Патент на изобретение №2327553
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ СВАРКИ ПЛАЗМЕННОЙ ДУГОЙ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано при сварке плазменной дугой в защитной среде широкого спектра конструкций из активных материалов в различных отраслях промышленности. Сварку плазменной дугой выполняют в защитной газовой среде. В качестве защитного и плазмообразующего газов используют один газ или смеси двух газов. Импульсную подачу газов в процессе сварки осуществляют постоянно по закону непрерывной прямоугольной волны, изменяя расход защитного и/или плазмообразующего газа или смесей газов в соответствии с соотношениями: Qmin:Qmax=1:n при n=4…10 и/или Qmin‘:Qmax‘=1:n’ при n’=2…5, где Qmin – минимальный расход защитного газа; Qmax – максимальный расход защитного газа; Qmin‘ – минимальный расход плазмообразующего газа; Qmax‘ – максимальный расход плазмообразующего газа. В результате повышается стабильность плазменной дуги и увеличивается ее проплавляющая способность и соответственно повышается качество сварки. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано при сварке плазменной дугой в защитной среде широкого спектра конструкций из активных материалов в различных отраслях промышленности. Известен способ сварки плазменной дугой на постоянном токе обратной полярности с использованием вольфрамового электрода, при котором в качестве защитной среды используется аргон, подаваемый с постоянными скоростью и расходом (см. статью Астахина В.И. и др. «Применение плазменно-дуговой сварки при производстве криогенного оборудования из алюминиевых сплавов», «Сварочное производство», 1976 г., №4, с.16-17). Недостатком известного способа является низкая стойкость вольфрамового электрода на повышенных токах, малая проплавляющая способность и связанные с этим значительная ширина шва и малая производительность процесса сварки. Известен способ сварки плазменной дугой, при котором создают непрерывную пульсацию защитного газового потока по закону синусоидальной волны за счет непрерывного увеличения и уменьшения расхода аргона, который вводится в плазменную дугу, при этом предварительно в свариваемой детали производят сквозное проплавление (отверстие), а затем это отверстие заполняют расплавленным металлом (см. патент США №3324278, кл. 219-137, 15.01.64 г.) – наиболее близкий аналог. В результате анализа известного способа необходимо отметить, что данный способ не обеспечивает равномерного проплавления при сварке материала толщиной свыше 6,0 мм, а также при сварке деталей в положениях, отличных от нижнего. Задачей настоящего изобретения является разработка технологии, обеспечивающей повышение качества сварки при одновременном повышении проплавляющей способности (hпр) плазменной дуги. Поставленная задача обеспечивается тем, что в способе сварки плазменной дугой, согласно которому сварку выполняют в защитной газовой среде с периодическим изменением расхода защитной среды, новым является то, что в качестве защитной среды используют два газа или смеси двух газов, причем в процессе сварки один газ или смесь газов подают в зону сварочного электрода для образования плазменного потока, а другой газ или смесь газов подают к зоне сварки для защиты ее от воздействия внешней среды, при этом в процессе сварки постоянно по закону непрерывной прямоугольной волны осуществляют изменение расхода защитного и/или плазмообразующего газа или смесей газов, в соответствии с соотношением: Qmin:Qmax=1:n (где n=4…10) и/или Qmin Qmin – минимальный расход защитного газа; Qmax – максимальный расход защитного газа; Qmin Qmax причем процесс сварки может осуществляться при постоянном расходе плазмообразующего газа или защитного газа, или в процессе сварки синхронно изменяют расход защитного и плазмообразующего газов, причем в течение времени максимального расхода подачи защитного газа осуществляют минимальный расход плазмообразующего газа, и наоборот или процессе сварки синхронно изменяют расход защитного и плазмообразующего газов, причем в течение времени максимального расхода подачи защитного газа осуществляют максимальный расход плазмообразующего газа, и наоборот. При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна». Сущность заявленного изобретения не следует явным образом из уровня техники, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень». Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых: на фиг.1 – установка для сварки плазменной дугой (реализации способа); на фиг.2-5 – графики изменения расхода газа (Qл/мин) от времени (t) в защитном (а) и плазмообразующем (б) потоках. Установка для сварки плазменной дугой выполнена в виде двух газовых баллонов 1 и 2, каждый из которых своей магистралью 3 соединен со своим устройством 4 импульсной подачи газа. Устройство 4 импульсной подачи газа, соединенное с баллоном 1, магистралью 5 соединено с плазмообразующим каналом 6, а второе устройство 4 импульсной подачи газа, соединенное с баллоном 1, магистралью 7 соединено с каналом 8 газовой защиты зоны сварки (защитным каналом). В канале 6 установлен электрод 9 для сварки деталей 10. Система также включает источник питания 11. Сварка осуществляется плазменной дугой 12, истекающей от электрода 9 через отверстие 13 сварочного устройства, защищенной от воздействия внешней среды защитным газовым потоком 14. Все конструктивные элементы, блоки и агрегаты, используемые в установке для сварки плазменной дугой, являются известными, они не составляют предмета патентной охраны и поэтому в материалах настоящей заявки не раскрыты. Способ сварки плазменной дугой осуществляют следующим образом. Для обеспечения сварки деталей 10 включают источник питания 11 и осуществляют подачу газов или их смесей из баллонов 1 и 2 по магистралям 3 через устройства 4 импульсной подачи газа и магистрали 5 и 7 в плазмообразующий канал 6 и канал 8 газовой защиты зоны сварки и плазменной дуги 12, истекающей с электрода 9 на свариваемые детали 10 для их неразъемного соединения. Пульсация газа осуществляется изменением его расхода (за счет работы устройств 4) в защитном и плазмообразующем каналах. При отключенном устройстве импульсной подачи газа через него осуществляется подача газа с постоянным расходом. При отключенном устройстве 4, связанном с баллоном 1, производится пульсация газа в канале 8 газовой защиты и его подача с постоянным расходом в канале 6 (фиг.2). При отключенном устройстве 4, связанном с баллоном 2, производится пульсация газа в плазмообразующем канале 6 и его подача с постоянным расходом в канале 8 (фиг.3). При включенных устройствах 4, связанных с баллонами 1 и 2, производится пульсация газа в каналах 6 и 8 (фиг.4 и 5). Пульсация газового потока, осуществляемая по закону непрерывной прямоугольной волны в защитном канале приводит к увеличению глубины проплавления и уменьшению ширины шва при соотношении минимального (Qmin) и максимального (Qmax) расходов при их соотношениях: Qmin:Qmax=1:n, где n=4…10. Пульсация газового потока в плазмообразующем канале в виде непрерывной волны прямоугольной формы способствует дополнительному увеличению глубины проплавления при соотношении минимального (Qmin Увеличение проплавляющей способности плазменной дуги происходит и при синхронной пульсации в виде непрерывной волны прямоугольной формы плазмообразующего и защитного потоков, причем в моменты максимального расхода газа в защитном потоке расход газа в плазмообразующем потоке минимален и наоборот, а изменения минимальных и максимальных расходов подчиняются соотношениям: Qmin:Qmax=1:n (где n=4…10) и Qmin Наибольшего увеличения проплавляющей способности плазменной дуги достигают при пульсации в виде непрерывной волны прямоугольной формы плазмообразующего и защитного потоков, причем в моменты максимального расхода газа в газозащитном потоке расход газа в плазмообразующем потоке так же максимальный, а в моменты минимального расхода газа в газозащитном потоке в плазмообразующем потоке расход газа так же минимальный, а изменение минимальных и максимальных значений расходов газа подчиняется соотношениям: Qmin:Qmax=1:n (где n=4…10) и Qmin Конкретный режим подачи газов или их смесей задают исходя из конкретных требований к свариваемому изделию. Интервалы значений расхода газа, приведенные в заявке, установлены экспериментально. Пример выполнения способа Выполняли сварку плазменной дугой на образцах из алюминиевого сплава 1201 толщиной 20,0 мм. В качестве источника питания дуги использовали источник ТИР-315. Ток сварки составлял 105 А, скорость сварки 15 м/час. В качестве защитных газов использовались аргон и смесь 70% Ar + 30% Не. В способе могут быть использованы газы или их смеси, традиционно используемые при сварке. Период полуволны при пульсирующей подаче газа составлял 0,4 сек. Остальные параметры режима представлены в таблице. При сварке на режимах по п.3, 4, 7, 8, 12, 13, 14, 20, 21, 24, 25, 29, 30, 31 (таблица) соблюдались соотношения минимальных и максимальных расходов газов в защитном и плазмообразующем потоках в пределах Qmin:Qmax=4…10 и Qmin Это позволило повысить стабильность плазменной дуги и увеличить ее проплавляющую способность, повысив тем самым качество сварки.
Формула изобретения
1. Способ сварки плазменной дугой, включающий импульсную подачу газа в процессе сварки в зону сварочного электрода для образования плазменного потока и к зоне сварки для защиты ее от воздействия внешней среды, отличающийся тем, что в качестве защитного и плазмообразующего газа используют один газ или смесь двух газов, при этом импульсную подачу газа в процессе сварки осуществляют, изменяя расход защитного и/или плазмообразующего газа или смесей газов постоянно по закону непрерывной прямоугольной волны, в соответствии с соотношениями: Qmin:Qmax=1:n при n=4…10 и/или Qmin‘:Qmax‘=1:n’ при n’=2…5, где Qmin – минимальный расход защитного газа; Qmax – максимальный расход защитного газа; Qmin‘ – минимальный расход плазмообразующего газа; Qmax‘ – максимальный расход плазмообразующего газа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе сварки изменяют расход защитного газа при постоянном расходе плазмообразующего газа. 3. Способ сварки по п.1, отличающийся тем, что в процессе сварки изменяют расход плазмообразующего газа при постоянном расходе защитного газа. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе сварки синхронно изменяют расход защитного и плазмообразующего газов, причем в течение времени максимального расхода подачи защитного газа осуществляют минимальный расход плазмообразующего газа, и наоборот. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе сварки синхронно изменяют расход защитного и плазмообразующего газов, причем в течение времени максимального расхода подачи защитного газа осуществляют максимальный расход плазмообразующего газа, и наоборот.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
:Qmax
