Спосіб електродугового приварювання труб до плоских поверхонь

Винахід відноситься до області електродугового зварювання труб малого діаметра і може бути використане при приварюванні труб малого діаметра до плоских поверхонь у нафто хімічному і важкому машинобудуванні. Приварювання труб до плоских поверхонь обмежена витіканням рідкого металу зі зварювальної ванни і порушенням формування шва. Тому для забезпечення якісного формування зварних швів при приварюванні труб до плоских поверхонь необхідно збільшувати швидкість процесу і кристалізації рідкого металу. Всі існуючі способи утримання рідкого металу від витікання зі зварювальної ванни засновані на механічному утриманні рідкого металу. Відомий спосіб електродугового зварювання обертовою дугою [1], при якому по осі труби розташовується електрод, що не плавиться. За допомогою соленоїда створюється магнітне поле уздовж осі електрода. При горінні дуги на крайці стовп виявляється спрямованим поперек поля, що викликає обертання дуги. Однак даний спосіб вимагає високої точності розташування електрода щодо осі труби і при великому зазорі не забезпечує одержання міцного звареного з'єднання. Відомий, взятий за прототип, спосіб електродугового напівавтоматичного зварювання в середовищі вуглекислого газу [2], при якому приварювання труб до плоских поверхонь здійснюється електродом, що плавиться, за рахунок розплавлювання крайок дугою, переміщуваною вручн у уздовж крайок труби. Однак при цьому не забезпечується якісне формування і щільність швів, унаслідок труднощів спостереження по стику. В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб електродугового приварювання труб до плоских поверхонь, у якому використання нових умов здійснення дій дозволить підвищити якість формування зварних швів, щільність і механічні властивості зварних з'єднань. Поставлена задача зважується за рахунок того, що в способі електродугового приварювання труб до плоских поверхонь з розплавлюванням стикованих крайок електродом, що плавиться, відповідно винаходу зварювання виконують порошковим дротом, діаметр якого регулюють у залежності від зовнішнього діаметра труби відповідно до виразу: DПП-S=DТ, де DПП - зовнішній діаметр порошкового дроту, мм; DТ - зовнішній діаметр труби, мм; S - товщина оболонки порошкового дроту, мм. Приварювання труб порошковим дротом з діаметром у пропонованому співвідношенні з зовнішнім діаметром труби забезпечує переміщення дуги по торці електрода і стикованим крайкам під дією електромагнітного поля зварювального струму і пінч-ефекту, що стискає активну пляму до обриву, і дуга знову збуджується на іншому місці. Зварювання виробляється короткою дугою, що підсилює процес автоматичного регулювання. Пінч-ефект обумовлений малими розмірами активної плями, що переміщується по торцю електрода. Дуга переміщується убік меншого електромагнітного поля, тобто убік плоскої поверхні, через яку замикаються силові лінії поля, тому активна пляма на трубі розташовується на стику, і рідкий метал не стікає усередину труби, а переміщається убік плоскої поверхні. При пропонованому співвідношенні зовнішнього діаметра порошкового дроту і діаметра труби дуга під дією пінч-ефекту переміщається по стику, забезпечуючи рівномірне розплавлювання стикованих крайок і створення міцного зварного з'єднання. Використання пінч-ефекту для переміщення дуги по заданій траєкторії забезпечує точність і високу якість зварних з'єднань. Швидкість переміщення дуги по торцю електрода під дією пінч-ефекту значно перевершує швидкість зварювання, що забезпечує одержання міцного зварного з'єднання за секунди. При цьому час зварювання визначається діаметром і товщиною стінки труби. Велика швидкість процесу зварювання забезпечує високу швидкість кристалізації рідкого металу і відсутність витікання рідкого металу зі зварювальної ванни, здрібнювання структури і підвищення ударної в'язкості зварних з'єднань. Пропонований винахід заснований на ефективному способі впливу на рідкий метал зварювальної ванни шляхом переміщення дуги під дією електромагнітного поля і пінч-ефекту по торцю порошкового дроту, діаметр якого регулюють у залежності від зовнішнього діаметра труби. Отже, даний спосіб виявляє свої особливості - створення пінч-ефекту і переміщення дуги по стикованим крайкам труби тільки за певних умов, а саме, при співвідношенні зовнішнього діаметра порошкового дроту і діаметра труби DПП-S=DТ. Виходить, ці умови є суттєвими. А виконання приварювання труби порошковим дротом, діаметр якого знаходиться в заявленій закономірності від діаметра труби, забезпечує утримання рідкого металу від витікання зі зварювальної ванни і якісне формування зварних швів. При діаметрі порошкового електрода DПП-S менше зовнішнього діаметра труби DТ знижується швидкість переміщення дуги під дією пінч-ефекту. Активна пляма зміщається до внутрішнього діаметра труби, що приводить до витікання рідкого металу зварювальної ванни усередину труби і порушенню формування шва. Крім того, при цьому збільшується довжина дуги, і порушується процес авторегулювання, що знижує щільність і якість зварного шва. При діаметрі порошкового електрода DПП-S більше зовнішнього діаметра труби DТ активна пляма зміщується зі стику, унаслідок чого не забезпечується одержання міцного зварного з'єднання. Крім того, довжина дуги збільшується і знижується швидкість переміщення дуги під дією електромагнітного поля зварювального струму, що приводить до збільшення зварювальної ванни, витіканню рідкого металу і порушенню формування швів. Спосіб приварювання труб до плоских поверхонь здійснюється в такий спосіб. Трубу збирають із плоскою поверхнею, заглушають отвір вогнетривким ізоляційним матеріалом. Порошковий дріт установлюють по осі труби так, щоб забезпечувалося розташування оболонки по стику. Електрод закорочують на трубу, і починають процес зварювання порошковим дротом, діаметр якого регулюють у залежності від зовнішнього діаметра труби відповідно до виразу: DПП-S=DТ. Приклад. Вироблялося приварювання труб із зовнішнім діаметром 14мм до плоскої поверхні. Автоматичне приварювання труб вироблялося порошковим дротом різного діаметра. Як джерело живлення використовували зварювальний випрямляч ВДУ-1202. Автоматичне приварювання вироблялося порошковим дротом на режимі: величина струму 600-650А, напруга на дузі 27-29В, час зварювання 1с. Результати проведених досліджень впливу співвідношення діаметра порошкового дроту і зовнішнього діаметра труби на якість формування зварних швів представлені в таблиці. Таблиця Спосіб Відомий (прототип) Пропонований зовнішній діаметр порошкового дроту DПП-S=0,9DТ DПП-S=1,1DТ DПП-S=DТ 480 30 Ударна в'язкість, кДж/м 2 140 490 500 520 31 31 33 150 140 170 Тимчасовий опір, Відносне подовження, МПа % Протечи рідкого металу протечи протечи немає протечи Протечи У результаті проведених досліджень установлено, що використання порошкового дроту, діаметр якого регулюють у залежності від зовнішнього діаметра труби DПП-S=DТ, є оптимальним. Використання пропонованого способу в порівнянні з існуючими забезпечує наступні переваги: використання електромагнітного поля зварювального струму для переміщення дуги по стикованим крайках за рахунок пінч-ефекту й утримання рідкого металу від ви тікання зі зварювальної ванни; якісне формування і щільність зварних швів при приварюванні труб до плоских поверхонь; поліпшення механічних властивостей зварних з'єднань за рахунок збільшення швидкості процесу і кристалізації; зниження матеріалоємності й енергоємності процесу, підвищення продуктивності за рахунок скорочення часу зварювання. Упровадження пропонованого способу приварювання труб до плоских поверхонь при виготовленні теплообмінників дозволяє підвищити продуктивність і якість зварних з'єднань, знизити матеріалоємність і енергоємність процесу. Література: 1. Новые проблемы сварочной техники. Сб. статей / под ред. Б.Е.Патона. - К.: Те хніка, 1964. - 212с. 2. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся електродом. - М.: Машиностроение, 1974. - 238с.