SU1729712A1 - Способ дуговой точечной сварки - Google Patents

Abstract

Использование: соединение деталей из алюминиевых сплавов суммарной толщиной 4 мм точечной дуговой сваркой в различных отрасл х машиностроени . Сущность изобретени : формируют проплав на неостающейс  подкладке с полостью конусной формы. Сварку ведут плав щимс  электродом на токе от 250 до 300 А при давлении газа в зоне сварки, равном от 0,2 до 0,4 МПа. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к дуговой точечной сварке, а именно к сварке тонколистовых конструкций из алюминиевых сплавов.

Известен Способ дуговой точечной сварки тонколистовых конструкций из алюминиевых сплавов на весу. Используетс  аргоно-дугова  сварка плав щимс  электродом . Процесс сварки ведетс  без подкладки со сквозным проплавлением деталей и образованием обратного усилени  - провисани  металла шва за счет формирующего действи  окисной пленки на наружной поверхности нижней детали.

Недостатками способа  вл ютс  ненадежное удержание окисной пленки жидкого металла ванны от протекани  при одностороннем подходе к месту соединени  при сварке на весу. Таким образом, дл  способа характерна высока  степень риска, св занна  с возможным образованием прожога всего пакета при случайных отклонени х тока и времени сварки в сторону увеличени . Кроме того, исключаетс  возможность надежного прижати  деталей и

устранени  зазора между ними из-за отсутстви  подкладки. В результате резко повышаетс  степень деформации изделий. Наличие зазора нарушает равномерность теплопередачи в контакте между детал ми, что приводит к формированию неблагопри тного грибовидного профил  зоны про- плавлени  в поперечном сечении шва. Последнее снижает трещиностойкость сварных соединений. Дл  способа характерен также значительный ( ± 16%) разброс прочностных показателей соединени , т.е. площадь точечного шва в плоскости разъема деталей, определ юща  прочность, принимает из-за наличи  зазора нестабильные значени . Недостатком способа  вл етс  также неконтролируемость размеров обратного усилени , что может привести к образованию кратера в верхней части шва при значительном обратном усилении.

Известен способ дуговой точечной сварки, где с целью достижени  более благопри тного конусообразного профил  зоны проплавлени  в поперечном сечении

со

С

з

vj

го

шва и, как следствие, повышени  его трещи- ностойкости сварку ведут с применением местного повышенного давлени  аргона в зоне горени  дуги, располага  изделие на неостающейс  подкладке из нержавеющей стали.

Недостатком способа  вл етс  сквозное проплавление деталей малой толщины (до 2 мм) и подплавление металла подкладки , в результате чего свариваемые детали прихватываютс  к подкладке, нарушаетс  химическа  однородность шва из-за попадани  в шов металла подкладки. Образующиес  кратеры в результате подплавлени  подкладки ведут к повышенному износу последней .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ дуговой точечной сварки плав щимс  электродом в среде защитного газа, где формирование обратной стороны шва осуществл етс  с помощью нагрева контактных электродов с полостью под проплав , расположенной соосно плав щемус  электроду. Недостатком  вл етс  то, что сварка этим способом не обеспечивает получение прочных сварных соединений тонко- листовых конструкций (до 2 мм) из алюминиевых сплавов.

При предварительном подогреве деталей из алюминиевых сплавов с помощью контактных электродов из-за малой толщины и высокой теплопроводности деталей отсутствует локальна  концентраци  тепла в месте сварки и нагреваетс  все изделие. Такой общий нагрев с учетом малой жесткости деталей и их низким сопротивлением деформаци м приводит к накоплению высоких уровней остаточных сварочных напр жений , вызывающих коробление деталей.

Кроме этого, предварительный подогрев требует дополнительных затрат электроэнергии .Усилиесжати , концентрированно приложенное через небольшие контактные поверхности электродов к нагретым тонким детал м, неизбежно вызовет пластические деформации последних в зоне сварки. Поверхности электродов, соприкасающиес  с легкоплавкими алюминиевыми сплавами загр зн ютс  из-за активного массопереноса, что приводит к повышенному износу электродов. Соответствие формы и размеров полостей в верхнем и нижнем электродах предполагают получение зоны проплавлени  в детал х цилиндрической формы. В этом случае в месте контакта внутренних поверхностей деталей с полученным точечным швом в форме цилиндра создаютс  благопри тные услови  дл  зарождени  и развити  трещин.

Недостатками способа  вл етс  то, что применение его дл  деталей малых толщин (до 2 мм) из алюминиевых сплавов ведет к повышению износу контактных электродов,

требует дополнительных затрат электроэнергии , усложн ет конструкцию устройства , а главное, ведет к деформации изделий и снижению прочности в результате образовани  трещин.

0 Отсутствие предварительного подогрева не позвол ет сформировать обратное усиление правильной формы, повтор ющей форму разделки. Усиление имеет вид грата. как правило, случайной формы. Все эти не5 достатки существенно ухудшают прочность соединени .

Цель изобретени  - повышение прочности точечных сварных соединений тонколистовых конструкций из алюминиевых

0 сплавов.

Указанную цель достигают тем, что в способе дуговой точечной сварки плав щимс  электродом в среде защитного газа зону проплавлени  шва формируют мест5 ным повышенным давлением с применением неостающейс  подкладки с канавкой конусной формы под проплав, расположенной соосно с плав щимс  электродом, при режиме сварки: местное давление в зоне

0 сварки 0,2-0,4 МПа, ток дуги 250-300 А.

При этом в принудительно сформированном проплаве (обратном усилении шва) создаютс  услови  кристаллизации, подавл ющие образование столбчатой структуры

5 затвердевающего металла и поэтому повышающие его стойкость против образовани  гор чих трещин.

Лишь комплексное применение повышенного давлени  аргона в зоне горени 

0 дуги и подкладки с разделкой в виде конусной канавки гарантирует образование каче- ственного сварного соединени  тонколистовых (до 2 мм) конструкций. Применение повышенного давлени  аргона по5 звол ет оптимизировать форму профил  зоны проплавлени , получа  ее конусной, и тем самым свод  к нулю веро тность образовани  трещин в плоскости разъема деталей ..

0 На фиг. 1 изображена горелка дл  дуговой точечной сварки плав щимс  электродом; на фиг.2- неостающа с  подкладка с разделкой конусной формы под проплав. Сварку осуществл ют следующим обра5 зом.

В полость сопла 5, нижний торец которого расположен на рассто нии 1-2 см от поверхности свариваемого издели  10, через штуцер 1 подают защитный газ - аргон (расход 7-8 л/мин), который вытесн ет из

зоны сварки воздух. Эта операци  (продувка ) длитс  1,5-2 с в зависимости от создава- емого повышенного давлени . Затем пневмоцилиндром 2 прижимают сопло 5 к свариваемым детал м 10. Благодар  герметизирующей прокладке 9, продолжающий поступать защитный газ создает необходимую величину повышенного давлени  в зоне сварки, после чего подача аргона прекращаетс . Сварочную дугу возбуждают подачей электродной проволоки 8 к изделию 10. Осуществл етс  процесс сварки. За счет создани  повышенного давлени  увеличиваетс  глубина проплавлени  до сквоз- ного. Расплавленный металл выдавливаетс  дугой и защитным газом в формирующее углубление 13 в подкладке из нержавеющей стали 11. Режим сварки подбираетс  так, чтобы между гор щей дугой и металлом находилс  слой расплавленного алюмини . Это предотвращает прикипа- ние свариваемых алюминиевых деталей к металлической подкладке. Так формируетс  сварной шов 12 с образованием нижнего усилени  по форме углублени  (конуса). Конусное углубление 13 располагают строго вдоль оси сварочной проволоки 8. Врем  горени  дуги зависит от толщины деталей и режима сварки. Сопло 5 после окончани  сварки выдерживают в прижатом состо нии 1-1,5 с до полной кристаллизации сварного шва 12. Затем сопло 5 поднимают пневмоцилиндром 2 и освобождают сваренную де- таль. Позици ми обозначены: 4 - изолирующа  втулка, 6 - направл юща  трубка, 7 - сварочный мундштук.

Способ примен етс  при точечной сварке деталей из алюминиевых сплавов дл  пакетов суммарной толщиной до 4 мм при максимальной толщине нижнего элемента до 2 мм.

За счет повышенного давлени  добиваютс  профил  провара без шипообразного образовани  в месте соединени  двух деталей , что позвол ет избежать образовани  трещин в сварочном шве.

На фиг.2 изображена неостающа с  подкладка 11 с разделкой конусной формы под проплав 13, изделием 10 и сварным швом 12.

D - диаметр основани  конуса разделки , примыкающей к обратной стороне точечного шва, Н - высота конуса (глубина разделки), она не должна быть больше одной четвертой части диаметра основани . В противном случае неоправдано увеличиваетс  высота обратного усилени  шва.

В лаборатории сваривались детали толщиной по 2 мм плав щимс  электродом диаметром 2 мм. Параметры режима сварки:

сварочный ток 250-300 А; давление в зоне сварки 0,2-0,4 МПа; напр жение холостого хода 28 В; врем  сварки 10 с.

В качестве неостающейс  подкладки

использовалась подкладка из нержавеющей стали с разделкой конусной формы с диаметром основани  конуса D 12 мм. Оптимальна  глубина разделки обеспечивалась применением дл  ее производства стандартного инструмента (сверл) с углом заточки 120.

Диапазон значений местного давлени  защитного газа в зоне сварки и сварочного

тока выбран по следующим соображени м. В поперечном сечении шва очертание зоны проплавлени  имеет коническую форму . Вершина конуса совпадает с вершиной конусной разделки в подкладке. Основание

конуса располагаетс  на наружной поверхности верхнего листа.

Применение сварочного тока менее 250 А не обеспечивает получение конусной формы проплавлени  из-за недостаточной тепловой мощности дуги, зона проплавлени  имеет шипообразную форму, между металлом обратного усилени  и основным металлом имеютс  наплавлени  (наплывы). Таким образом повышаетс  веро тность трещинообразовани  в месте контактировани  свариваемых деталей.

При сварке током выше 300 А неоправданно растет количество расплавленного металла, так как увеличение тока достигаетс  увеличением скорости подачи электродной проволоки. В результате точечные швы имеют большое усиление, наплывы, растет расход электродного металла, повышаетс  уровень остаточных напр жений и деформаций , вызывающих коробление изделий. Больша  мощность дуги приводит к под- плавлению подкладки и по влению надрывов и трещин в нижней части шва.

Использование давлени  газа еще ниже 0,2 МПа не обеспечивает получение конусной формы провара и гарантированного за- полнени  расплавленным металлом конусной разделки в подкладке. Форма зоны проплавлени  получаетс  шипообраз- ной, что вызывает по вление трещин в места контактировани  деталей. Из-за недостаточного давлени  металл шва пористый .

Применение давлени  газа выше 0,4 МПа нарушает стабильность горени  дуги, так как способствует разбрызгиванию электродного металла. Из-за более глубокого проникновени  дуги и концентрации теплового потока возможно подплавление подкладки , по вление надрывов и трещин в

нижней части шва. Кроме того, растет расход защитного газа.

Целесообразность выбора указанных пределов тока и давлени  подтверждаетс  актом лабораторных испытаний.

Сварка должна осуществл тьс  только плав щимс  электродом, применение неплав щегос  электрода невозможно, так как в этом случае из-за отсутстви  присадки не происходит компенсаци  металла, заполн ющего разделку. Шов в результате имеет кратер, что недопустимо из соображений прочности.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позвол ет повысить прочность сварных соединений благодар  оптимизации профил  сварного шва, полученного с помощью местного повышенного давлени ; расширить номенклатуру свариваемых изделий за счет возможности

качественной сварки более тонких деталей; упростить конструкцию устройства и сэкономить электроэнергию за счет отказа от нагрева контактных электродов.

Формул а изобретени  Способ дуговой точечной сварки плав щимс  электродом в среде защитного газа с применением неостающейс  подкладки с

полостью под проплав, расположенной со- осно с плав щимс  электродом, отличающийс  тем, что, с целью повышени  прочности сварных соединений конструкций из алюминиевых сплавов суммарной

толщиной, равной 4 мм, путем оптимизации профил  сварного шва, проплав формируют в полости конусной формы, при этом сварку ведут на токе, равном 250-300 А, при давлении защитного газа в зоне сварки, равном

0,2-0,4 МПа.

fi t

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ дуговой точечной сварки плавящимся электродом в среде защитного газа с применением неостающейся подкладки с полостью под проплав, расположенной соосно с плавящимся электродом, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности сварных соединений конструкций из алюминиевых сплавов суммарной толщиной, равной 4 мм, путем оптимизации профиля сварного шва, проплав формируют в полости конусной формы, при этом сварку ведут на токе, равном 250-300 А, при давлении защитного газа в зоне сварки, равном 0,2-0,4 МПа.

   /г