SU958053A1

SU958053A1 - Method of electric arc spot welding

Info

Publication number: SU958053A1
Application number: SU803244933A
Authority: SU
Inventors: Александр Никитович Тимошенко; Виктор Петрович Лозовский; Вера Эдуардовна Пчелинцева; Алексей Федорович Ефимов
Original assignee: Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им.Е.О.Патона
Priority date: 1980-12-12
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1982-09-15

Description

Изобретение относится к дуговой точечной сварке неплавящимся электродом в среде защитных газов и может быть использовано для изготовления тонколистовых конструкций, преимуществ венно из алюминиевых сплавов.The invention relates to arc spot welding with a non-consumable electrode in a protective gas environment and can be used for the manufacture of thin-sheet structures, mainly from aluminum alloys.

Получение сварного точечного соединения правильной геометрической формы без кратера, трещин и несплавленный между листами представляет боль- щ шие технические трудности. Основным препятствием для получения качественного соединения при сварке алюминиевых сплавов является наличие окисных плен на поверхности сваривав-15 мых листов.Obtaining a welded point joint of the correct geometric shape without a crater, cracks and unfused between sheets presents great technical difficulties. The main obstacle to obtaining a high-quality joint when welding aluminum alloys is the presence of oxide captures on the surface of welded-15 sheets.

Удаление окисных плен между листами при сварке постоянным током прямой полярности достигается движением вольфрамового электрода по нормали ²⁰к изделию [1 ].The removal of oxide films between sheets during direct current welding of direct polarity is achieved by moving the tungsten electrode along the normal ²⁰ to the workpiece [1].

Окисные пленки под воздействием давления дуги в жидком металле изгибаются, ломаются, перемешиваются с расплавленным металлом сварочной ванны.Oxide films under the influence of arc pressure in a liquid metal bend, break, mix with the molten metal of the weld pool.

Согласно способу окисные пленки подвергаются механическому дроблению и полностью не удаляются.. Окисные пленки, находящиеся на поверхности сварочной ванны, препятствуют затеканию жидкого металла в кратер, несмотря на подъем электрода в исходное положение в конце цикла сварки. Соединение имеет неправильную геометрическую форму с кратером и трещинамиAccording to the method, oxide films are subjected to mechanical crushing and are not completely removed. Oxide films located on the surface of the weld pool prevent liquid metal from flowing into the crater, despite the electrode being raised to its original position at the end of the welding cycle. The connection has an irregular geometric shape with a crater and cracks.

Для улучшения геометрической формы сварной точки и увеличения глубины проплавления рекомендуется плавное нарастание и плавный спад сварочного тока прямой полярности [2].To improve the geometric shape of the weld point and increase the penetration depth, a smooth increase and a smooth decrease in the welding current of direct polarity is recommended [2].

Однако этот способ все же не устраняет недостатки вышеуказанного способа и не использует его положительные элементы. Не указаны также преЧ делы нарастания сварочного тока, при' котором возможен наибольший технолоз 958053 гический эффект для случая сварки алюминия и его сплавов.However, this method still does not eliminate the disadvantages of the above method and does not use its positive elements. The results of an increase in the welding current are also not indicated, at which the greatest technological effect is possible 958053 for the case of welding aluminum and its alloys.

Известен также способ удаления окисных плен при сварке знакопеременными прямоугольными ассиметричными $ импульсами £з]. Однако принятые соотношения длительностей импульса тока обратной полярности к прямой около 1/3 не обеспечивают достаточной глубины провара, чтобы проплавить Ю верхний лист и образовать соединение с нижним листом. Кроме того, описанная технология не предусматривает формирование сварочного тока но амплитуде. 15There is also a method of removing oxide captures during welding with alternating rectangular asymmetric $ pulses £ 3]. However, the accepted ratios of current pulse durations of reverse polarity to direct about 1/3 do not provide a sufficient penetration depth to melt the upper sheet and form a connection with the lower sheet. In addition, the described technology does not provide for the formation of a welding current at an amplitude. fifteen

Наиболее близким к изобретению по технической*сущности и достигаемо|му эффекту является способ дуговой точечной сварки алюминиевых сплавов, заключающийся в том, что производят 20 в процессе сварки последовательное чередование импульсов постоянного и переменного тока, при этом импульсы переменного тока пропускают в начале и конце процесса, а а середине не и включают постоянный ток прямой полярности [4].The closest to the invention in terms of technical essence and the achieved effect is a method of arc spot welding of aluminum alloys, which consists in the fact that 20 during the welding process produce sequential alternating pulses of direct and alternating current, while alternating current pulses are passed at the beginning and end of the process and in the middle not include direct current of direct polarity [4].

Удаление окисной пленки катодным распылением при действии положительной полуволны переменного тока возможно только с поверхности сварочной ванны. В то же время окисные пленки в зоне соединения частично закрыты жидким металлом. Для полной очистки соединения от окисных плен необходимо обеспечить их всплытие на поверхность сварочной ванны и вести процесс полностью на переменном токе. Такие условия не предусмотрены и соединение образуется с участками несплавлений. Кроме того, не используются положительные элементы вышеприведенных способов. Поэтому сварная точка имеет неправильную геометрическую форму, кратер и трещины. Кроме того, применение тока промышленной частоты существенно снижает стойкость неплавящегося электрода.Removal of the oxide film by cathodic sputtering under the action of a positive half-wave of alternating current is possible only from the surface of the weld pool. At the same time, the oxide films in the junction zone are partially covered by liquid metal. For complete cleaning of the compound from oxide captures, it is necessary to ensure their ascent to the surface of the weld pool and conduct the process completely under alternating current. Such conditions are not provided and the connection is formed with areas of non-fusion. In addition, the positive elements of the above methods are not used. Therefore, the weld point has an irregular geometric shape, crater and cracks. In addition, the use of industrial frequency current significantly reduces the resistance of the non-consumable electrode.

Цель изобретения - повышение качества сварочного соединения.The purpose of the invention is improving the quality of the weld joint.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу дуговой точечной сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов, преимущественно алюминиевых сплавов с применением знакопеременных ассиметричных импульсов сварочного тока прямоугольной формы с частотой 4-60 Гц и про должительностью импульсов обратной полярности 6-10 мс при плавном или ступенчатом нарастании в начале и его снижении в конце сварочного процесса, нарастание тока выполняют со скоростью 220-250 А/с при соотношении импульсов обратной к прямой полярности в пределах 1/15“1/40, а во время снижения тока частоту следования импульсов и первоначальную длину дуги увеличивают в 2-4 раза.This goal is achieved by the fact that according to the method of arc spot welding with a non-consumable electrode in a protective gas environment, mainly aluminum alloys using alternating asymmetric pulses of a rectangular welding current with a frequency of 4-60 Hz and a pulse duration of reverse polarity of 6-10 ms with a smooth or stepwise the increase at the beginning and its decrease at the end of the welding process, the current increase is performed at a speed of 220-250 A / s with the ratio of pulses reverse to direct polarity within 1/15 “1/40 and while decreasing the current, the pulse repetition rate and the initial arc length are increased 2-4 times.

Цикл сварки состоит из нагрева образования ядра сварной точки и заварки кратера. Нагрев ведут с плавным или ступенчатым нарастанием сварочного тока со скоростью 220-350 А/с до 'величины, достаточной для проплавления верхнего листа и образования ядра точки с нижним листом. Благодаря этому отсутствуют выбросы жидкого металла из сварочной ванны, прорыв окисной пленки с нижней стороны сварной точки, а значит улучшается обратное формирование. По мере увеличения объема жидкого металла сварочной ванны нарастание сварочного тока увеличивает давление дуги, которое выжимает жидкий металл в стороны и обеспечивает минимальную жидкую прослойку между дугой и твердым металлом. Этим достигается максимальная скорость плавления металла.The welding cycle consists of heating the core formation of the weld point and welding the crater. Heating is carried out with a smooth or stepwise increase in the welding current with a speed of 220-350 A / s to a value sufficient to melt the top sheet and form a core point with the bottom sheet. Due to this, there are no emissions of liquid metal from the weld pool, a breakthrough of the oxide film from the lower side of the weld point, which means that the reverse formation is improved. As the volume of the molten metal in the weld pool increases, an increase in the welding current increases the arc pressure, which squeezes the molten metal to the sides and provides a minimal liquid layer between the arc and the solid metal. This achieves the maximum melting rate of the metal.

На протяжении всего цикла сварки импульсы тока обратной полярности удаляют окисную пленку с поверхности сварочной ванны. Длительности импульсов 6-10 мс при частоте 4-60 Гц в условиях точечного нагрева достаточны для удаления окисных плен.Throughout the entire welding cycle, reverse polarity current pulses remove the oxide film from the surface of the weld pool. Pulse durations of 6-10 ms at a frequency of 4-60 Hz under conditions of spot heating are sufficient to remove oxide captures.

Усредненный ток обратной полярности весьма мал, благодаря чему повышается стойкость неплавящёгося электрода. При указанных соотношениях знакопеременного тока усредненное значение тока прямой полярности близко к амплитудному, поэтому проплавляющая способность знакопеременной дуги близ·: ка к проплавляющей способности дуги постоянного тока прямой полярности.The averaged reverse polarity current is very small, which increases the resistance of the non-consumable electrode. With the indicated ratios of alternating current, the average value of the current of direct polarity is close to the amplitude, therefore, the melting capacity of the alternating arc is close to:: the melting ability of the direct current arc.

Знакопеременные импульсы низкой частоты в пределах 4-60 Гц приводит жидкий металл в колебания, направленные вдоль оси неплавящегося электрода. Эти колебания жидкого металла облегчают обрыв окисных плен между листами, их дробление и перемешивание, а также всплытие на поверхность сварочной ванны, где они удаляются катодAlternating pulses of low frequency in the range of 4-60 Hz leads the liquid metal into oscillations directed along the axis of the non-consumable electrode. These vibrations of the molten metal facilitate the breakage of oxide captures between the sheets, their crushing and mixing, as well as the ascent to the surface of the weld pool, where they are removed cathode

958053 · ным распылением при импульсах тока обратной полярности. Плавный спад сварочного тока обеспечивает заварку кратера. При этом, чтобы уменьшить давление дуги на сварочную ванну и 5 улучшить формирование поверхности том ки, длину дуги и частоту следования импульсов увеличивают в 2-4 раза, Увеличение частоты знакопеременного тока необходимо также для улучше- 10 ния очистки поверхности сварной точки от окисных плен, так как с уменьшением амплитудного значения тока ослабевает термический механизм удаления окисных плен при импульсе тока прямой15 полярности и катодное распыление окисных план при импульсе тока обратной полярности. Растягивание дуги в период заварки кратера позволяет в случае сварки на весу подать присадоч- 20 ную проволоку в сварочную ванну без ее замыканий на неплавящийся электрод. При сварке неответственных изделий возможна сварка без подъема элект рода в период заварки кратера. В этом25 случае сварная точка имеет незначительное плавное углубление. Оборудование, не предусматривающее подъем Ьлектрода, существенно упрощается.958053 · spraying at current pulses of reverse polarity. Smooth drop in welding current ensures crater welding. Moreover, in order to reduce the pressure of the arc on the weld pool and 5 to improve the formation of the surface of the volume, the arc length and pulse repetition rate are increased by 2-4 times. An increase in the frequency of the alternating current is also necessary to improve the cleaning of the surface of the weld point from oxide films. since, with a decrease in the amplitude value of the current, the thermal mechanism of oxide oxide removal with a direct current pulse of polarity weakens and the cathodic sputtering of oxide planes with a reverse current pulse is weakened. Stretching the arc during the welding period of the crater allows, in the case of welding by weight, to feed filler wire into the weld pool without shorting it to a non-consumable electrode. When welding non-essential products, welding is possible without raising the electrode during crater welding. In this case25, the weld point has a slight smooth depression. Equipment that does not involve lifting the electrode is greatly simplified.

На чертеже приведена циклограм- зо ма сварки.The drawing shows a welding cyclogram.

Перед сваркой поверхности соединяемых листов подготавливают по промышленной технологии. Малоамперную дежурную дугу постоянного тока прямой полярности с длительностью су ществования зажигают контактным способом. Начальная длина дуги составляет 1,4 мм. Сварку ведут прямоугольными знакопеременными, ассиметричными по длительности импульсами вольфрамовым электродом ¢) 3 мм марки ВЛ-10 в среде аргона с расходомBefore welding, the surfaces of the joined sheets are prepared by industrial technology. A low-ampere duty arc of direct current of direct polarity with a duration of existence is ignited by a contact method. The initial arc length is 1.4 mm. Welding is carried out by rectangular alternating pulses, asymmetric in duration, by pulses of a tungsten electrode ¢) 3 mm grade VL-10 in argon medium with a flow

6-8 л/мин. В период нагрева (, t^) и образования ядра точки (t^) длитель ность импульса обратной полярности составляет 8 мс, а прямой 120 мс. При этом частота равна 8 Гц, а соотношение длительностей импульсов обратной полярности к прямой 1/15. Усредненное значение тока прямой полярности близко амплитудному (кривая а). При этом усредненное значение тока обратной полярности (кривая б) значительно меньше. Нагрев ведут нарастающим ступенчатым током. При усред- ⁵⁵нении кривой нарастания сварочного тока скорость нарастания составляет 250 А/с. В период заварки кратера (t_y, , t₇) дугу растягивают на длину 3,5 мм, а частоту увеличивают до 25 Гц за счет уменьшения импульса тока прямой полярности До 32 мс.6-8 l / min. During the heating period (, t ^) and the formation of the core of the point (t ^), the pulse duration of reverse polarity is 8 ms, and the straight line is 120 ms. In this case, the frequency is 8 Hz, and the ratio of pulse durations of reverse polarity to direct 1/15. The average value of the current of direct polarity is close to the amplitude (curve a). In this case, the average value of the current of reverse polarity (curve b) is much smaller. Heating lead incremental step current. When averaged ⁵⁵ nenii rise curve of the welding current rise speed is 250 A / s. During the crater welding period (t _y,, t ₇ ), the arc is stretched to a length of 3.5 mm, and the frequency is increased to 25 Hz by reducing the current pulse of direct polarity to 32 ms.

Пример. Сварные соединения из сплава АМг2, толщиной 1,8+1,8 мм, выполненные по данному способу без присадочной проволоки выполняют при амплитудном значении тока 200 А, при длительности заварки кратера 2,5 с, длительность всего цикла сварки 4,0 с.Example. Welded joints of the AMg2 alloy, 1.8 + 1.8 mm thick, made according to this method without filler wire are performed at an amplitude current value of 200 A, with a crater welding time of 2.5 s, a duration of the entire welding cycle of 4.0 s.

Сварные соединения из сплава АМгб толщиной 2+2 мм на весу с присадочной проволокой выполняют при амплитудном значении сварочного тока 240 А, длительностью заварки кратера 3,5 с, длительностью всего цикла сварки 5,0 с.Welded joints from an AMgb alloy with a thickness of 2 + 2 mm by weight with a filler wire are performed at an amplitude value of the welding current of 240 A, a crater welding time of 3.5 s, a duration of the entire welding cycle of 5.0 s.

Предлагаемый способ дуговой точечной сварки позволяет полностью устранить кольцевые зоны несплавлений между свариваемыми деталями, устранить трещины в ядре сварной точки, ликвидировать кратер на поверхности точки, улучшить формирование сварного соединения в целом, увеличив при этом глубину проплавления на 15-20¾ и повысив стойкость неплавящегося электрода.The proposed method of arc spot welding allows you to completely eliminate the annular zone of non-fusion between the parts to be welded, eliminate cracks in the core of the weld point, eliminate the crater on the surface of the point, improve the formation of the welded joint as a whole, while increasing the penetration depth by 15-20¾ and increasing the resistance of the non-consumable electrode.

Предложенный способ дуговой точечной сварки позволяет заменить клетку алюминиевых конструкций с толщиной элементов до 3 мм.The proposed method of arc spot welding allows you to replace the cage of aluminum structures with a thickness of up to 3 mm.

При этом сокращается трудоемкость изготовления каркасных конструкций в 2-2,5 раза.This reduces the complexity of manufacturing frame structures by 2-2.5 times.

Данный метод отличается экономичностью,, высоким качеством выполняемых работ, высокой культурой труда.This method is economical, high quality of work performed, high work culture.

Годовой экономический эффект от максимального объема использования изобретения на предприятиях радиотехнической промышленности составит 134,53 тыс.руб.The annual economic effect of the maximum amount of use of the invention at the enterprises of the radio industry will be 134.53 thousand rubles.

Claims

This is a common effect for the welding of al mini and its alloys. There is also known a method of removing oxide captivity during welding with 3m asymmetric rectangular asymmetric pulses. However, the accepted ratios of current pulse durations of reverse polarity to a straight about 1/3 do not provide sufficient penetration depth to melt the top sheet and form a connection with the bottom sheet. In addition, the described technology does not provide for the formation of a welding current of pe amplitude. The closest to the invention of Lo technical performance and the 1st effect achieved is the method of arc spot welding of aluminum welding plants, which consists in producing alternating alternating current and alternating current impulses during the welding process, at the same time alternating current pulses are passed at the beginning and end process, and in the middle does not include direct current direct polarity. Removal of the oxide film by cathode sputtering under the action of a positive half-wave of alternating current is possible only from the welding surface. oh bath. At the same time, oxide films in the joint zone are partially covered with liquid metal. In order to completely clean the compound from oxide traps, it is necessary to ensure their ascent to the surface of the weld pool and to conduct the process completely on alternating current. Such conditions are not provided and the compound is formed with non-fusion sites. In addition, the positive elements of the above methods are not used. Therefore, the weld point has an irregular geometric shape, a crater and cracks. In addition, the use of power frequency current significantly reduces the resistance of the non-melting electrode. The purpose of the invention is to improve the quality of the welding joint. This goal is achieved in that according to the method of arc spot welding with a non-consumable electrode in a protective gas environment, mainly aluminum alloys, with alternating asymmetric asymmetric welding current pulses with a frequency of -60 Hz and reverse pulse duration of 6-10 ms with a smooth or step increase at the beginning and its decrease at the end of the welding process, current increase is performed at a speed of 220-250 A / s with a ratio of pulses opposite to direct polarity within, and reducing the current time pulse repetition frequency and the initial arc length is increased 82 times. The welding cycle consists of heating the formation of the core of the weld point and welding of the crater. Heating is carried out with a smooth or stepped increase of the welding current at a speed of 220-350 A / s to a value sufficient to penetrate the top sheet and form a core with the bottom sheet. Due to this, there are no emissions of liquid metal from the weld pool, a breakthrough of the oxide film on the lower side of the weld point, and therefore the reverse formation is improved. As the volume of the molten metal in the weld pool increases, the buildup of the welding current increases the arc pressure, which squeezes the molten metal to the sides and provides the minimum fluid gap between the arc and the solid metal. This achieves the maximum melting rate of the metal. Throughout the entire welding cycle, reverse current pulses remove the OKI film from the surface of the weld pool. Pulses with a duration of 6–10 ms at a frequency of Hz under conditions of point heating are sufficient to remove oxide films. The averaged reverse-polarity current is very small, due to which the resistance of the non-melting electrode electrode is increased. With the indicated alternating current ratios, the averaged value of the direct polarity current is close to the amplitude current, therefore the melting ability of the alternating arc is close to the melting capacity of the direct polar arc. The alternating low-frequency pulses within Hz causes the liquid metal to oscillate, directed along the axis of the neival electrode. These oscillations of liquid metal facilitate the breaking of oxide films between sheets, their crushing and mixing, as well as the ascent to the surface of the weld pool, where they are removed by cathode sputtering during reverse-polarity current pulses. Smooth decay of welding current provides crater brewing. At the same time, in order to reduce the arc pressure on the weld pool and improve the formation of the point surface, the arc length and pulse frequency increase by a factor. Increasing the alternating current frequency is also needed to improve the cleaning of the surface of the weld point from oxide captivity, as thermal mechanism for removal of oxide captivity at a current pulse of polarity and cathode sputtering of oxide film during a current pulse of reverse polarity. Stretching the arc during the crater welding period allows, in the case of welding by weight, to feed the filler wire into the weld pool without its short circuits onto the non-melting electrode. When welding non-responsible products, it is possible to weld without lifting electricity during the crater brewing period. In this case, the weld point has a slight smooth recess. Equipment that does not involve lifting the electrode is greatly simplified. The drawing shows the sequence diagram of the welding. Before welding, the surface of the joined sheets is prepared by industrial technology. The low-current direct current arc of direct polarity G with the duration of existence -t is ignited by the contact method. The initial arc length is 1.4 mm. Welding is carried out by rectangular alternating, asymmetrical in duration pulses with a tungsten electrode (p 3 mm of VL-10 grade in argon with a flow rate of 6-8 l / min. During the heating period (t,, t.,) And the formation of a core of a dot () the reverse impulse pulse is 8 ms, and the forward is 120 ms. The forward frequency is 8 Hz, and the ratio of the reverse impulse durations to the forward is 1/15. The averaged current value of the direct polarity is close to the amplitude (curve ) At the same time, the averaged value of the current of reverse polarity (curve b) is significantly When the averaging curve of the welding current increases, the rate of increase is 250 A / s. During the welding period of the crater 9 3. (ty, t,, t,) the arc is stretched to a length of 3.5 mm and the frequency is increased to 25 Hz by reducing the current pulse of direct polarity up to 32 ms. Example: Welded joints from the AMg2 alloy, 1.8 + 1.8 mm thick, made by this method without filler wire are performed at an amplitude value of the current 200 And, with a crater infusion duration of 2.5 s, the duration of the entire welding cycle, 0 s. Welded joints of alloy AMBB with a thickness of 2 + 2 mm on weight with filler wire are made with an amplitude value of the welding current of 240 A, a crater brewing duration with, a whole welding cycle duration of 5.0 s. The proposed method of arc spot welding allows to completely eliminate annular non-fusion zones between the parts being welded, eliminate cracks in the weld point, eliminate the crater on the surface of the point, improve the formation of the welded joint as a whole, increasing the penetration depth non-melting gage electrode. The proposed method of arc spot welding allows replacing the cage of aluminum structures with a thickness of elements up to 3 mm. This reduces the labor intensity of manufacturing frame structures of 2-2.5 pasaf. This method is distinguished by its efficiency, high quality of work performed, and high work culture. The annual economic effect from the maximum amount of use of the invention in radio engineering enterprises will be 13.53 thousand rubles. The invention The method of arc spot welding with a non-consumable electrode in a protective gas environment, mainly aluminum alloys using alternating asymmetric pulses of welding current of a rectangular shape with a frequency of C-60 Hz and a reverse polarity pulse length of 6-10 ms with a smooth or step increase and its reduction at the end of the welding process, which is also distinguished by the fact that, in order to improve the quality of the welded joint, the current increase is performed at a speed of 220-250 L / s with an impo ratio sov feedback to my .pr polarity within 1/15, and 9P time reducing the current pulse repetition rate and the initial arc length is increased to 2 times. Sources of information received by the attention during examination 9 8 1. US Patent No. 3213261, cl. 219-137,1965.

2. US Patent No., cl. 219-131, 1969.

3. Ishchenko A.Ya. Argon arc welding of aluminum alloy with rectangular current pulses. Auto-. Matic Welding, 1978, ff 10, p. 3-5 i. Patent of the GDR No. 70677, cl. 21h30/12, 19b7Lprototype).

0