SU1544537A1 - Способ электронно-лучевой сварки с кинжальным проплавлением - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электронно-лучевой сварке и может быть использовано в машиностроении и в других отрасл х промышленности при сварке изделий из высокопрочных сталей. Цель изобретени  - повышение стабильности геометрии сварного шва за счет уменьшени  перепадов проплавлени  в корневой зоне шва при наибольшей возможной глубине проплавлени . Способ электронно-лучевой сварки состоит в реализации кинжального проплавлени  с широтно-импульсной модул цией электронного пучка 1 со скважностью цикла, равной 0,3-0,7, и частотой, котора  корреспондируетс  с максимальной частотой колебаний переменной компоненты тока в электроцепи издели  3. Дл  подбора необходимой частоты модул ции тока включают стационарный пучок, ток которого обеспечивает глубину проплавлени  на 20-25% выше заданной, затем подбирают ток электромагнитной фокусирующей системы 4, обеспечивающий "острую" фокусировку пучка на поверхности издели  3. При подборе сигнал с амплитудного детектора 7 направл ют на прибор 10. Одновременно измер ют частоту колебаний переменной компоненты в электроцепи издели  3, дл  чего сигнал с частотного детектора 8 направл ют на прибор 9. Максимальные показани  прибора 10 соответствуют току "острой

Description

Изобретение относитс  к электрон- но-лучевой сварке и может быть использовано в машиностроении и в близких к нему отрасл х промышленности при сварке изделий из высокопрочных сталей.

Цель изобретени  - повышение стабильности геометрии сварного шва за- счет уменьшени  перепадов проплавле- ни  в корневой зоне шва при наибольшей возможной глубине проплавлени .

На фиг. 1 показана аппаратурна  схема реализации способа; на фиг. 2 график зависимости частоты колебаний тока в цепи изделий от величины тока электронного пучка; на фиг. 3 - график зависимости глубины проплавлени  от частоты импульсов тока электронного пучка; на фиг. 4 - продольный шлиф сварного соединени  с неполным проплав- лением и с геометрически нестабиль- ной корневой зоной шва.

Способ состоит в том, что при сварке с кинжальным проплавлением и с широтно-импульсной модул цией электронного пучка со скважностью цикла, равной 0,3-0,7, необходимую частоту модул ции тока электронного пучка выбирают соответствующей максимальной частоте колебаний переменной компоненты тока в электроцепи издели , кото- рую вы вл ют при острой фокусировке стационарного электронного пучка.

Электронный пучок 1 (фиг. 1), генерируемый электронным излучателем 2, фокусируют на изделии 3 с помощью электромагнитной фокусирующей системы 4. Ток в электроцепи издели  обеспечивает падение напр жени  на резисторе R( (с этой целью в электроцепь

5

д

«

$ Q

5

издели  встроен источник 5, положительный полюс которого электрически соединен со стенкой металлической вакуумной камеры). Проход щий в электроцепи издели  ток поступает на полосовой фильтр 6, который выдел ет из спектра колебаний этого тока компоненту с частотой 200-800 Гц. С выхода фильтра 6 сигнал поступает на вход амплитудного 7 и частотного 8 детекторов. Сигналы с этих детекторов поступают на измерительные приборы 9 и 10, регистрирующие частоту и амплитуду колебаний соответственно . Дл  формировани  импульсного или модулированного пучка электронов используют соответствующие устройства 11 и 12.

При сварке, например, с несквозным проплавлением необходимую частоту модул ции тока электронного пучка выбирают следующим образом. На первом этапе включают стационарный пучок, ток которого обеспечивает глубину проплавлени  на 20-25% выше заданной. Затем подбирают ток электромагнитной фокусирующей системы 4 таким образом , чтобы обеспечивалась остра  фокусировка пучка на поверхности издели  3. Этот подбор осуществл ют по максимальной амплитуде переменной компоненты (с частотой 200-800 Гц).тока в электроцепи издели , дл  чего сигнал с амплитудного детектора 7 направл ют на прибор 10. Одновременно измер ют частоту колебаний переменной компоненты тока в электроцепи издели , дл  чего сигнал с частотного детекто- ра 8 направл ют на прибор 9. По достижении максимального показани  по прибору 10, что соответствует току острой фокусировки, оценивают по прибору 9 частоту колебаний переменной компоненты тока. С этой же частотой обеспечивают модул цию тока пучка при сварке. Очевидно, что максимальный ток пучка в одиночном импульсе может быть равен току стационарного пучка. При скважности 0,6-0,7 глубина проп- лавлени  при таком токе пучка снижаетс  на 10-15% в сравнении со сваркой стационарным пучком. График на фиг.2 показывает экспериментально найденную зависимость частоты f естествен- ной пульсации процесса электронно-лучевой сварки с кинжальным проплавле- нием от величины тока пучка 1Д . Экспериментальные данные получены дл  детали 38ХНМ при ускор ющем напр же- нии 28 кВ и скорости сварки 12 м/ч. Ошибка при оценке частоты пульсаций не превышает 8%.

На фиг. 3 представлена информаци  о соотношении между глубиной проплав- лени  Н и величиной ее перепадов АН с одной стороны и частотой f импульсов тока - с другой.

На фиг. 4 в качестве примера показан продольный макрошлиф шва, где

Н„ - неполное проплавление,

Hh - полное проплавление, &Н - зона геометрической нестабильности в корне шва.

Апробацию изобретени  провод т при электронно-лучевой сварке деталей из стали 38 ХНМ на установке ЭЛУ-5 с источником питани  У-250А. Параметры сварочного режима: ускор ющее напр жение 28 кВ, ток электронного пучка 170 мА, скорость сварки 12 м/ч, ток фокусирующей линзы при острой фокусировке пучка 71,5 мА. График на фиг. 2 показывает, что при точке 170 мА частота следовани  импульсов

g 5 0

5

0

5

0

Именно с этой частотой осуществл ют сварку (дл  сравнени  использованы также частоты 200 Гц и 600 Гц). Геометрические характеристики проплав- лени  оценивают по продольным макрошлифам .

Из фиг. 3 следует, что при увеличении частоты импульсов до 450 Гц глубина проплавлени  увеличиваетс , а по достижении частоты 450 Гц (и выше ) - снижаетс . Оказываетс , что величина & Н/Н при сварке стационарным пучком составл ет 0,17, при импульсной сварке с частотой 450 Гц 0,07, а прк импульсной сварке с частотой 600 Гц - 0,085.

Технико-экономический эффект от использовани  изобретени  определ етс  возможностью улучшени  свойств сварных соединений за счет стабилизации геометрии в корневой зоне шва и в каждом конкретном случае зависит от особенностей конструкции свариваемого издели  и стоимости его материала.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ электронно-лучевой сварки с кинжальным проплавлением, при котором осуществл ют широтно-импульсную модул цию электронного пучка со скважностью цикла, равной 0,3-0,7, о т - личаю.щийс  тем, что, с целью повышени  стабильности геометрии сварного шва за счет уменьшени  перепадов .глубины проплавлени  в корневой зоне шва при наибольшей возможной глубине проплавлени , необходимую частоту модул ции тока электронного пучка выбирают соответствующей макси-i мальной частоте колебаний переменной компоненты тока в электроцепи издели , которую вы вл ют при острой фокусиров

   тока пучка составл ет примерно 450 Гц. дз ке стационарного электронного пучка.

   /. 700

   600

   500 W

    о т юо

   50 ЮО 150 200 2$01А)мА Фие.2

   Ht

   пр}

   пи

   го

   /5 72 8

   4

   100 ZOO 300 400 SOO SOO ,Гц

   Фиг.З

   АН.нп

   3,0

   гь

   2,0 1,5 W 0,5