке в нижнем положении свариваемые детали 1 и 2 вращаются вокруг оси 7, расположенной в горизонтальной плоскости и перпендикулярной оси 8 электронного луча 4. Кроме этого обеспечивают высокочастотное вращение луча 4 относительно своей оси 8. Происходит движение луча 4 по круговой траектории с малым диаметром, порядка 0,5 мм. Этим обеспечивают улучшение структуры, механических свойств и сплошности металла шва, предотвращают несплавление кромок с обратной стороны сварного шва и исключают появление дефектов в виде пор.Electron beam welding is performed in the lower position on an automated installation. When welding in the lower position, the
На этапе предварительных работ были выполнены экспериментальные исследования по сварке модельных образцов. На первом образце в интервале заданных значений тока сварки при постоянстве остальных параметров режима было определено опорное значение тока сквозного провара. При данном значении тока сварки, постоянной скорости сварки и постоянстве остальных параметров режима была выполнена сварка следующего модельного образца. При этом была выявлена закономерность увеличения выпуклости сварного шва с обратной стороны перед началом зоны перекрытия 9 шва и в зоне перекрытия 9. Зона перекрытия 9 (фиг. 4) - это участок сварного шва, который определяется расстоянием «наложенного» слоя относительно точки 10 начала сварки до точки 11 окончания сварки.At the stage of preliminary work, experimental studies were carried out on the welding of model samples. On the first sample, in the range of set values of the welding current with the remaining parameters of the mode being constant, the reference value of the through-penetration current was determined. At a given value of the welding current, a constant welding speed and the constancy of the other parameters of the mode, the following model sample was welded. At the same time, a regularity was revealed of the increase in the bulge of the welded seam on the reverse side before the beginning of the
Увеличение выпуклости сварного шва с обратной стороны происходит за счет высокого коэффициента теплопроводности меди и проявления эффекта автоподогрева. Эффект автоподогрева сопровождается изменением условий формирования шва за счет встречного влияния теплового фронта, распространяющегося от точки 10 начала сварки, что способствует увеличению геометрических размеров шва и его выпуклости к концу сварки по степенному закону в соответствии с эмпирической формулой у=4Е-08х3-2Е-05х2+0,0046х+2,83, как показано на фиг. 5.The increase in the bulge of the welded seam on the reverse side occurs due to the high coefficient of thermal conductivity of copper and the manifestation of the auto-heating effect. The effect of autoheating is accompanied by a change in the conditions for the formation of the weld due to the counter effect of the heat front propagating from the
В интервале от 0° до 60° плавно увеличивают значение тока и скорости сварки от 0 до рабочих значений. В этом диапазоне выпуклость шва с обратной стороны составляет величину до 0,1 мм, значением которой можно пренебречь.In the range from 0 ° to 60 °, the value of current and welding speed is smoothly increased from 0 to operating values. In this range, the seam bulge on the reverse side is up to 0.1 mm, the value of which can be neglected.
В интервале от 60° до 180° происходит увеличение выпуклости шва с обратной стороны в допустимом диапазоне от 0,1 до 0,12 мм, что составляет 50% от максимально допустимой выпуклости шва с обратной стороны.In the range from 60 ° to 180 °, the seam bulge on the reverse side increases in the allowable range from 0.1 to 0.12 mm, which is 50% of the maximum allowable seam bulge on the reverse side.
В интервале от 180° до 330° происходит дальнейшее увеличение выпуклости шва с обратной стороны до максимально допустимого значения 0,24 мм. В секторе с углом 330° выпуклость составляет максимально допустимое значение 0,24 мм.In the range from 180 ° to 330 °, there is a further increase in the seam bulge on the reverse side to the maximum allowable value of 0.24 mm. In a sector with an angle of 330 °, the convexity is the maximum permissible value of 0.24 mm.
В начале зоны перекрытия 9 от точки 10 выпуклость составляет 0,32 мм, что превышает требуемое значение на 1/3 часть. Для уменьшения значения выпуклости шва с обратной стороны до требуемого значения до 0,24 мм необходимо уменьшить влияние автоподогрева по всей длине стыка.At the beginning of the
Для уменьшения влияния автоподогрева по всей длине стыка окружности был применен вариант сварки с последовательным увеличением скорости сварки от 1200 до 1600 мм/мин, как показано на фиг. 6. В интервале углов от 0° до 280° скорость сварки составляет 1200 мм/мин, При этом максимальная величина выпуклости шва с обратной стороны составляет 0,15 мм.To reduce the effect of auto-heating along the entire length of the circumferential joint, a welding option was used with a sequential increase in the welding speed from 1200 to 1600 mm / min, as shown in Fig. 6. In the range of angles from 0 ° to 280 °, the welding speed is 1200 mm / min, while the maximum value of the seam bulge on the back side is 0.15 mm.
Как показано на фиг. 6, в интервале углов от 280° до 330° скорость сварки увеличили до 1300 мм/мин. При этом максимальная величина выпуклости шва с обратной стороны уменьшилась. Дальнейшее увеличение скорости сварки в интервале от 330° до 355° приводит к существенному уменьшению выпуклости шва с обратной стороны до непровара. Для выравнивания выпуклости шва в пределах допустимых значений опытным путем были скорректированы значения скорости сварки на всем протяжении стыка, как показано на фиг. 8.As shown in FIG. 6, in the range of angles from 280 ° to 330 °, the welding speed was increased to 1300 mm / min. In this case, the maximum value of the seam bulge on the reverse side decreased. A further increase in the welding speed in the range from 330 ° to 355 ° leads to a significant decrease in the bulge of the seam on the back side to lack of penetration. To align the weld bulge within the permissible values, the welding speed values were experimentally adjusted throughout the joint, as shown in Fig. eight.
Эти скорректированные значения скорости сварки в установленных секторах сварного соединения были применены при сварке образца в соответствии с фиг. 7. При этом значения выпуклости по обратной стороне шва всего соединения не вышли за пределы допустимых (0,18-0,24 мм), как показано на фиг. 8.These corrected values of the welding speed in the specified sectors of the weld joint were applied when welding the specimen in accordance with FIG. 7. In this case, the values of the bulge on the reverse side of the seam of the entire joint did not go beyond the permissible limits (0.18-0.24 mm), as shown in FIG. eight.
В интервале от 0° до 5°, фиг. 7, происходит нарастание тока электронного луча 4 от 0 до рабочего значения, данный интервал является участком ввода луча. Плавное увеличение тока электронного луча 4 обеспечивает стабильность формирования сварного шва и более равномерный нагрев, исключает появление дефектов в виде выплесков расплавленного металла.In the range from 0 ° to 5 °, fig. 7, there is an increase in the current of the
В интервале от 5° до 280° (фиг. 7. 8) скорость сварки составляет 1230 мм/мин. Максимальное значение выпуклости шва с обратной стороны для интервала от 5° до 280° составляет 0,14 мм, как показано на фиг. 8.In the range from 5 ° to 280 ° (Fig. 7.8), the welding speed is 1230 mm / min. The maximum value of the back seam bulge for the interval from 5 ° to 280 ° is 0.14 mm, as shown in FIG. eight.
В интервале от 280° до 330° (фиг. 7, 8) скорость сварки составляет 1290 мм/мин. Значение выпуклости шва с обратной стороны для этого интервала составляет 0,15 мм. как показано на фиг. 8.In the range from 280 ° to 330 ° (Fig. 7, 8), the welding speed is 1290 mm / min. The back seam bulge value for this interval is 0.15 mm. as shown in FIG. eight.
Дальнейшее увеличение скорости сварки до 1340 мм/мин в интервале от 330° до 355°, увеличение до 1380 мм/мин в интервале от 355° до 375°. далее до 1550 мм/мин в интервале от 375° до 395°, как показано на фиг. 7, обеспечивает значение выпуклости шва с обратной стороны в допустимых пределах. Максимальное значение выпуклости шва с обратной стороны составляет 0.18 мм, как показано на фиг. 8.Further increase in welding speed to 1340 mm / min in the range from 330 ° to 355 °, increase to 1380 mm / min in the range from 355 ° to 375 °. further up to 1550 mm / min in the range from 375 ° to 395 °, as shown in FIG. 7, ensures the value of the bulge of the seam on the back side within acceptable limits. The maximum seam bulge on the back side is 0.18 mm, as shown in FIG. eight.
В интервале от 395° до 415° (фиг. 7, 8) до точки 11 окончания сварки происходит плавное уменьшение тока электронного луча 4 от рабочего значения до 0. Данный интервал является участком вывода луча. При этом скорость сварки в интервале от 395° до 415° составляет 1550 мм/мин. Плавное уменьшение тока электронного луча 4 исключает образование возможных дефектов в виде кратера и подрезов, которые являются концентраторами напряжений в шве и могут привести к снижению прочности шва и нарушению требуемой выпуклости шва с обратной стороны.In the range from 395 ° to 415 ° (Fig. 7, 8) to the
В процессе сварки с увеличением скорости сварки в секторах до начала зоны перекрытия 9 и в зоне самого перекрытия 9 расплавляют детали 1, 2 и формируют сварной шов 12, фиг. 9, на весу (со сквозным проваром свариваемых кромок без использования подкладок).In the process of welding with an increase in the welding speed in the sectors up to the beginning of the
После кристаллизации шва 12, фиг. 9, образуется неразъемное соединение деталей 1, 2. По результатам металлографического анализа шва внутренних дефектов в нем не выявлено. Сварной шов 12 формируют со сквозным проваром без образования дефектов и с выпуклостью шва 12 с обратной стороны не более 0,24 мм (8% от толщины соединения). Таким образом, изменение скорости сварки в разных секторах кольцевого соединения обеспечивает равномерное тепловложение по всей длине стыка 6, необходимую конфигурацию сварного шва 12 и, тем самым, уменьшает уровень внутренних сварочных напряжений и деформации конструкции в целом.After
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Наиболее эффективно выглядит использование предложенного способа в протяженных конструкциях переменного сечения в виде замкнутых корпусов, контейнеров, труб, закрытых сосудов, работающих в условиях импульсного возрастания температуры и давления внутренней агрессивной среды, динамических нагрузок и т.д. Там, где необходимо соединить детали с контролируемым сквозным проваром, и с повышенными требованиями к точности изготовления, и к качеству сварных швов.The most effective use of the proposed method in extended structures of variable cross-section in the form of closed bodies, containers, pipes, closed vessels operating under conditions of a pulse increase in temperature and pressure of an internal aggressive medium, dynamic loads, etc. Where it is necessary to connect parts with controlled through penetration, and with increased requirements for manufacturing accuracy, and for the quality of welds.
Предлагаемый способ обеспечивает технический эффект, заключающийся в получении сварных швов без дефектов, неровностей и выплесков расплавленного металла и уменьшении уровня внутренних сварочных напряжений в шве и деформации конструкции сварного соединения. Рассмотренный вариант выполнения изобретения был реализован на существующем в настоящее время оборудовании с использованием имеющихся материалов. Это подтверждает его работоспособность и промышленную применимость.The proposed method provides the technical effect, which consists in obtaining welded seams without defects, irregularities and splashes of molten metal and reducing the level of internal welding stresses in the seam and deformation of the welded joint structure. The considered embodiment of the invention was implemented on existing equipment using existing materials. This confirms its performance and industrial applicability.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020116398A RU2751203C1 (en) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | Method for electron ray welding of annular or circular joints from copper alloys |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020116398A RU2751203C1 (en) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | Method for electron ray welding of annular or circular joints from copper alloys |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2751203C1 true RU2751203C1 (en) | 2021-07-12 |
Family
ID=77019610
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020116398A RU2751203C1 (en) | 2020-04-30 | 2020-04-30 | Method for electron ray welding of annular or circular joints from copper alloys |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2751203C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115106638A (en) * | 2022-07-15 | 2022-09-27 | 中国科学院空天信息创新研究院 | Welding method of thin-wall oxygen-free copper ring |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1349928A1 (en) * | 1986-03-03 | 1987-11-07 | Институт Электросварки Им.Е.О.Патона | Method of finishing a weld in electron-beam welding |
SU1544537A1 (en) * | 1988-03-23 | 1990-02-23 | Пермский политехнический институт | Method of electron-beam welding with through penetration |
RU1568376C (en) * | 1987-10-02 | 1994-11-30 | Мелюков Валерий Васильевич | Method of electronic beam welding with heat feeding correction along length of seam |
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 |
RU2519155C2 (en) * | 2012-08-24 | 2014-06-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Operative control method for electron-beam welding |
CN105127577A (en) * | 2015-10-23 | 2015-12-09 | 中国原子能科学研究院 | Welding method for austenitic stainless steel pipe and niobium pipe |
CN104827176B (en) * | 2015-05-15 | 2016-09-21 | 哈尔滨工业大学 | Electron beam welding tantalum and the energy follow-up adjustment method of invar alloy girth joint |
RU2708724C1 (en) * | 2019-05-15 | 2019-12-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Method of electron-beam welding of annular connection of thin-wall shell with cylindrical cover, made of high-strength aluminum alloys |
-
2020
- 2020-04-30 RU RU2020116398A patent/RU2751203C1/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1349928A1 (en) * | 1986-03-03 | 1987-11-07 | Институт Электросварки Им.Е.О.Патона | Method of finishing a weld in electron-beam welding |
RU1568376C (en) * | 1987-10-02 | 1994-11-30 | Мелюков Валерий Васильевич | Method of electronic beam welding with heat feeding correction along length of seam |
SU1544537A1 (en) * | 1988-03-23 | 1990-02-23 | Пермский политехнический институт | Method of electron-beam welding with through penetration |
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 |
RU2519155C2 (en) * | 2012-08-24 | 2014-06-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Operative control method for electron-beam welding |
CN104827176B (en) * | 2015-05-15 | 2016-09-21 | 哈尔滨工业大学 | Electron beam welding tantalum and the energy follow-up adjustment method of invar alloy girth joint |
CN105127577A (en) * | 2015-10-23 | 2015-12-09 | 中国原子能科学研究院 | Welding method for austenitic stainless steel pipe and niobium pipe |
RU2708724C1 (en) * | 2019-05-15 | 2019-12-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Method of electron-beam welding of annular connection of thin-wall shell with cylindrical cover, made of high-strength aluminum alloys |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115106638A (en) * | 2022-07-15 | 2022-09-27 | 中国科学院空天信息创新研究院 | Welding method of thin-wall oxygen-free copper ring |
CN115106638B (en) * | 2022-07-15 | 2024-05-28 | 中国科学院空天信息创新研究院 | Welding method of thin-wall oxygen-free copper ring |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2258493A1 (en) | Welded steel pipe welded with a high energy density beam, and a manufacturing method therefor | |
NO320236B1 (en) | Improved solid welding process | |
CN111673219B (en) | Welding method for single-side welding and double-side forming of thick-framework T-shaped structure laser oscillation filler wire | |
DK2954969T3 (en) | MULTI-ELECTRODE ELECTROGAS ELECTROGAS WELDING PROCEDURE FOR THICK STEEL PLATES AND MULTI-ELECTRODE ELECTROGAS PERFERENCE ARC WELDING PROCEDURE FOR STEEL | |
RU2751203C1 (en) | Method for electron ray welding of annular or circular joints from copper alloys | |
Nekouie Esfahani et al. | Microstructural and mechanical characterisation of laser-welded high-carbon and stainless steel | |
US3139511A (en) | Fusion cladding technique and product | |
US20160039039A1 (en) | Aluminum resistance spot welding tip and method of making the same | |
RU2699493C1 (en) | Method of aluminum alloy nonconsumable electrode welding | |
RU2684735C1 (en) | Method for hybrid laser-arc welding of steel pipes with outer layer of plating | |
RU2650463C1 (en) | Method of automatic non-consumable electrode welding | |
Shehab et al. | Pulsed Nd: YAG laser dissimilar welding of Ti/Al3105 alloys | |
Bashmur et al. | Analysis of approaches for creating pipe connections in oil and gas equipment | |
RU2803446C1 (en) | Method for electron-beam welding of an annular joint of thin-walled and thick-walled parts made of dissimilar aluminum alloys | |
Shi et al. | Hybrid Nd: YAG laser-MAG welding of thick section steel with adaptive control | |
Chiozzi et al. | Capacitor discharge welded bars of Inconel 718 and TiAl6V4 superalloys under fatigue | |
EA028399B1 (en) | Method for laser welding of parts made of dissimilar metals | |
RU2613247C2 (en) | Method of mechanized arc welding with short circuit and in inert shielding gas | |
RU159414U1 (en) | DEVICE FOR CARRYING OUT REPAIR OF METAL STRUCTURES BY SPOT WELDING METHOD | |
Yuce et al. | Influence of heat input on mechanical properties and microstructure of laser welded dissimilar galvanized steel-aluminum joints | |
RU2787195C1 (en) | Method for hybrid laser-arc welding of thick-wall pipes | |
Muthuraju et al. | Experimental Studies of Different thick Steel sheets and variable clearance in MIG Brazing | |
RU2668621C1 (en) | Method of defect correction of welded seam of a formed pipe shell made with the use of laser | |
Jernstroem | Hybrid welding of hollow section beams for a telescopic lifter | |
SU841852A1 (en) | Method of argon arc welding |