Спосіб зварювання дугою, що обертається у магнітному полі

Изобретение относится к сварке, в частности к прессовой сварке с нагревом деталей дугой, движущейся в магнитном поле, и может быть использовано в машиностроении и строительстве при сварке встык труб различного профиля, стержней и пластин, а также при тавровом соединении трубы с пластиной. Кроме того изобретение может быть использовано при сооружении трубопроводов. Известен способ прессовой сварки с нагревом деталей дугой, движущейся в магнитном поле (Пат. ГДР №129179, B23K9/09, 04.01.78г.), при котором в начале процесса сварки величина тока дуги ограничена и выбрана таким образом, чтобы торцы свариваемых деталей нагревались, но не оплавлялись, а затем после подогрева ток дуги резко увеличивают и осуществляют осадку. Увеличение тока кратковременно. Первым недостатком способа является то, что при малом токе дуга на начальной стадии процесса нагрева перемещается неустойчиво, с частыми остановками. Это приводит к локальным оплавлениям свариваемых торцов и закорачиванию расплавленным металлом дугового промежутка, что нарушает стабильность и повторяемость процесса сварки. Вторым недостатком является жесткое задание времени горения дуги с повышенным значением тока перед осадкой. При этом не учитываются отклонения как геометрических размеров свариваемых деталей, так и параметров процесса нагрева (тока дуги, дугового зазора и др.), что ведет к снижению качества сварных соединений. Известен способ прессовой сварки с нагревом деталей дугой, движущейся в магнитном поле (Пат. ГДР №141798, B23K9/08, 21.05.80г.). В этом способе предложена программа изменения сварочного тока. Возбуждение дуги и первоначальный нагрев дета-' лей осуществляют на повышенном значении тока, и после того, как дуга наберет устойчивую частоту вращения (>10Гц), его величину уменьшают в 1,2 ... 1,8 раза. Этим током производят нагрев деталей без оплавления их торцов на глубину, необходимую для пластической деформации в процессе осадки. После чего ток дуги увеличивают в несколько раз и осуществляют осадку. Недостатком способа, как и в предыдущем случае является жесткое задание времени горения дуги с повышенным значением тока перед осадкой. Известен способ сварки дугой, вращающейся в магнитном поле (А.с. 1692785 - выбран в качестве прототипа), в котором определяют момент достижения кромками деталей пластического состояния. Сущность этого способа состоит в следующем. Экспериментально определяют при одном зазоре между свариваемыми изделиями минимальное напряжение дуги, при котором оно устойчиво перемещается и которое соответствует началу плавления торцов деталей. Напряжение дуги в процессе сварки не остается постоянным. Изменение напряжения вращающейся дуги происходит в основном за счет линейного расширения (удлинения) концов труб при их нагреве и сокращения дугового промежутка. По достижению минимального значения напряжения, соответствующего началу плавления торцов свариваемых деталей, увеличивают сварочный ток и через заранее заданный промежуток времени производят осадку труб. Недостатком способа является жесткое задание времени горения дуги к повышенным значениям тока перед осадкой. При этом не увеличиваются отклонения как геометрических размеров свариваемых деталей, так и параметров процесса нагрева, что ведет к снижению качества сварных соединений. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ сварки дугой, вращающейся в магнитном поле, путем контроля величины напряжения дуги, измеряя величину дугового промежутка в процессе нагрева, что дает возможность контролировать толщину слоя выплавленного окисленного металла, которая должна быть постоянна и выбирается оптимальной и тем самым увеличивается качество сварного соединения. Поставленная задача решается тем, что в способе сварки дугой, вращающейся в магнитном поле, при котором свариваемые кромки нагревают до пластического состояния, контролируют момент достижения пластического состояния по величине напряжения дуги, а затем производят увеличение сварочного тока и осадку. Осадку производят после того, как напряжение дуги увеличивается в 1,3 - 1,9 раза по сравнению с напряжение дуги перед увеличением сварочного тока. В процессе нагрева деталей дугой, движущейся в магнитном поле, на соединяемых поверхностях образуется слой окисленного металла, который необходимо удалить перед осадкой, так как окисные включения в стыке значительно снижают прочностные свойства сварных соединений. Увеличение тока перед осадкой в несколько раз. по сравнению с током нагрева, приводит к интенсивному плавлению торцов соединяемых деталей и удалению окисленного металла в виде мелких брызг. Поверхность торцов покрывается равномерной пленкой жидкого металла, что благоприятно сказывается на качестве сварных соединений. В результате исследований установлено, что перед осадкой толщина слоя выплавленного металла с торца каждой детали должна составлять 0,4 ... 0,9мм. В случае, если слой выплавленного металла меньше 0,4мм, окислы с поверхности торца не полностью удалены и в процессе осадки не вытесняются из стыка. Если толщина слоя выплавленного металла больше 0,9мм, то градиент температурного поля чрезмерно возрастает и при осадке невозможно продеформировать детали на величину, достаточную для смятия всех неровностей и вытеснения жидкого металла из стыка. И в первом и во втором случаях качество сварного шва низкое. Кроме того, при случайных отклонениях параметров процесса нагрева изменяется мощность дуги, а также непостоянны геометрические размеры свариваемых деталей, так как существуют допуски на их изготовление. В результате изменяется удельная мощность дуги, которая определяет интенсивность нагрева и плавления соединяемых поверхностей. И если жестко задавать время горения дуги перед осадкой на повышенных значениях тока, то будет колебаться толщина слоя выплавленного металла. Качество сварных соединений будет нестабильным. Для получения качественных сварных соединений необходимо контролировать толщину слоя выплавленного металла, которая должна быть постоянной независимо от колебаний удельной мощности дуги, и осуществлять осадку, когда толщина этого слоя оптимальна. Напряжение на дуге прямо пропорционально зависит от длины дуги, т.е. от величины дугового зазора. И при оплавлении торцов деталей на величину 0,4 ... 0,8мм напряжение на дуге увеличивается в 1,3 ... 1,9 раз по сравнению с напряжением, которое было перед увеличением тока. Таким образом можно контролировать толщину слоя выплавленного металла, измеряя напряжение на дуге. Предлагаемый способ состоит в следующем: свариваемые трубы устанавливают в стык в зажимах сварочной машины, затем включают сварочный ток, проходящий через короткозамкнутую цепь труба-труба и разводят торцы труб на заранее выставляемый дуговой зазор. При этом происходит возбуждение дуги, управляемой внешним магнитным полем. Дуга, перемещаясь по торцам труб нагревает и х до состояния пластической деформации. При этом контролируют момент достижения пластического состояния по изменению напряжения на дуге, затем производят увеличение сварочного тока до увеличения напряжения дуги в 1,3 ... 1,9р. по сравнению с напряжением дуги перед увеличением сварочного тока и производят осадку труб. На фиг.1 изображен график изменения напряжения дуги в процессе сварки; на фиг.2 временные диаграммы изменения тока дуги 1д (кривая 1) и перемещения (кривая 2) подвижной плиты сварочной машины. Предлагаемым способом выполняли сварку труб Æ57 ´ 5мм из стали 09Г2С. Концы труб устанавливали в зажимах машины МД-102. Расстояние от управляющи х магнитов до торца труб - 12мм. радиальная составляющая индукции магнитного поля составляла 90мТ. В выставленном зазоре между торцами труб, составляющем 1,7 - 1,8мм возбуждали дугу, управляемую внешним постоянным магнитным полем. Нагрев труб осуществляли на токе 230 ... 240А и перед осадкой ток увеличивали до 1000 ... 1050А. В первом случае напряжение на дуге перед увеличением тока составляло 22,0В. Качественные сварные соединения были получены, когда напряжение на дуге перед осадкой составляло 28,6 ... 41,8В, что в 1,3 ... 1,9 раз больше напряжения на дуге перед увеличением тока. В том случае, когда напряжение на дуге было меньше 28,6 В и больше 41,8В в сварных соединениях присутствовали дефекты (окисные включения, непровары и т.д.). Во втором случае напряжение на дуге перед увеличением тока составляло 20,0 В. Качественные сварные соединения были получены, когда напряжение на дуге перед осадкой составляло 26 ... 30В, что также в 1,3 ... 1,9 раз больше напряжения на дуге перед увеличением тока.