способ механизированной сварки плавящимся электродом с наложением механических наноимпульсов на подачу сварочной проволоки

Формула изобретения

Способ механизированной сварки плавящимся электродом с наложением механических наноимпульсов на подачу сварочной проволоки, отличающийся тем, что осуществляют управляемый перенос капли электродного металла в сварочную ванну под воздействием на расплавленную каплю продольных импульсов тока с ультразвуковой частотой и амплитудой до 10^-9 м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к механизированной дуговой сварке металлов плавящимся электродом в среде защитных газов и под слоем флюса с постоянной подачей сварочной проволоки при сварке металлоконструкций.

Известен способ сварки, в котором управление размером капли расплавленного металла осуществляется за счет импульсной подачи сварочной проволоки. Способ включает выдачу сигнала в систему управления механизмом импульсной подачи сварочной проволоки с источником управляющего сигнала (минимального тока дуги) в автоматическом режиме (см. описание к патенту РФ № 2238827, кл. В23K 9/095 2003.07.10).

Недостатком известного способа является необходимость использования специального оборудования - механизма импульсной подачи сварочной проволоки, который имеет сложную конструкцию и повышенные вибрации.

Известен способ импульсно-дуговой сварки, где используются импульсы тока дуги для дозирования энергии на расплавление каждой следующей капли, начиная с момента ее отрыва (см. RU 2133660 C1, В23K 9/09, В23K 9/1732003, 27.07.1999).

Недостатком известного способа является возможность перегрева сварочной ванны под действием управляющих импульсов тока.

Задача - разработать механизированный способ сварки, обеспечивающий стабильный перенос электродного металла без использования импульсов тока.

Поставленная задача достигается тем, что в процессе сварки с постоянной подачей сварочной проволоки на проволоку накладываются продольные колебания. Процесс наложения продольных колебаний реализуется за счет магнитострикционных свойств сварочной проволоки, что позволяет использовать сварочную проволоку в качестве генератора механических продольных импульсов. Упругие продольные импульсы возникают при наложении на сварочную проволоку продольного магнитного поля ультразвуковой частоты (10⁹-10¹² Гц).

Продольные колебания создают в сварочной проволоке упругие волны. Упругие волны передают продольные колебания на расплавленную каплю электродного металла, которая в процессе сварки находится на торце сварочной. При совпадении частоты продольных колебаний проволоки с собственной частотой колебаний капли расплавленного металла возникает резонанс, вызывающий резкое возрастание амплитуды колебаний. С ростом амплитуды растут напряжения в расплавленном металле и, когда они достигнут предела прочности, капля расплавленного металла отрывается. Достигается эффект механического отрыва капли электродного металла. Перенос электродного металла в сварочную ванну осуществляется за счет явления резонанса.

Состав изобретения и способ реализация процесса заключается в следующем. Процесс поясняется блок-схемой, показанной Фиг.1.

Генератор ультразвуковых колебаний 1 с регулируемой частотой от 10⁹ до 10¹² Гц подает импульсы тока на безинерционный соленоид 2, внутри которого с постоянной скоростью проходит сварочная проволока 3. Безинерционный соленоид 2 под воздействием импульсов тока создает переменное продольное магнитное поле. В сварочной проволоке 3 за счет магнитострикционного эффекта под действием продольного магнитного поля возникают упругие продольные колебания с амплитудой (4-8)·10^-9 м и частотой, равной частоте генератора ультразвуковых колебаний 1. Продольные колебания по закону распространения упругой волны перемещаются по сварочной проволоке 3 и возникающие на торце проволоки волны Рэлея передаются капле электродного металла 4. При совпадении частоты волн Релея и продольных колебаний проволоки с собственной частотой колебания капли расплавленного металла возникает резонанс и резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний. Происходит механический отрыв капли электродного металла 4 от сварочной проволоки 3. Для стабилизации процесса блок управления включает в себя датчик резонанса 6, регистрирующий резкое возрастание амплитуды колебаний. С датчика резонанса 6 сигнал поступает на блок сравнения и коррекции 5, где происходит сравнение сигнала с датчика резонанса 6 и блока заданной резонансной частоты 7. В случае несовпадения сигналов блок сравнения и коррекции 5 корректирует частоту механических колебаний капли путем изменения частоты генератора ультразвуковых колебаний 1.

Заявляемый способ характеризуется наличием следующих существенных отличительных способов:

а) перенос капли электродного металла осуществляется за счет явления резонанса, вызывающего механический отрыв капли электродного металла от сварочной проволоки;

б) управление переносом электродного металла происходит без периодического изменения сварочного тока дуги;

в) предлагаемый способ сварки для получения управляемого переноса не требует импульсных источников питания и специальных устройств импульсной подачи сварочной проволоки.

Проведенные исследования по патентной и научно-технической литературе позволили выявить ряд технических решений аналогичного назначения, однако признаки «а», «б» и «в» заявленного способа в них отсутствуют. Следовательно, заявляемый способ соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень». Лабораторные испытания способа показали его осуществимость, т.е. промышленную применимость, высокие и стабильные механические и эксплутационные свойства сварных соединений.

Использование всей совокупности существенных признаков заявляемого способа позволяет получать управляемый перенос электродного металла, используя стандартные источники питания и стандартные системы подачи сварочной проволоки, улучшить форму капли, ее симметрию относительно оси сварочной проволоки и получить кинетическую энергию, необходимую для переноса капли в сварочную ванну.

При использовании предложенного способа:

1) уменьшается время перехода капли электродного металла в сварочную ванну, что позволяет увеличить скорость переноса;

2) снижается размер капли электродного металла;

3) снижается выгорание легирующих элементов, что приводит к улучшению механических свойств металла сварного шва;

4) улучшается перемешивание сварочной ванны;

5) снижается разбрызгивание электродного металла.