SU1449273A1

SU1449273A1 - Method of arc welding with pulsed current

Info

Publication number: SU1449273A1
Application number: SU864140667A
Authority: SU
Inventors: Николай Петрович Моисеев; Сергей Николаевич Моисеев
Original assignee: Предприятие П/Я В-8266
Priority date: 1986-08-15
Filing date: 1986-08-15
Publication date: 1989-01-07

Abstract

Изобретение относитс к дуговой сварке и наплавке дл соединени нержавеющих и жаропрочньк сталей, а также алюминиевых сплавов и других материалов, примен емых в машиностроении , авиастроении и приборостроении, где требуетс точна прецизионна сварка деталей малых толщин. Цель изобретени - повышение производительности и качества сварного соединени . Между электродом и изделием возбуждают малоамперную дугу, на которую налагают импульсы тока повьшенной частоты , вырабатьгоаемые источником. Источник сварочного тока повышенной частоты представл ет собой высокочастотный инвертор резонансного типа с системой управлени и выполнен на полупроводниковых приборах. Сформированные системой управлени пр моугольные импульсы, сдвинутые на угол 180 , поступают на высокочастотный инвертор . Инвертор формирует высокочастотные импульсы длительностью (О,31...2) , разделенные паузой, котора равна (0,31...33) . При этом образуетс инвертируемый диапазон частот от 200 до 16000 Гц. Така форма тока уменьшает количество металла , наход щегос в жидком состо нии. При сварке алюминиевых сплавов амплитуда тока пр мой пол рности в 1,5 раза меньше амплитуды тока обратной пол рности. Способ позвол ет контролировать зону расплавленного металла при сварке и получать локальные нагревы с малыми зонами термического вли ни и мелкозернистые равновесные разориентированные структуры. 1 з.п. ф-лы, 1 табл. с (Л кэ соThe invention relates to arc welding and cladding for joining stainless and heat resistant steels, as well as aluminum alloys and other materials used in mechanical engineering, aircraft building and instrument making, where precise precision welding of parts of small thickness is required. The purpose of the invention is to increase the productivity and quality of the welded joint. Between the electrode and the product, a low-ampere arc is excited, on which impulses of current of a higher frequency are applied, produced by a source. A high-frequency welding current source is a high-frequency resonant type inverter with a control system and is made on semiconductor devices. Formed by the control system, rectangular pulses shifted by an angle of 180 are fed to a high-frequency inverter. The inverter generates high-frequency pulses of duration (O, 31 ... 2), separated by a pause, which is equal to (0.31 ... 33). This forms an invertible frequency range from 200 to 16000 Hz. This form of current reduces the amount of metal in the liquid state. When welding aluminum alloys, the amplitude of the current of direct polarity is 1.5 times less than the amplitude of the current of reverse polarity. The method allows to control the molten metal zone during welding and to obtain local heatings with small heat affected zones and fine-grained equilibrium misoriented structures. 1 hp f-ly, 1 tab. with (L ca with

Description

Изобретение относитс к дуговой сварке и наплавке и мокет быть использовано дп соединени нержавеющих и жаростойких сталей, алюминие- вых сплавов и других материалов, примен емых в машиностроении, авиострое- нии и приборостроении, где требуетс точна прецизионна сварка деталей малых толщин 0,2-8 мм.The invention relates to arc welding and surfacing, and mokket be used dp joints of stainless and heat-resistant steels, aluminum alloys and other materials used in mechanical engineering, aviation construction and instrument making, where precise precision welding of parts of small thickness 0.2-8 is required. mm

Цель изобретени - повышение производительности сварки за счет увеличени частоты следовани сварочных импульсов тока и сжати дуги магнитным полем, а также качества сварного соединени путем изменени кристаллов за счет уменьшени паузы сварочных импульсов тока.The purpose of the invention is to increase the welding performance by increasing the frequency of the welding current pulses and the arc compression by the magnetic field, as well as the quality of the welded joint by changing the crystals by reducing the pause of the welding current pulses.

Способ осуществл етс следующим образом.The method is carried out as follows.

Напр жение сети переменного тока подаетс на малоамперный выпр митель и источник сварочного тока повьш1ен- ной частоты, где оно вьтр мп етс и служит дл возбуждени и горени малоамперной дуги, котора образуетс между электродом и изделием. Источник сварочного тока повьшенной частоты представл ет собой высокочастотный инвертор резонансного типа с системой управлени и вьшолнен на полупроводниковых приборах. Сформированные пр моугольные импульсы системой управлени и сдвинутые на угол 180 поступают на высокочастотный инвертор. Инвертор формирует высокочастотные импульсы длительностью (0,31...2) , разделенные паузой (0,31 ...33) , образу при этом инвертируемый диапазон частот 200- 16000 Гц. Использование такой формы тока также уменьшает количество металла , наход щегос в жидком состо нии , и врем его пребьшани в указанном состо нии. Это позвол ет контро- лмровать зону расплавленного металла при сварке и получать локальные нагревы с малыми зонами термического вли ни и мелкозернистые равновесные разориентированные структуры. В пау зе происходит перекристаллизаци металла , а также зарождение и рост кристаллов, следовательно, пауза должна быть в 2...3 раза меньше скорости роста кристаллов. Часта посы ка сварочных импульсов при малой длтельности создает как бы вибрацию в зоне расплавленного металла, а мала пауза не пог вол ет полностью вырасти ему, так как следующий та ним сварочный импульс приостанавливает его рост. Кроме того, при сварке алюминиевых сплавов, которые содержат окисную плёнку с теьтературой плавлени более , необходим импульс тока, по амплитуде в 1,5 раза боль- ший основного импульса тока, чтобы он мог разрушить окисную пленку. Основным импульсом плавитс лишь только металл,- на котором предварительно сн та окисна пленка, а его темпера- тура плавлени составл ет 550 С.The AC mains voltage is supplied to the low-current rectifier and welding current source at a higher frequency, where it is low and serves to initiate and burn the low-amp arc that is formed between the electrode and the product. The high-frequency welding current source is a high-frequency resonant type inverter with a control system and is implemented on semiconductor devices. Formed rectangular pulses by the control system and shifted by an angle of 180 are fed to a high-frequency inverter. The inverter generates high-frequency pulses of duration (0.31 ... 2), separated by a pause (0.31 ... 33), thus forming the inverted frequency range 200-16000 Hz. The use of this form of current also reduces the amount of metal in the liquid state and the time it stays in the specified state. This allows one to control the molten metal zone during welding and to obtain local heatings with small heat-affected zones and fine-grained equilibrium misoriented structures. During the pause, the metal recrystallizes, as well as the nucleation and growth of crystals, therefore, the pause should be 2 ... 3 times less than the crystal growth rate. Frequently sending welding pulses with a small length creates a sort of vibration in the zone of the molten metal, and a small pause does not allow it to fully grow, since the next welding pulse stops its growth. In addition, when welding aluminum alloys that contain an oxide film with a melting temperature more, a current pulse is needed, with an amplitude 1.5 times larger than the main current pulse so that it can destroy the oxide film. The main impulse melts only the metal, on which the oxide film was previously removed, and its melting temperature is 550 C.

Способ позвол ет производить сварку как плав щимс , так и неплав щимс электродом с теми же параметрами. Пример . Провод т импульсно- дуговую сварку кольцевых швов в среде аргона неплав щимс вольфрамовым электродом диаметром 3 мм на пр мой пол рности. В качестве исходного материала примен ют трубопроводы диаметром 6, 8 и 12 мм из нержавеющей стали марки 1Х18Н10Т с толщиной стенки 1 мм, к которым приваривают ниппел из того же материала и тех же диаметров, но с толщиной стенки 1,5 мм. При этом сварочную дугу вращали вокруг сварного соединени . Выбор величины сварочного тока и ско- рости сварки определ етс услови ми технологии, где в качестве критери используют величину провисани корн шва во внутреннюю область трубы. Затем в сварных соединени х определ ют его структуру металлографическим методом . Результаты проведенных экспе- риментальньгх испытаний приведены в таблице.The method allows welding with both a melting and a non-melting electrode with the same parameters. An example. Pulsed-arc welding of annular welds in argon is carried out using a non-melting tungsten electrode 3 mm in diameter in direct polarity. Pipes with a diameter of 6, 8 and 12 mm of 1X18H10T stainless steel with a wall thickness of 1 mm are used as the starting material, and nipples of the same material and the same diameters, but with a wall thickness of 1.5 mm, are welded to them. In this case, the welding arc was rotated around the welded joint. The choice of the welding current and welding speed is determined by the conditions of the technology, where the slack root of the seam in the inner region of the pipe is used as a criterion. Then, in welded joints, its structure is determined by the metallographic method. The results of the experimental tests are given in the table.

Алюминий марки А„Г-2 сваривают знакопеременными импульсами на обратной пол рности с выключенным малоамперным источником дуги посто нного тока.Aluminum grade А „Г-2 is welded with alternating pulses in reverse polarity with the low-ampere source of the direct current arc switched off.

Результаты проведенных исследований представлены в таблице.The results of the studies are presented in the table.

В процессе проведенного эксперимента и испытаний у становлено, что с увеличением частоты следовани сварочных импульсов свыше 200 Гц структура сварного соединени становитс мелкозернистой, шов-плотным и однородным , отсутствуют резкие границы раздела и переходов. При этом почти не наблюдаетс зона термического влини , привод ща к ухудшению качества Такие швы с приведенной струкутрой н требуют термообработки.In the course of the experiment and tests, it became clear that with an increase in the frequency of the welding pulses following over 200 Hz, the structure of the welded joint becomes fine-grained, the seam is dense and uniform, there are no sharp interfaces and transitions. At the same time, there is almost no heat affected zone, resulting in deterioration of quality. Such seams with a reduced structure require heat treatment.

При уменьшении час готы следонани сварочных импульсов ниже ПО Гц нарушаетс устойчивость горени дуги и возникают значительные зоны термического вли ни и величины кристаллов, а при увеличении частоты следовани сныше 16000 Гц начинает значительно смазыватьс поверхностный эффетк, который снижает глубину проплавлени и производительность процесса сварки.When the frequency of welding pulses is reduced below the Hz, the arc burning stability is disturbed and significant heat zones and crystal sizes appear, and as the tracking frequency rises higher than 16000 Hz, the surface effect begins to be significantly lubricated, which reduces the penetration depth and productivity of the welding process.

Предлагаемый способ повьппает производительность сварки в 2-3 раза за счет увеличени частоты следовани сварочных импульсов. Кроме того, уменьшаетс зона термического вли ни , обеспечиваетс мелкозерниста равновесна структура и соответственно повышаетс качество сварного сое- динени , а также снижаетс расход электроэнергии питани в сети путем увеличени добротности системы источник - дуга.The proposed method boosts welding performance by a factor of 2-3 due to an increase in the frequency of welding pulses. In addition, the heat-affected zone is reduced, the fine-grained equilibrium structure is provided, and the quality of the welded connection is accordingly improved, and the power consumption of the mains supply is reduced by increasing the quality of the source-arc system.

Способ может быть использован в гибких автоматизированных системахThe method can be used in flexible automated systems.

4four

рмула изобр етени гrmula image g

Claims

one . The method of pulsed arc welding, in which between a non-consumable electrode and a product to be welded, excites a low-ampere arc of direct current and imposes welding current pulses on it, characterized by the fact that., In order to improve the performance of the process and control the crystallization of the weld pool, on a low-ampere arc impose pulses of increased frequency, the duration of which is set to 0.31 10 -2-10 s, and the pause between them is equal to 0,3140- -ЗЗ-Yu s.

2. The method according to claim 1, distinguished by the fact that, with the aim of improving the quality of welded joints when welding aluminum alloys,, give an alternating arc of increased frequency of the same duration and pause, while the amplitude of the current is direct polarity set to 1.5 times less than the amplitude of the current reverse floor rnos