Спосіб електромагнітного зварювання

Спосіб елеістромагнітного зварювання, при якому з'єднання крайок здійснюється за рахунок виникнення електромагнітних сил тяжіння внаслі док пропущення по крайках постійного струму однакового напрямку, який відрізняється тим, що крайки, які стикують, розташовують на початку стику в щільному контакті під гострим кутом, величину якого вибирають у залежності від величини зварювального струму ВІДПОВІДНО ДО виразу сс = (2,5-3,0) 10 5 1 , град, де І - величина зварювального струму, що протікає по крайках Винахід відноситься до області зварювання і може бути використаний при зварюванні стикових з'єднань, виготовленні труб для нафто- і газопровідних магістралей, у нафтохімічному і важкому машинобудуванні Електродугове зварювання засноване на розплавлюванні електричною дугою крайок, що зварюються, і створенні зварного з'єднання за рахунок виникнення міжатомних сил зв'язків при зближенні атомів на міжатомну відстань за рахунок злиття розплавленого електродного й основного металу При розплавлюванні крайок, що зварюються, відбуваються структурні і фазові перетворення, виникають зварювальні напруги, утворюються дефекти в зварних швах і навколошовній зоні Тому для забезпечення якісного формування зварних швів необхідно виключати нагрівання і розплавлювання крайок, що зварюються Всі існуючі способи створення міцного зварного з'єднання засновані на збільшенні електромагнітного тиску за рахунок підвищення величини зварювального струму Відомий спосіб контактного зварювання [1], при якому по контактуючим крайках пропускають струм У МІСЦІ контакту крайок електричний опір максимальний, унаслідок чого ВІДПОВІДНО ДО закону Джоуля-Ленца виділяється тепло, і крайки нагріваються до пластичного стану Після цього прикладається механічний тиск, і забезпечується зближення атомів на міжатомну відстань Однак застосування контактного зварювання обмежено конструктивними особливостями процесу Відомий узятий за прототип спосіб електромагнітного зварювання [2], при якому з'єднання крайок виробляється за рахунок виникнення електромагнітних сил притягнення внаслідок пропущення по крайках постійного струму однакового напрямку величиною l > 2 1010SI5, А, де S - величина зазору між стикуьомими крайками не більш 4 10 4 м, І - довжина стикуьомих крайок, м, 5 -товщина металу, що зварюється, м Однак розташування стикуьомих крайок паралельно в безпосередньому контакті по всій довжині значно зменшує електромагнітний тиск, унаслідок збільшення площі, підвищує величину струму, необхідного для створення міцного зварного з'єднання, енергоємність процесу і знижує якість зварювання В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб електромагнітного зварювання, у якому використання нових умов здійснення дій дозволить за рахунок збільшення електромагнітного тиску знизити енергоємність процесу, підвищити продуктивність, механічні властивості і якість зварних з'єднань Поставлена задача зважується за рахунок того, що при електромагнітному зварюванні, при якому з'єднання крайок виробляється за рахунок виникнення електромагнітних сил притягнення внаслідок пропущення по крайках постійного струму однакового напрямку, ВІДПОВІДНО винаходу стикуьомі крайки розташовуються на початку стику в щільному контакті під гострим кутом, величину CO Ю 00 ю 54853 якого вибирають у залежності від величини зварювального струму ВІДПОВІДНО до вираження а =(2,5-3,0) 1 0 1 , град, де І - величина зварювального струму, що протікає по крайках Розташування стикуьомих крайок під гострим кутом у пропонованому співвідношенні зі струмом, що протікає по пластинах, забезпечує підвищення електромагнітного тиску і механічних властивостей зварних з'єднань Це є результатом того, що при розташуванні крайок під кутом у щільному контакті силові лінії електромагнітного поля, прагнучи пройти по шляху найменшого магнітного опору, концентруються в МІСЦІ контакту крайок, що приводить до різкого збільшення індукції й у квадратичній залежності електромагнітного тиску, що стає більше зусилля пластичної деформації Крім того, електромагнітний тиск різко зростає внаслідок зменшення площі крайок, що знаходяться в контакті в процесі зварювання Під дією електромагнітного тиску в МІСЦІ контакту атоми зближаються на міжатомну відстань, унаслідок чого виникають міжатомні сили зв'язку При цьому зменшується відстань між прилеглими атомами Зі зменшенням відстані електромагнітні сили притягання зростають і на прилеглій ДІЛЯНЦІ стику також виникають міжатомні сили зв'язку Цьому сприяє нерівномірне значення індукції в зазорі стику ВІДПОВІДНО до максимуму індукції на початку зближаються на міжатомну відстань крайки на нижній поверхні Потім, у міру зближення крайок відбувається контакт в області середини і верхньої поверхні металу При цьому в кожен момент часу забезпечується максимальний електромагнітний тиск ОКІСНІ ПЛІВКИ видавлюються і виводяться на поверхню, підготовляючи наступну область для електромагнітної взаємодії Процес повторюється, і як би відбувається ланцюгова реакція Місце електромагнітного зварювання переміщається по стикуьомим крайках, поки не забезпечується одержання якісного зварного з'єднання всіх стикуьомих крайок У процесі переміщення місця зварювання по стикуьомим крайках забезпечується створення міцного зварного з'єднання, у тому числі різнорідних металів з мінімальними, структурними і фазовими перетвореннями, а також мінімальними зварювальними деформаціями Можливість з'єднання металів під дією електромагнітних сил притягання підтверджується електромагнітною природою сил міжатомної взаємодії ного тиску тільки за певних умов, а саме, при розташуванні стикуьомих крайок під гострим кутом у залежності від зварювального струму, що тече по стикуьомим крайках к = (2,5 - 3,0) 10 5 І, град Виходить, ці умови є істотними А розташування стикуьомих крайок під гострим кутом у заявленій закономірності від зварювального струму, забезпечує збільшення електромагнітного тиску, зниження енергоємності процесу, підвищення продуктивності, механічних властивостей і якості зварних з'єднань При розташуванні стикуьомих крайок під кутом величиною менше 2,5 10 І електромагнітне поле розподіляється в зазорі стику рівномірно по всій довжині стикуьомих крайок Силові лінії не концентруються в МІСЦІ контакту стикуьомих крайок, тому електромагнітний тиск знижується, що приводить до порушення якості зварних з'єднань При розташуванні стикуьомих крайок під кутом величиною більш 3,0 10 5 І зростає електромагнітний опір у зазорі стику і зменшується магнітний потік, що приводить до зниження індукції електромагнітного поля У квадратичній залежності від індукції зменшується електромагнітний тиск, що приводить до порушення якості зварних з'єднань Крім того, при збільшенні кута між стикуьомими крайками збільшується необхідна величина зварювального струму, витрата електроенергії й енергоємність процесу Спосіб одностороннього зварювання пояснюється фігурою, де представлена схема здійснення способу До пластин, що зварюються, підводяться токоподводи Стикуьомі крайки в щільному контакті на початку розташовуються під гострим кутом (див фіг) у заявленій залежності від величини зварювального струму а =(2,5-3,0) 1 0 1 , град, де І - величина зварювального струму, що протікає по крайках, А По стикуьомим крайках пропускається постійний зварювальний струм однакового напрямку, і здійснюється процес електромагнітного зварювання Приклад Вироблялося електромагнітне зварювання встик пластин розміром 2,5 х 100 х 1000мм зі сталі 09Г2С, розташованих у щільному контакті під різним кутом між стикуьомими крайками Як джерело живлення використовували випрямляч для контактного зварювання МТВ-8002-1 Величину гострого кута між стикуьомими крайками регулювали в межах 0,3 - 3,0 градуса Результати проведених досліджень впливу величини кута між стикуьомими крайками на енергоємність процесу, продуктивність, механічні властивості і якість зварних з'єднань представлені в таблиці Пропонований винахід заснований на ефективному способі впливу на якість зварних з'єднань за рахунок зміни електромагнітних сил і електромагнітного тиску зварювального струму шляхом розташування стикуьомих крайок під гострим кутом Отже, даний спосіб виявляє свої особливості збільшення електромагнітних сил і електромагніт Таблиця Спосіб Відомий Пат 1706814 Пропонований Величина кута між стикуьомими крайками а =3,5 105І(0,7°) Тимчасовий опір, МПа Відносне подовження, % Ударна в'язкість кДж/м2 140 Продуктивність, с 60,0 Потужність, кВт 250,0 480 ЗО 490 31 150 30,0 200 54853 Продовження таблиці Спосіб а =2,0 10Dl(0,4°) а =2,5 105І(0,5°) а =3,0 105І(0,6°) Тимчасовий опір, МПа 500 520 520 Відносне подовження, % 32 33 33 У результаті проведених досліджень установлено, що розташування стикуьомих крайок на початку стику у щільному контакті під гострим кутом у залежності від величини зварювального струму зі співвідношенням а = (2,5 - 3,0) 10 5 І, град , є оптимальним Використання пропонованого способу в порівнянні з існуючими забезпечує наступні переваги концентрацію силових ЛІНІЙ електромагнітного поля в МІСЦІ контакту крайок, що зварюються, підвищення індукції й у квадратичній залежності електромагнітного тиску притягання, під дією якого забезпечується зближення атомів на міжатомну відстань, якісне формування і поліпшення механічних властивостей зварних з'єднань, Ударна в'язкість кДж/м2 160 170 170 Продуктивність, с 30,0 30,0 30,0 Потужність, кВт 200 200 200 зниження витрати електроенергії и енергоємності процесу, підвищення продуктивності за рахунок збільшення швидкості процесу електромагнітного зварювання Упровадження пропонованого способу при зварюванні штрипсів у процесі виготовлення труб малого діаметра дозволяє забезпечити якісне формування зварних швів, зниження енергоємності процесу і собівартості, зменшення КІЛЬКОСТІ відбракованих труб і збільшення виходу придатного Література 1 Петров Г Л , Тумарев А С Теория сварочных процессов - М Высшая школа, 1967 - 508с 2 Пат 1706814 РФ, МКИ В 23 К 31/02 Способ сварки / В И Щетинина, С В Щетинин ^=(2,5-3,0)10-4 Фіг. Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24