способ многодуговой сварки или наплавки в защитном газе

Формула изобретения

Способ многодуговой сварки или наплавки в защитном газе, при котором процесс ведут сочетанием плавящегося и неплавящегося электродов от источников питания переменного тока, отличающийся тем, что для неплавящегося электрода подбирают источник питания, имеющий внешнюю крутопадающую характеристику, а для плавящегося электрода подбирают источник питания, имеющий пологопадающую жесткую характеристику с напряжением холостого хода ниже, чем напряжение холостого хода источника питания неплавящегося электрода, электрически их соединяют так, что фаза напряжения на плавящемся электроде отстает от фазы напряжения на неплавящемся электроде, возбуждают дугу между неплавящимся электродом и изделием, затем подают напряжение на плавящийся электрод и возбуждают дугу между ним и изделием, горящую в полупериоды, когда напряжение на плавящемся электроде имеет обратную полярность относительно изделия и неплавящегося электрода, и формируют импульсы тока обратной полярности с частотой, равной половине частоты питающей сети для расплавления плавящегося электрода и формирования сварного шва.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сварки или наплавки и может быть использовано как способ многодуговой электросварки или наплавки в защитном газе и особенно эффективно для тонколистовых конструкций из черных и цветных металлов.

Известны способы многодуговой сварки, при которых используется сочетание дуг, горящих на плавящихся и неплавящихся электродах и образующих общую сварочную ванну - аналоги (см. Ремонт, восстановление, модернизация № 9, 2004, Воропай Н.М. и др. «Двухдуговая наплавка поршней из алюминиевых сплавов», стр.14).

Недостатки способов

1. Сложность системы источников питания, вызванная необходимостью формирования специфических импульсов напряжения.

2. Высокие требования к стабилизации параметров режима сварки, например подачи электродной проволоки.

Известен также способ многодуговой сварки и наплавки, при котором процесс ведут сочетанием плавящихся и неплавящихся электродов, при этом на плавящиеся электроды подают напряжения одной и той же полярности (см. авт.свидетельство № 689800, опубл. 05.10.79 г., БИ № 37). Этот способ наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа. К недостаткам этого способа можно отнести то, что он применим только при плазменной сварке и может быть реализован при сварке толстостенных конструкций в силу больших тепловложений в сварочную ванну и, как следствие, большой проплавляющей способности.

Задачей предлагаемого способа является устранение указанных недостатков и обеспечение автоматической сварки тонколистовых конструкций из черных и цветных металлов в защитном газе или наплавки в случаях, когда требуется минимальное участие основного металла в наплавленном.

При этом достигается следующий технических результат:

1. Автоматизация процесса.

2. Высокое качество сварных соединений и наплавленного металла.

3. Высокая экономичность и производительность труда, так как процесс сварки осуществляется за один проход при практическом отсутствии проплавления основного металла.

4. Снижение материальных затрат, т.к. нет необходимости приобретать дорогостоящее оборудование.

Для достижения указанного технического результата предлагается способ многодуговой сварки, наплавки в защитном газе, при котором процесс ведут сочетанием плавящегося и неплавящегося электродов от источника питания переменного тока. Вначале ведут подбор источника питания для неплавящегося электрода, имеющего внешнюю крутопадающую характеристику, а для плавящегося электрода подбирают источник питания, имеющий пологопадающую жесткую характеристику с напряжением холостого хода ниже, чем напряжение холостого хода источника питания неплавящегося электрода, электрически их соединяют так, что фаза напряжения на плавящемся электроде отстает от фазы напряжения на неплавящемся электроде, возбуждают дугу между неплавящимся электродом и изделием, затем подают напряжение на плавящийся электрод и возбуждают дугу между ним и изделием, горящую в полупериоды, когда напряжение на плавящемся электроде имеет обратную полярность относительно изделия и неплавящегося электрода, и формируют импульсы тока обратной полярности с частотой равной половине частоты питающей сети для расплавления плавящегося электрода и формирования сварного шва.

Отличительными от прототипа являются признаки: для неплавящегося электрода подбирают источник питания, имеющий внешнюю крутопадающую характеристику, а для плавящегося электрода подбирают источник питания, имеющий пологопадающую жесткую характеристику с напряжением холостого хода ниже, чем напряжение холостого хода источника питания неплавящегося электрода, электрически их соединяют так, что фаза напряжения на плавящемся электроде отстает от фазы напряжения на неплавящемся электроде, возбуждают дугу между неплавящимся электродом и изделием, затем подают напряжение на плавящийся электрод и возбуждают дугу между ним и изделием, горящую в полупериоды, когда напряжение на плавящемся электроде имеет обратную полярность относительно изделия и неплавящегося электрода, и формируют импульсы тока обратной полярности с частотой, равной половине частоты питающей сети, для расплавления плавящегося электрода и формирования сварного шва.

Заявленная совокупность признаков способа является новой по сравнению с признаками прототипа и аналогов, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».

При рассмотрении технических решений в данной области техники - сварке, признаки, отличающие предлагаемое техническое решение, не выявлены, следовательно, оно соответствует критерию «изобретательский уровень». Новая совокупность признаков обусловила возможность автоматизации процесса сварки, наплавки в среде защитного газа тонколистовых конструкций из черных и цветных металлов с минимальным тепловложением, что особенно эффективно при наплавке, когда требуется минимальное участие основного металла в наплавленном. Улучшается качество сварных соединений. Используются обычные источники переменного тока и не требуется дополнительного специализированного оборудования.

Предлагаемый способ поясняется фиг.1 и осциллограммой фиг.2, где однофазный источник питания переменного тока 1 подсоединяется к неплавящемуся электроду 2 концом 3. Трансформатор 4 концом 5 подсоединяется к плавящемуся электроду 6. Конец 7 источника питания 1 и конец 8 трансформатора 4 соединяются между собой и подсоединяются к изделию 9. Со стороны первичного напряжения вывод 10 источника 1 подключается к фазе А, а вывод 11 трансформатора 4 подключается к фазе Б. Выводы 12 и 13 соединяются между собой и подключаются к фазе С, то есть в «открытый треугольник». Неплавящийся 2 и плавящийся 6 электроды электрически изолированы, и опытным путем установлено, что расстояние между ними в пределах 0,5-1,5 диаметра неплавящегося электрода в районе горения дуги наиболее оптимально для осуществления технологических возможностей процесса: форма шва и глубина проплавления.

Способ осуществляется следующим образом: подбираются источники питания для электродов: для неплавящегося - с крутопадающей характеристикой с большим напряжением холостого хода; для плавящегося - с пологопадающей жесткой характеристикой с более низким напряжением холостого хода по сравнению с источником питания неплавящегося электрода, электрически их соединяют, при этом фаза напряжения на плавящемся электроде отстает от фазы напряжения на неплавящемся электроде.

Процесс сварки начинается с возбуждения дуги, горящей между неплавящимся электродом и изделием, затем подается напряжение на плавящийся электрод, при подаче которого между ним и изделием возникает дуга, горящая только в полупериоды, когда напряжение на плавящемся электроде имеет «обратную» полярность относительно изделия и неплавящегося электрода. Это иллюстрируют осциллограммы на фиг.2. Частота импульсов тока обратной полярности равна половине частоты питающей сети. При этом и осуществляется расплавление электродного металла и формирование сварного шва.

Варьируя соотношениями токов в электродах, можно получать широкий спектр технологических возможностей от процессов, аналогичных аргонодуговой сварке неплавящимся электродом и импульсно-дуговой сварке плавящимся электродом до гибридных типа Mig-плазмы.

Промышленную применимость заявляемого способа доказывает его успешное осуществление на производстве.

Пример 1

Сварка низкоуглеродистой стали Вст3пс осуществляется двумя последовательно расположенными дугами, горящими на плавящемся и неплавящемся электродах. Материал плавящегося электрода - проволока св 08Г2С диаметром 1,4 мм, материал неплавящегося электрода - лантанированный вольфрам диаметром 4 мм.

Защитный газ - аргон, расход 900 л/час, I_cp на плавящемся электроде 45А, I_cp.кв на неплавящемся электроде 150А, I _ср.кв в изделии 140А. При толщине металла 3 мм сварка стыкового соединения без применения подкладных устройств («на весу») составляет 38 м/час.

Пример 2

Сварка сплава АМГ6 толщиной 2 мм, соединение нахлесточное, без подкладных устройств. Материал плавящегося электрода - проволока марки св. АМГ6 диаметром 2 мм, материал неплавящегося электрода - лантанированный вольфрам диаметром 3 мм. I_cp на плавящемся электроде 45А, I_ср.кв на неплавящемся электроде 120А, I _ср.кв в изделии 110А, защитный газ аргон, расход 900 л/час. Скорость сварки 45 м/час.

Пример 3

Наплавка антифрикционного слоя на деталь из стали 30ХГСА. Материал плавящегося электрода - проволока БрАМц диаметром 2 мм, материал неплавящегося электрода - лантанированный вольфрам диаметром 4 мм. Защитный газ - аргон, I_cp на плавящемся электроде 70А, I_ср.кв на неплавящемся электроде 120А, I _ср.кв в изделии 115А. Скорость наплавки 10 м/час. Высота наплавленного слоя 3÷4 мм. Химический состав наплавленного металла соответствует сплаву БрАМц.

Таким образом, заявленное изобретение экономично, удобно в применении, обеспечивает стабильность процессов сварки, наплавки и высокое качество.