Спосіб зварювання дугою у магнітному полі

Корисна модель відноситься до дугового зварювання, і може бути використана для зварювання та наплавлення деталей які мають переважно суцільний переріз. Є відомим спосіб зварювання дугою керованою повздовжнім магнітним полем, у якому на дугу діють магнітним полем промислової частоти з індукцією 0.3-0.5Тл [Способ сварки дугой. Авторское свидетельство №1063556 кл В23К9/08, 23.12.81]. Недоліком відомого способу є невисока продуктивність, тому що запропоновані параметри магнітного поля, що до частоти, обмежують використання цього способу за його призначенням внаслідок збільшення швидкості обертання розплаву зварювальної ванни та порушень структури зварного шву при його формуванні. Найбільш близьким за технічною суттю та досягаємим результатом є спосіб дугового зварювання електродом що топиться, при якому на дугу діють імпульсним високочастотним магнітним полем з частотою що дорівнює власній частоті електрода [Способ дуговой сварки плавящимся електродом. Авторское свидетельство №856706 кл В23К9/08, 01.06.79]. Недоліком відомого способу є те, що його продуктивність досягається за рахунок збільшення швидкості топлення електроду, а це призводить до порушення пропорції між кількістю розтопленого основного металу і металу електрода, що в свою чергу порушує процес формування зварного шву та знижує якість зварювання. Крім того, використання повздовжнього магнітного поля надмірно високої частоти значно ускладнює практичну реалізацію цього способу. В основу корисної моделі поставлене завдання вдосконалення способу зварювання дугою у магнітному полі, у якому за рахунок створення магнітного поля з величиною магнітної індукції та частотою у відповідності із запропонованими математичними виразами досягається підвищення продуктивності процесу зварювання при збереженні якості зварювального шву. Поставлене завдання досягається тим, що у способі зварювання дугою у магнітному полі, у якому в зоні міжелектродного проміжку формують магнітне поле високої частоти з напрямком силових ліній уздовж електричного поля дуги, згідно з винаходом, індукція створеного магнітного поля високої частоти визначають з виразу: P ×ge . B m ³ 2,77 × 10 15 × (1) T або Bm ³ K × ge . Ui де ge- рамзауровський переріз газу у міжелектродному проміжку, Ui - ефективний потенціал іонізації газу у міжелектродному проміжку, T - температура плазми дуги, P - тиск при якому горить дуга, К - коефіцієнт. Крім того, частоту магнітного поля визначають згідно виразу: FM≥Fi де FM - частота магнітного поля, Fi- розрахована частота індукційного струму яка визначається глибиною його проникнення у зварювальну ванну. Все це дозволяє підвищити продуктивність процесу зварювання при збереженні якості зварювального шву. Спосіб здійснюють таким чином. За рахунок дії магнітного поля високої частоти, індукція якого визначається виразом (1), поліпшуються проплавляючі властивості дуги і внаслідок цього стає можливим підвищення продуктивності процесу зварювання. З урахуванням відомої залежності [Г.И. Лесков. Электрическая сварная дуга. -М.: Ма шиностроение, 1970, 335с.]. T=800·Ui; (2) де Ui - ефективний потенціал іонізації газу у міжелектродному проміжку, для електричних дуг що горять при атмосферному тиску Р=1,013·105Н/м 2, формулу (1) можна перетворити до вигляду: Bm ³ K × ge . Ui (3) де K - коефіцієнт, К=9.95·1018Тл·еВ05/м 2. За формулою (3) розрахуємо індукцію магнітного поля високої частоти. При дуговому зварюванні сталевим плавким електродом електрична дуга горить у парах заліза. Якщо прийняти що для заліза Uі=7,83еВ, ge=35·1020 2 м , то величина індукції за формулою (3) буде дорівнювати 1,244Тл. При аргоно-дуговому зварюванні не плавким електродом, враховується що кількість парової фази електроду мала і склад плазми дуги обумовлено тільки складом захисного газу, розрахуємо індукцію магнітного поля високої частоти. Прийнявши що для аргону Ui=15,7еВ, ge=2,5 10-20м 2, з ура хуванням відомого виразу [3]: T=1000 Ui,· (4) для електричних дуг що горять при атмосферному тиску коефіцієнт К буде становити 8.85-1018Тл·еВ05/м 2, а величина індукції за формулою (3) буде дорівнювати 0,056Тл. Як відомо, магнітне поле високої частоти наводить індукційний струм, який спричиняє теплову дію як на електрод так і на основний метал, зокрема на зварювальну ванну. Цей е фект дозволяє прискорити процес топлення металу у зоні зварювання та підвищити швидкість формування зварювальної ванни. Крім цього, використання магнітного поля високої частоти для зварювання дугою у магнітному полі дозволяє виключити силову дію магнітного поля на зварювальну ванну що дозволяє зберегти якість зварювального шву при його формуванні. Згідно корисної моделі, для забезпечення ефективної теплової дії магнітного поля високої частоти на зварювальну ванну його частоту буде доцільно вибрати з умови: FM≥Fi. (5) де FM - частота магнітного поля; Fi - розрахована частота індукційного струму, яка визначається глибиною його проникнення у зварювальну ванну. Частота Fj може бути визначена по відомій методиці [Шамов А.Н., Бодажков В.А. Проектирование и эксплуатация высокочастотных установок. Л., "Машиностроение", 1974. 280с.], згідно виразу: D = 503 × r . m × Fi (6) де r - удільний опір металу у "гарячому" стані, D - "гаряча" глибина проникнення індукційного струму у метал, m - відносна магнітна пронизливість металу у "гарячому" стані, m=1. Перетворимо формулу (6) до вигляду: 253009 × r . Fi = (7) D2 × m Тоді, наприклад, для конструкційної сталі з r=12,4·10-7Ом·м при температурі Т=800-1200°С, якщо D дорівнює глибині зварювальної ванни, для D=5·10-3м розрахована частота індукційного струму буде становити Fi=12,549кГц. Приклад здійснення запропонованого способу. Спосіб було використано для зварювання металевих пластин товщиною 8мм. Пластини розміщували без зазору, зварювання здійснювали електродом що не топиться в середовище аргону, постійним струмом на прямій полярності, при величині струму 200А і напрузі на дуговому проміжку 32-34В. Величина індукції магнітного поля високої частоти становила 0,2Тл, при частоті 12,5кГц. При цьому швидкість зварювання підвищувалася у 2,4 рази і становила 36м/г. Порушень формування зварювального шву було не виявлено. Таким чином, на базі отриманих результатів можна зробити висновок, що запропонований спосіб, у якому параметри магнітного поля високої частоти визначаються виразами (1), (5), дозволяє значно підвищити продуктивність процесу зварювання при збереженні якості зварювального шву.