способ сварки плазменной дугой
Классы МПК: | B23K10/02 плазменная сварка |
Автор(ы): | Новиков Олег Михайлович (RU), Радько Эдуард Павлович (RU), Квон Джей Юн (KR) |
Патентообладатель(и): | Новиков Олег Михайлович (RU), Радько Эдуард Павлович (RU), Квон Джей Юн (KR) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2006-02-16 публикация патента:
27.06.2008 |
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: Q min:Qmax=1:n при n=4...10 и/или Q min':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.
![способ сварки плазменной дугой, патент № 2327553](/images/patents/138/2327553/2327553.jpg)
![способ сварки плазменной дугой, патент № 2327553](/images/patents/138/2327553/2327553-2.jpg)
![способ сварки плазменной дугой, патент № 2327553](/images/patents/138/2327553/2327553-3.jpg)
![способ сварки плазменной дугой, патент № 2327553](/images/patents/138/2327553/2327553-4.jpg)
![способ сварки плазменной дугой, патент № 2327553](/images/patents/138/2327553/2327553-5.jpg)
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':Q max'=1:n' при n'=2...5, где Q min - минимальный расход защитного газа; Q max - максимальный расход защитного газа; Q min' - минимальный расход плазмообразующего газа; Q max' - 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.
Описание изобретения к патенту
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: Q min:Qmax=1:n (где n=4...10) и/или Qmin :Qmax
=1:n
(где n
=2...5), где:
Qmin - минимальный расход защитного газа;
Qmax - максимальный расход защитного газа;
Qmin - минимальный расход плазмообразующего газа;
Q max - максимальный расход плазмообразующего газа,
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 (Q min) и максимального (Qmax) расходов при их соотношениях: Qmin:Q max=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 ) и максимального (Qmax
) расходов: Qmin
:Qmax
=1:n
(где n
=2...5).
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 :Qmax
=1:n
(где n
=2...5).
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 :Qmax
=1:n
(где n
=2...5).
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 Q min:Qmax=4...10 и Q min :Qmax
=2...5.
Это позволило повысить стабильность плазменной дуги и увеличить ее проплавляющую способность, повысив тем самым качество сварки.
Таблица | ||||||||
№№ | Вид защитного газа | Расход газов, л/мин | Q max/Qmin | Qmax | Результаты | |||
В плазмообразующем потоке | В защитном потоке | |||||||
Q min | Qmax | Qmin | Qmax | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
1. | Ar | 3,6 | 3,6 | 12 | 12 | 1 | 1 | Неравномерная глубина |
проплавления hпр=5,0...5,5 мм | ||||||||
2. | 3,6 | 3,6 | 3 | 9 | 3 | 1 | Неравномерная глубина | |
проплавления h пр=5,0...5,5 мм | ||||||||
3. | | 3,6 | 3,6 | 2,4 | 9,6 | 4 | 1 | h пр=5,5...5,8 |
4. | | 3,6 | 3,6 | 1,2 | 10,8 | 9 | 1 | h пр=6,0...6,l |
5. | | 3,6 | 3,6 | 1,1 | 11,9 | 10,8 | 1 | Нарушение защитного сварного шва |
6. | | 0,5 | 3,1 | 12 | 12 | 1 | 5,2 | Неравномерное формирование шва hпр=5,6...6,0 мм |
7. | 0,6 | 3,0 | 12 | 12 | 1 | 5,0 | h пр=6,0...6,1 mm | |
8. | | 1,2 | 2,4 | 12 | 12 | 1 | 2,0 | h пр=5,9...6,0 мм |
9. | | 1,3 | 2,3 | 12 | 12 | 1 | 1,8 | Неравномерная глубина |
проплавления hпр=5,0...5,6 мм | ||||||||
10. | 1,3 | 2,3 | 2,4 | 9,6 | 4 | 1,8 | Неравномерная глубина | |
проплавления h пр=6,6...7,5 мм | ||||||||
11. | | 1,3 | 2,3 | 1,2 | 10,8 | 9 | 1,8 | Неравномерная глубина |
проплавления h пр=7,0...7,9 мм | ||||||||
12. | | 1,2 | 2,4 | 2,4 | 9,6 | 4 | 2 | h пр=7,5...7,6 мм |
13. | | 1,2 | 2,4 | 1,2 | 10,8 | 9 | 2 | h пр=7,7...7,9 мм |
14. | | 0,6 | 3,0 | 2,4 | 9,6 | 4 | 5 | h пр=8,3...8,4 мм |
15. | | 0,5 | 3,1 | 2,4 | 9,6 | 4 | 5,2 | Неравномерная глубина |
проплавления h пр=7,8...8,5 мм | ||||||||
16. | | 0,6 | 3,0 | 3 | 9 | 3 | 5 | Неравномерная глубина проплавления hпр=7,6...8,3 мм |
17. | 0,6 | 3,0 | 1,1 | 11,9 | 10,8 | 5 | Неравномерная глубина проплавления hпр=7,9...8,5 мм | |
18. | 4,0 | 4,0 | 12 | 12 | 1 | 1 | Неравномерная глубина проплавления hпр=5,5...6,4 мм | |
19. | 4,0 | 4,0 | 3 | 9 | 3 | 1 | Неравномерная глубина проплавления hпр=5,7...6,6 мм | |
20. | 4,0 | 4,0 | 2,4 | 9,6 | 4 | 1 | h пр=5,9...6,0 мм | |
21. | | 4,0 | 4,0 | 1,2 | 10,8 | 9 | 1 | h пр=6,3...6,4 мм |
22. | | 4,0 | 4,0 | 1,1 | 11,9 | 10,8 | 1 | Нарушение защиты сварного шва |
23. | | 3,4 | 3,4 | 12 | 12 | 1 | 5,7 | Неравномерное формирование шва hпр=5,8...6,3 мм |
24. | 3,3 | 3,3 | 12 | 12 | 1 | 4,7 | h пр=6,3...6,4 мм | |
25. | | 1,3 | 2,7 | 12 | 12 | 1 | 2,1 | h пр=6,2...6,3 мм |
26. | | 1,4 | 2,6 | 12 | 12 | 1 | 1,8 | Неравномерная глубина проплавления hпр=5,9...6,6 мм |
27. | 1,4 | 2,6 | 2,4 | 9,6 | 4 | 1,8 | Неравномерная глубина проплавления hпр=7,1...7,9 мм | |
28. | 1,4 | 2,6 | 1,2 | 10,8 | 9 | 1,8 | Неравномерная глубина проплавления hпр=7,5...8,5 мм | |
29. | 1,3 | 2,7 | 2,4 | 9,6 | 4 | 2,1 | h пр=8,3...8,4 мм | |
30. | | 1,3 | 2,7 | 1,2 | 10,8 | 9 | 2,1 | h пр=8,5...8,6 мм |
31. | | 0,7 | 3,3 | 2,4 | 9,6 | 4 | 4,7 | h пр=8,7...8,8 мм |
32. | | 0,6 | 3,4 | 2,4 | 9,6 | 4 | 5,7 | Неравномерная глубина проплавления hпр=8,1...8,8 мм |
33. | 0,7 | 3,3 | 1,1 | 11,9 | 10,8 | 4,7 | Неравномерная глубина проплавления | |
34. | 0,7 | 3,3 | 3 | 9 | 3 | 4,7 | hпр=8,2...8,9 мм | |
Неравномерная глубина проплавления h пр=8,0...8,7 мм |
Класс B23K10/02 плазменная сварка