способ сварки плазменной дугой

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: Q_min:Q_max=1:n при n=4...10 и/или Q_min':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 (h_пр ) 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:Q_max=1:n (где n=4...10) и/или Q_min :Q_max =1:n (где 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,

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 (Q^л/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 (Q_max) расходов при их соотношениях: Q_min: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 (Q_min ) и максимального (Q_max ) расходов: Q_min :Q_max =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: Q_min:Q_max=1:n (где n=4...10) и Q_min :Q_max =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:

Q_min:Q_max=1:n (где n=4...10) и Q_min :Q_max =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:Q_max=4...10 и Q _min :Q_max =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 /Qmin	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