Спосіб дугоконтактного подовжнього приварювання

Реферат: Винахід належить до зварювальної техніки та може бути використаний для подовжнього дугоконтактного приварювання деталей по незамкнутій траєкторії до металевих виробів. При дугоконтактному приварюванні магнітне поле, що викликає переміщення дуги по траєкторії поверхні, яку належить зварити, створюють змінним струмом, що тече безпосередньо по деталі від одного краю поверхні зварювання до іншого, та має форму прямокутного меандру з періодом T=2l|/v, де l - довжина деталі, що приварюється, a v - швидкість руху дуги. Винахід забезпечує відсутність необхідності в додаткових пристроях, дає можливість добре бачити місце приварювання, що підвищує точність приварювання і тим самим розширяє можливості способу на застосування ручного інструмента, а також дозволяє отримати рівномірне плавлення торця або твірної однієї деталі та того місця на протилежній деталі, до якого вона повинна бути притиснутою для з'єднання. Окрім цього, траєкторія руху дуги завжди відтворює форму поверхні деталі, що приварюється, і не залежить від форми штучного приладу, призначеного для генерації магнітного поля для керування рухом дуги. UA 113097 C2 (12) UA 113097 C2 UA 113097 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід має відношення до зварювальної техніки та може бути використаний для подовжнього приварювання деталей до металевих виробів. У промисловості широке застосування знайшов спосіб торцевого дугоконтактного приварювання деталей круглого перерізу до поверхні листів, труб і т.п., так зване "приварювання шпильок", основне уявлення, про який наведене у книзі Д.М. Калеко, В.Э. Моравский, Н.А. Чвертко "Ударная конденсаторная сварка" К.: "Наукова думка". 1984, 200 с. Разом з тим при виготовленні виробів машинобудування є необхідність подовжнього приварювання деталей до корпусних виробів, наприклад торцевого приєднання пластинок до кузовів автомобілів для утримання дротів, трубок та ін. Для цього найбільш економним та продуктивним буде дугоконтактне приварювання у порівнянні з можливим зварюванням опором, при якому по-перше, треба пластинку вигнути таким чином, щоб мати площадку, яка буде прилягати до корпусу, що збільшує масу машини з відомим негативним ефектом при великому числі таких пластинок, а по-друге, мати двобічний підхід до місця зварювання, що не завжди можливо, якщо корпусна деталь має великий розмір. Альтернативою контактному в цьому випадку є дугоконтактне приварювання деталей. Такі з'єднання наведені, наприклад, у патенті DE 199 48 927 "Schweißträger zum Halten von Komponenten", кл. МКВ В23K 9/20, oп. 18.06.2000 p. Згідно з цим патентом між пластинкою та корпусною деталлю збуджується дуга постійного струму, що розплавляє торець пластинки та місце, до якого пластинка має бути привареною. Зрозуміло, що чим довша пластинка, тим більше буде час її приварювання, тобто час горіння дуги між деталями, що з'єднуються. Але, якщо товщина корпусної деталі, як, наприклад, автомобільний кузов або судова чи яхтова надбудова виготовлені із металу малої товщини, дуга, що зосереджена в одному, найбільш гарячому місці, може викликати пропал металу корпусу. Таким чином, виникає природне обмеження довжини пластинки або іншої деталі, яку можна приварювати подовжнім швом відомими способами дугоконтактного зварювання до поверхні виробу. В теперішній час для пластинок ця довжина дорівнює 30 мм. Але навіть при такій довжині не можна уникнути кольорової мітки на зворотному боці листової деталі (т. зв. кольору побіжалості). Це створює складнощі при подальшій обробці корпусу, наприклад, при фарбуванні. Для отримання можливості приварювання пластинок більшої довжини патентом (прототип) DE 102 53 415 "Lichtbogen-Schweißvorrichtung, Verfahren zum Schweißen an metallische Gegenstücke, und Schweißelement", кл. МКВ В23К 9/20 запропонований спосіб приварювання металевих пластин з подовженою торцевою поверхнею в стик до металевої деталі, причому між пластиною та протилежною деталлю прикладається електрична напруга, що призводить до запалювання дуги між пластиною та протилежною деталлю, яка плавить торцевий бік пластини і протилежну частину деталі, після чого пластина з'єднується в стик з протилежною деталлю з утворенням зварювального шва, який відрізняється тим, що окремим генератором утворюється магнітне поле таким чином, щоб магнітні силові лінії були перпендикулярні до напрямку подовженої торцевої поверхні та одночасно дуговому проміжку з метою переміщення дуги в напрямку подовженої торцевої поверхні. Струм у генераторі магнітного поля змінює полярність, коли дуговий розряд досягне краю пластини. Недоліком цього патенту є, по-перше, наявність додаткового пристрою для генерації магнітного поля, а, по-друге, те, що цей пристрій для виконання свого призначення по необхідності розміщується поруч із місцем зварювання закриваючи область зварювання. Це, зрозуміло, може бути застосовано тільки в автоматичному обладнанні, бо при ручному маніпулюванні такий пристрій заважає зварювальнику бачити точне місце приварювання, і тим самим звужує область використання. Окрім того, не визначена періодичність зміни полярності струму у генераторі магнітного поля. Недоліком такого пристрою є і те, що він не дозволяє приварювати пластинки, які мають переріз відмінний від прямокутного, наприклад хвилястий. При приварюванні такої пластинки рух дуги буде змінювати свою швидкість, відповідаючи наближенню або віддаленню від магнітної котушки (збільшенню або зменшенню магнітної індукції в місці проходження зварювального струму). Застосування патенту DE 102 53 415 не поширюється на деталі іншої конфігурації, ніж пластинки. Тому виглядає більш привабливим створити магнітне поле, що спричиняє рух дуги вздовж подовженої сторони деталі, що приварюється, за допомогою струму, який тече безпосередньо по цій деталі паралельно поверхні зварювання. Силові лінії такого поля будуть перпендикулярні струму дуги, яка горить між деталлю та виробом, до якого вона повинна бути приварена, і взаємодія магнітного поля та зварювального струму призведе до переміщення дуги під дією сили Лоренца в напрямку, перпендикулярному площині, у якій лежать силові лінії струму та магнітного поля, тобто в напрямку лінії зварювання, відповідно до відомого в електротехніці "правила лівої руки". 1 UA 113097 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В основу винаходу поставлена задача удосконалення дугоконтактного способу торцевого приварювання пластини. Поставлена задача вирішується тим, що в способі дугоконтактного подовжнього приварювання, при якому між однією деталлю та деталлю (виробом), до якої вона повинна бути привареною прикладається електрична напруга, що приводить до запалювання дуги між ними, внаслідок чого відбувається плавлення поверхонь, що зварюються, після чого деталі з'єднуються в стик з утворенням зварювального шва, і при якому дуга переміщується між деталями, що зварюються, за допомогою магнітного поля вектор індукції якого та вектор зварювального струму лежать у площині, перпендикулярній лінії з'єднання деталей, магнітне поле створюється електричним струмом, що живиться від додаткового джерела та тече по одній деталі паралельно лінії з'єднання з протилежною деталлю (виробом). При цьому електричний струм додаткового джерела живлення має змінну полярність у формі прямокутного меандру з періодом, який відповідає вимозі J=l|/v, де l - довжина деталі, що приварюється, a v швидкість руху дуги. Такий спосіб дугоконтактного зварювання дає змогу поширити його на приварювання, окрім деталей з незамкнутим контуром по торцю, ще по твірній трубок або подібних деталей. Відмінністю способу дугоконтактного подовжнього приварювання, що пропонується, є створення магнітного поля, яке при взаємодії із зварювальним струмом переміщує дугу вздовж поверхні зварювання, додатковим струмом, що тече безпосередньо по деталі, що приварюється, і має змінний напрямок, який відповідає зміні полярності напруги джерела живлення цього струму, і ця зміна має вигляд прямокутного меандру з періодом T=2l|/v, де l довжина етика, a v - швидкість руху дуги, а також можливе при цьому застосування способу дугоконтактного подовжнього приварювання як для приварювання по торцю пластин або деталей з незамкнутим контуром, так і приєднання по твірній трубок або подібних деталей. Позитивна якість такого способу полягає в тому, що при створенні магнітного поля, яке причиняє рух дуги по поверхні, повинна бути привареною, за допомогою додаткового струму, що проходить паралельно лінії приварювання, відсутність необхідності в додаткових пристроях дає можливість добре бачити місце приварювання, що підвищує точність приварювання і тим самим розширяє можливості способу на застосування ручного інструмента, а зміна полярності струму у формі прямокутного меандру і, відповідно, зміна напрямку руху дуги з періодичністю T=l/v, де l - довжина лінії приварювання, a v - швидкість руху дуги, дозволяє отримати рівномірне плавлення торцю або твірній однієї деталі та того місця на протилежній деталі, до якого вона повинна бути притиснутою для з'єднання. Приведення дуги до руху дозволяє також знизити теплове навантаження на виріб, який в такому випадку може бути з тонкого металу. Окрім цього, траєкторія руху дуги завжди відтворює форму поверхні деталі, що приварюється, і не залежить від форми штучного приладу, призначеного для генерації магнітного поля для керування рухом дуги. На фіг. 1 показана схема виконання дугоконтактного подовжнього приварювання деталі. На фіг. 2 показана циклограма дугоконтактного подовжнього приварювання. На фіг. 3 показані приклади застосування способу подовжнього приварювання деталей різної конфігурації (окрім пластини, що показана на фіг. 1). Дугоконтактне приварювання деталі 1 (фіг. 1) до виробу 2 починається із її закріплення у рухомому затискачі 3, форма якого залежить від форми деталі, що затискається. Затискач 3 разом з деталлю 1 опускається, доки деталь 1 не прийде у контакт з виробом 2. З цього моменту починається відлік часу (фіг. 2) і включається попередній невеликий струм збудження дуги (~ 10-15 А). Через незначний проміжок часу в момент t1 (фіг. 2) включається джерело змінного струму 4 (фіг. 1), і одночасно починається підйом затискача 3 з деталлю 1, що призводить, при відриві від виробу 2, до збудження дуги 5. Наявність струму, що тече вздовж деталі, генерує магнітне поле, яке викликає переміщення збудженої малоамперної дуги 5 вздовж місця приварювання 6 відповідно до "правила лівої руки". Таким чином відбувається зачищення місця приварювання та деякий підогрів виробу 2, що має масу, значно більшу ніж маса деталі 1. Коли деталь 1 буде піднята над виробом 2 на відстань, що задається технологією в межах 1,5-3 мм, в момент t2 (фіг. 2) включається основний зварювальний струм ізв від джерела постійного струму 7 (фіг. 1), що підвищує швидкість дуги 5, яка, завдячуючи зворотнопоступовому переміщенню під впливом меандруючого змінного струму iм в проміжок часу t2-t3 (фіг. 2), оплавляє поверхню деталі 1 (фіг. 1) та те місце 6 на виробі, до якого вона має бути привареною. По закінченні нагрівання в момент t3 починається переміщення затискача 3 (фіг. 1) з деталлю 1 у зворотному напрямку до виробу 2. 2 UA 113097 C2 5 10 15 20 25 30 Звичайно рух затискача відбувається за допомогою електромагнітно-пружинного приводу, який включається в момент t1 (фіг. 2) і виключається в момент t3. При русі від виробу пружина осадження стискається, а при відключенні електромагніта ця пружина призводить до стиковки оплавлених поверхонь деталі та виробу з утворенням зварного з'єднання. Величина зусилля стискання є параметром технології зварювання і залежить від матеріалу та площі поверхонь, які повинні бути зварені. В момент t4, коли між деталями, що зварюються, відтворюється контакт, одночасно виключаються зварювальний ізв та змінний iм струми, а при охолодженні створюється зварне з'єднання між деталлю та виробом. Рух дуги вздовж поверхні деталі, що має бути привареною до виробу, викликаний взаємодією магнітного поля струму, який тече паралельно лінії приварювання, із струмом дуги у відповідності із законом Лоренца. Згідно із відомим в електротехніці "правилом лівої руки" дуга рухається так, як показано на врізці у фіг. 1, тобто перпендикулярно площині, у якій лежать вектори магнітного поля В та зварювального струму ізв. Швидкість пересування дуги залежить від векторного добутку (В×ізв), а також від невідомої маси плазмового стовпа дуги, яка залежить від матеріалу і термічного стану електродів (в даному випадку деталей, що зварюються) та довжини дуги. Тому величину струму джерела змінного струму, від якого залежить швидкість руху дуги, можна визначити тільки експериментально, виходячи з необхідності зберегти рідкий стан по всій довжині етика. Це дає змогу визначити нижню межу швидкості. Верхня межа швидкості, а значить і величина змінного струму, визначається глибиною проплавлення зони зварювання на обох деталях, яка може стати недостатньою для створення міцного з'єднання при занадто великій швидкості руху дуги. Форма змінного струму найкраще повинна відповідати формі прямокутного меандру. В такому випадку дуга буде рухатися вздовж поверхні зварювання з постійною швидкістю, забезпечуючи рівномірне нагрівання пластини. Напрямок струму бажано змінювати миттєво, щоб запобігти затриманню дуги в кінцях траєкторії руху. Період змінного меандроподібного струму повинен відповідати залежності Т=2l|/v, де l - довжина шляху дуги по деталі, що приварюється, a v - швидкість руху дуги. Дугоконтактним подовжнім приварюванням можна приєднувати до корпусних виробив деталі різної конфігурації, що мають незамкнуту поверхню приварювання. Як приклад на фіг. 3 наведені з'єднання трубки (а) або півциліндра (б) по твірній, а також торцеві приєднання швелера (в) та півциліндра (г). ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 1. Спосіб дугоконтактного подовжнього приварювання деталей, при якому між однією деталлю та деталлю-виробом, які повинні бути приварені, прикладають електричну напругу, що приводить до запалювання дуги між ними, внаслідок чого відбувається плавлення поверхонь деталей, що зварюються, після чого деталі з'єднують в стик з утворенням зварювального шва, при цьому дугу під час горіння переміщують між деталями, що зварюються, за допомогою магнітного поля, вектор індукції якого та вектор зварювального струму лежать у площині, перпендикулярній лінії з'єднання деталей, який відрізняється тим, що магнітне поле створюють електричним струмом, який живиться від додаткового джерела та тече по деталі паралельно лінії з'єднання з протилежною деталлю-виробом. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що електричний струм додаткового джерела живлення має змінну полярність у формі прямокутного меандру з періодом T=2l|/v, де l довжина деталі, що приварюється, a v - швидкість руху дуги. 3 UA 113097 C2 4 UA 113097 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5