способ электронно-лучевой сварки конструкций

Формула изобретения

1. Способ электронно-лучевой сварки конструкций, включающий сборку элементов конструкции встык с зазором между кромками и сварку в вакууме с разверткой электронного пучка, при этом формируют корень и часть сечения шва, а оставшуюся часть сечения шва с лицевой стороны формируют наплавкой присадочного материала, отличающийся тем, что одну из кромок выполняют скошенной и при сборке элементов конструкций обеспечивают увеличение зазора между кромками к лицевой стороне шва, причем используют круговую развертку электронного пучка со смещением центра развертки в сторону скошенной кромки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величина зазора между кромками с лицевой стороны шва составляет 1-2 мм, а с обратной стороны не превышает 0,5 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр круговой развертки электронного пучка составляет d=(3/2)b-(1/2)a, а смещение центра его развертки от нескошенной кромки к скошенной кромке производят на величину =(a+b)/4, где

a - зазор между кромками с обратной стороны,

b - зазор между кромками с лицевой стороны.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к области способов для электронно-лучевой сварки и может найти применение для сварки стыковых соединений толстолистовых конструкций в различных отраслях машиностроения.

Известны способы электронно-лучевой сварки, при которых величина зазора в стыке свариваемых кромок не превышает 0,1-0,2 мм при толщине металла 3,0-30 мм и 0,3 мм при толщине более 30 мм [1]. Однако при электронно-лучевой сварке конструкций больших толщин (более 15 мм) часто встречаются такие специфические дефекты, как протяженные полости в объеме сварного шва.

Существует также способ электронно-лучевой сварки конструкций [2], например, крыльевых устройств для судов с динамическим принципом поддержания, который заключается в том, что листы обшивки собирают встык с образующимся зазором до 3 мм. Сварку осуществляют электронным пучком в вакууме, при развертке пучка симметрично относительно условной линии оси шва, проходящей посередине зазора между кромками листов обшивки. При этом обеспечивается формирование основного сечения и корня шва без подкладок. Затем недостающую часть сечения и вершину шва с лицевой стороны наплавляют присадочным материалом.

Данный способ ориентирован на сварку стыковых соединений обшивки крыльевых устройств, толщина которых обычно составляет 10-20 мм.

При сварке стыковых соединений при толщине кромок 20-50 мм снижается качество сварки, т.к. наличие равномерного зазора может приводить к возникновению дефектов шва типа протяженные полости и прожогов, что связано с необходимостью увеличения мощности электронного пучка.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение качества электронно-лучевой сварки конструкций больших толщин.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе электронно-лучевой сварки конструкций, заключающемся в том, что кромки элементов конструкций собирают встык с зазором, сварку осуществляют в вакууме с разверткой электронного пучка, обеспечивая формирование основного сечения и корня шва, а недостающую часть сечения и вершину шва с лицевой стороны наплавляют присадочным материалом, согласно изобретению одну из кромок выполняют скошенной с увеличением зазора к лицевой стороне, а развертку электронного пучка смещают в сторону скошенной кромки.

Величина зазора между кромками с обратной стороны не должна превышать 0,5 мм, а зазор между кромками с лицевой стороны составляет 1-2 мм. Развертку электронного пучка осуществляют по круговой траектории с диаметром d=3/2b-1/2а, со смещением центра от нескошенной кромки в сторону скошенной кромки на величину =(a+b)/4, где: а - зазор между кромками с обратной стороны, b - зазор между кромками с лицевой стороны.

Зазор, формируемый за счет скоса одной из кромок и увеличивающийся к лицевой стороне свариваемых элементов конструкций, улучшает вывод из канала проплавления парогазовой фазы, предотвращая образование дефектов типа протяженные полости, а применение круговой развертки электронного пучка со смещением центра развертки в сторону скошенной кромки обеспечивает равномерное оплавление скошенной и нескошенной кромок.

Во ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» осуществлена реализация предлагаемого способа.

На установке ЭЛУ-20Б произведена сварка стыковых соединений стали 38Х2Н2МА толщиной 50 мм с зазором от 0,3 мм с обратной стороны до 1 мм с лицевой стороны. Металлографический контроль показал отсутствие дефектов типа поры и протяженные полости во всем сечении шва. Разрушение образцов, вырезанных поперек шва и испытанных на статический разрыв, происходило по основному металлу.

По сравнению с прототипом использование предлагаемого способа повышает качество электронно-лучевой сварки конструкций больших толщин за счет уменьшения пористости и исключения сварочных дефектов типа протяженные полости.

Предлагаемый способ может быть рекомендован для электроннолучевой сварки конструкций больших толщин из высокопрочных сталей.

Источники информации

1. Кайдалов А.А. Электронно-лучевая сварка и смежные технологии. Киев, Экотехнология, 2004 г., с.144, 136.

2. Заявка РФ 93029014 - прототип.