RU2156679C1

RU2156679C1 - Short butt-joint welding method

Info

Publication number: RU2156679C1
Application number: RU99111528A
Authority: RU
Inventors: В.И. Бобков; В.Н. Семенов; М.И. Зыков; О.Н. Железняк; А.И. Леонов
Original assignee: ОАО "Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им. акад. В.П. Глушко"
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2000-09-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; gas-shielded welding of high thermal conductivity metals. SUBSTANCE: input and output processing plates with recesses are installed at part ends opposite to their butt joint. Shape of recesses follows shape of butt-joint end face. Short-time multiple arc-striking at periphery of recess is provided to rise butt-joint edge temperature to 0.4 - 0.5 of melting point of metal to be welded, for instance, silver. Then arc is moved to edges and joint is welded in argon atmosphere on copper weld backing using silver wire as filler. Process is terminated on output plate. Proposed method provides welding of high thermal conductivity metals, such as silver, without pores, surface ruptures, cracks and fusion faults. EFFECT: improved quality of welded joints. 6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к сварке коротких стыковых соединений высокотеплопроводных металлов в защитной газовой среде. The invention relates to welding production, in particular to welding of short butt joints of highly heat-conducting metals in a protective gas environment.

При электродуговой сварке таких металлов, как серебро, медь в стыковых соединениях образуются различного рода дефекты, которые приводят к разрушению сварных конструкций при их эксплуатации. Высокая теплопроводность этих металлов не позволяет в процессе сварки достичь требуемых условий для расплавления кромок свариваемого стыка. На этом основании при сварке высокотеплопроводных металлов в практике используют предварительный, подогрев стыковых соединений. Подогрев может быть осуществлен различными способами, например, по технологии, описанной в пат. США N 4291220, кл. 219-137. В нем защищен электродуговой способ сварки меди и алюминия в среде защитного газа с использованием как плавящегося, так и неплавящегося электродов, подключенных к двум независимым источникам питания. Подогрев свариваемых кромок осуществляют неплавящимся электродом. During electric arc welding of metals such as silver and copper, various types of defects are formed in the butt joints, which lead to the destruction of the welded structures during their operation. The high thermal conductivity of these metals does not allow the welding process to achieve the required conditions for the melting of the edges of the welded joint. On this basis, when welding highly thermally conductive metals, pre-heating of butt joints is used in practice. Heating can be carried out in various ways, for example, according to the technology described in US Pat. U.S. N 4291220, CL 219-137. It protects the electric arc method of welding copper and aluminum in a shielding gas environment using both consumable and non-consumable electrodes connected to two independent power sources. The welded edges are heated by a non-consumable electrode.

Однако данный способ весьма трудоемок, имеет склонность к образованию дефектов и предназначен для сварки стыковых соединений значительной длины (более 100 мм). Использовать известный способ для сварки коротких стыковых соединений деталей из серебра невозможно ввиду его высокой теплопроводности. However, this method is very laborious, has a tendency to form defects and is intended for welding butt joints of considerable length (more than 100 mm). Using the known method for welding short butt joints of parts made of silver is impossible due to its high thermal conductivity.

В авторском свидетельстве СССР N 1186428 предложено для улучшения качества сварного соединения и сокращения длительности подогрева использовать подкладку в качестве подогревателя кромок, выполненную в виде брикета термитной смеси. Предварительный подогрев кромок осуществляют путем поджога подкладки сварочной дугой с одновременным перемещением электрода к кромкам. In the USSR author's certificate N 1186428 it is proposed to use a lining as a termite mixture in order to improve the quality of the welded joint and reduce the duration of heating. The edges are preheated by burning the lining with a welding arc while simultaneously moving the electrode to the edges.

Данный способ также трудоемок и не обеспечивает получения коротких сварных соединений без дефектов, поскольку внешний источник подогрева способен привести к деформации стыка и свариваемых деталей, а также структурным изменениям основного металла. This method is also laborious and does not provide short welded joints without defects, since an external heating source can lead to deformation of the joint and welded parts, as well as structural changes in the base metal.

Проблема качественной сварки коротких стыковых соединений решена в авторском свидетельстве СССР N 846162. В нем предложено выполнять начало и конец сварки на входных и выходных технологических планках, являющихся ограничителями разделки стыков, которые после окончания процесса удаляют вместе с дефектами. Планки выполняют с углублением (выштамповкой), повторяющим конфигурацию разделки, и располагают по торцам свариваемых кромок с обращением в их сторону. Сварку в среде защитного газа начинают у основания углубления входной технологической планки с последующим расплавлением металла торца разделки стыка. Оканчивают сварку на выходной планке. The problem of high-quality welding of short butt joints was solved in the USSR author's certificate N 846162. It proposed to start and end welding on the input and output technological strips, which are the limiters for cutting joints, which are removed together with defects after the end of the process. The planks are made with a recess (stamping) that repeats the configuration of the grooves, and they are placed at the ends of the welded edges with their faces facing. Welding in a shielding gas medium begins at the base of the recess of the input technological strip with subsequent melting of the metal of the butt end of the joint. Finish welding on the output bar.

Данный способ позволяет проводить сварку коротких стыковых соединений, например, длиной стыка 20-30 мм с использованием одного источника энергии. This method allows welding of short butt joints, for example, a joint length of 20-30 mm using a single energy source.

Однако известный способ не предусматривает возможности осуществления подогрева сварных кромок перед сваркой ввиду близкого расположения планок к стыковому соединению. Это обстоятельство не позволяет использовать его для сварки высокотеплопроводных металлов, например, серебра, из-за быстрого расплавления металла планок и стыкового соединения, что способно привести к несплавлению деталей. However, the known method does not provide for the possibility of heating the welded edges before welding due to the close location of the strips to the butt joint. This circumstance does not allow using it for welding highly heat-conducting metals, for example, silver, due to the rapid melting of the metal of the strips and the butt joint, which can lead to the non-fusion of parts.

Задача изобретения - создание технологии сварки коротких стыковых соединений высокотеплопроводных металлов, которая обеспечила бы осуществление сварки таких металлов и получение их сварных швов без дефектов при использовании одного источника энергии. The objective of the invention is the creation of a technology for welding short butt joints of highly heat-conducting metals, which would ensure the welding of such metals and their welds without defects when using a single energy source.

Задача выполнена за счет того, что при сварке коротких стыковых соединений из металлов с высокой теплопроводностью например, серебра или меди, в атмосфере защитного газа, на торцах свариваемых кромок располагают входные и выходные технологические ограничители - пластины, выполненные с углублением, повторяющим конфигурацию торцев разделки и обращенным в их сторону, причем оно выполнено вдоль длины пластин переменного сечения, оканчивающимся на заданном расстоянии от конца пластины, может иметь закругленную форму в периферийной зоне и выполнено с уменьшением глубины в сторону периферийной зоны, перед началом сварки производят косвенный подогрев свариваемых кромок до температуры 0,4 - 0,5 температуры плавления металла, например, серебра, путем многократного возбуждения электродуги на периферийной зоне входной пластины с последующим перемещением дуги к кромкам стыка, их расплавлением и окончанием сварки на выходной пластине. Пластины могут быть выполнены из материала свариваемого соединения и иметь ту же толщину. The task was achieved due to the fact that when welding short butt joints of metals with high thermal conductivity, for example, silver or copper, in a shielding gas atmosphere, input and output technological stops are placed on the ends of the welded edges - plates made with a recess repeating the configuration of the cutting ends and facing them, and it is made along the length of the plates of variable cross-section, ending at a given distance from the end of the plate, can have a rounded shape in the peripheral zone and it is completed with decreasing depth towards the peripheral zone, before welding, the welded edges are indirectly heated to a temperature of 0.4 - 0.5 of the melting temperature of the metal, for example, silver, by repeatedly exciting the electric arc on the peripheral zone of the input plate with the subsequent movement of the arc to the edges of the joint , their melting and the end of welding on the output plate. The plates can be made of the material of the welded joint and have the same thickness.

Технический результат - получение сварных соединении таких высокотеплопроводных металлов, как серебро, без пор, надрывов, трещин и непроваров. EFFECT: obtaining welded joints of such highly heat-conducting metals as silver, without pores, tears, cracks and lack of fusion.

На фиг. 1 представлено конструктивное изображение способа, на фиг. 2 - разрез входной технологической пластины по A-A, на фиг. 3 - разделка кромок пластин (сечение по Y-Y), на фиг. 4 - разрез конструкции после сварки по X-X. In FIG. 1 is a structural view of the method; FIG. 2 is a sectional view of the inlet plate according to A-A, in FIG. 3 - cutting edges of the plates (section along Y-Y), in FIG. 4 - section of the structure after welding according to X-X.

Собранная конструкция перед сваркой включает в себя две стыкуемые между собой детали 1, подлежащие сварке, технологические входную и выходную пластины 2, 3, расположенные по торцам свариваемых кромок 4 и выполненные с углублением 5, повторяющим конфигурацию торцов разделки кромок 4 и обращенным в их сторону. Углубление 5 выполнено вдоль длины пластин 2, 3 переменного сечения с уменьшением глубины в сторону периферийной зоны 6 и окончанием в форме закругления 7 на заданном расстоянии от конца пластин 2, 3. The assembled structure before welding includes two parts 1 that are joined together, to be welded, technological input and output plates 2, 3, located at the ends of the welded edges 4 and made with a recess 5, repeating the configuration of the ends of the cutting edges 4 and facing them. The recess 5 is made along the length of the plates 2, 3 of variable section with a decrease in depth towards the peripheral zone 6 and the end in the form of a rounding 7 at a given distance from the end of the plates 2, 3.

Способ согласно изобретению осуществляют следующим образом. The method according to the invention is as follows.

Собирают конструкцию под сварку стыкуемых деталей 1, изготовленных из высокотеплопроводного металла - серебра. Для этого детали 1 в виде полос после дегазации подвергают разделке их стыков под сварку с получением кромок 4. Предварительно изготавливают из серебра технологические входную и выходную пластины 2, 3 с углублением 5 вдоль их длины, повторяющим конфигурацию торцев разделки кромок 4, выполненным переменного сечения с уменьшением глубины в сторону периферийной зоны 6 и заканчивающимся закруглением 7 на заданном расстоянии от конца пластин 2, 3. По торцам деталей 1 напротив их стыка устанавливают входную и выходную пластины 2, 3 так, чтобы конфигурация их углубления 5 была обращена в сторону кромок 4. Присоединение пластин к стыку деталей осуществляют методом прихваток под сварку. Далее на периферийной зоне 6 входной пластины 2 устанавливают горелку и проводят кратковременное многократное возбуждение электрической дуги. Происходит многократное подплавление пластины, тепло от которой распространяется на свариваемые кромки 4 деталей 1. Операцию подогрева кромок осуществляют до достижения их температуры 500 - 600^oC, что составляет 0,4 - 0,5 температуры плавления серебра. Указанный интервал температур является оптимальным, поскольку при недогреве кромок в сварочном шве образуются непровары, а при перегреве происходит вытекание металла из разделки и процесс сварки нарушается. Поскольку углубление 5 заканчивается закруглением 7 на заданном расстоянии (не менее толщины свариваемых деталей) от конца пластины 2, то это обстоятельство не позволяет при подогреве кромок 4 подплавившемуся металлу вытекать с пластины 2. Кроме того, возбуждение электродуги в периферийной зоне 6 пластины 2 позволяет при каждом ее включении подать значительное количество тепла металлу без его расплавления.Assemble the structure for welding of abutting parts 1 made of highly heat-conducting metal - silver. For this, the parts 1 in the form of strips after degassing are subjected to cutting their joints for welding to produce edges 4. Pre-made from silver are technological input and output plates 2, 3 with a recess 5 along their length, repeating the configuration of the ends of the cutting edges 4, made of variable cross-section with reducing the depth towards the peripheral zone 6 and ending with rounding 7 at a predetermined distance from the end of the plates 2, 3. At the ends of the parts 1 opposite their junction set the input and output plates 2, 3 so that the configuration The area of their recess 5 was turned toward the edges 4. The plates are connected to the joint of parts by tack welding. Next, on the peripheral zone 6 of the input plate 2, a burner is installed and short-term multiple excitation of the electric arc is carried out. There is repeated melting of the plate, the heat from which extends to the welded edges of 4 parts 1. The operation of heating the edges is carried out until they reach a temperature of 500 - 600 ^o C, which is 0.4 - 0.5 of the melting point of silver. The indicated temperature range is optimal, because when the edges are not warmed up, lack of fusion is formed in the weld, and when the metal overheats, the metal flows out of the groove and the welding process is disrupted. Since the recess 5 ends with a rounding 7 at a predetermined distance (not less than the thickness of the parts to be welded) from the end of the plate 2, this circumstance does not allow the melted metal to flow out from the plate 2 when the edges 4 are heated. In addition, the excitation of the electric arc in the peripheral zone 6 of the plate 2 allows each time it is switched on, supply a significant amount of heat to the metal without melting it.

После предварительного подогрева кромок 4 деталей 1 осуществляют их сварку. Процесс проводят в среде инертного газа, например, аргона, на медной подкладке неплавящимся электродом с применением присадки - серебряной проволоки. Для этого электродугу перемещают от периферийной зоны 6 углубления 5 в направлении к стыку кромок 4. Выполнение углубления 5 переменного сечения позволяет при этом перемещении дуги максимально приблизиться к режиму сварки. Процесс заканчивают с полным заполнением разделки кромок 4 на выходной пластине 3. After preheating the edges 4 of the parts 1 carry out their welding. The process is carried out in an inert gas, such as argon, on a copper lining with a non-consumable electrode using an additive - a silver wire. For this, the electric arc is moved from the peripheral zone 6 of the recess 5 in the direction of the joint of the edges 4. The implementation of the recess 5 of variable cross-section allows this arc movement to be as close as possible to the welding mode. The process ends with a complete filling of the cutting edges 4 on the output plate 3.

После окончания сварки и охлаждения на воздухе пластины 2, 3 отрезают по торцам деталей 1. Далее проводят контроль сварного соединения 8 методом цветной дефектоскопии и рентгеновским просвечиванием. After welding and cooling in air, the plates 2, 3 are cut off at the ends of the parts 1. Next, the welded joint 8 is checked by color inspection and X-ray inspection.

Ниже приведен пример осуществления предложенного способа. The following is an example implementation of the proposed method.

Собирали конструкцию под сварку стыкуемых деталей 1, выполненных в виде полос из серебра марки СрМ925. Толщина деталей 7 мм, длина короткого стыка 35 мм. По торцам стыка устанавливали входную и выходную пластины 2, 3 размером 35x25x7. Максимальная глубина углубления 5 равна ширине разделки кромок 4 и составляет 6 мм, а его закругление 7 отстоит от конца пластин 2, 3 на расстоянии 8 мм. Возбуждение электрической дуги начинают на периферийной зоне 6 возле закругления 7 и держат ее на этом месте до образования жидкой фазы, затем перемещают ниже по углублению 5, снова возбуждают дугу до образования жидкой фазы, и процесс возбуждения дуги продолжают до тех пор, пока температура кромок 4 не достигнет 500 - 600^oC. Сварку проводят при режиме: I = 160 - 200 А, V = 10 -12 В, расход инертного газа 10-12 л/мин, на медной подкладке с формированной канавкой. Процесс заканчивают с полным заполнением разделки кромок 4 на выходной пластине 3 на расстоянии от стыка не менее 10 мм.They assembled a structure for welding of abutting parts 1, made in the form of strips of silver grade СРМ925. The thickness of the parts is 7 mm, the length of the short joint is 35 mm. At the ends of the joint, the input and output plates 2, 3 were installed with a size of 35x25x7. The maximum depth of the recess 5 is equal to the width of the cutting edges 4 and is 6 mm, and its rounding 7 is spaced from the end of the plates 2, 3 at a distance of 8 mm. The excitation of the electric arc begins in the peripheral zone 6 near the curve 7 and holds it in this place until the formation of the liquid phase, then it moves down the recess 5, the arc is again excited until the formation of the liquid phase, and the process of arc excitation continues until the temperature of the edges 4 does not reach 500 - 600 ^o C. Welding is carried out under the following conditions: I = 160 - 200 A, V = 10 -12 V, inert gas consumption 10-12 l / min, on a copper lining with a formed groove. The process ends with a complete filling of the cutting edges 4 on the output plate 3 at a distance from the joint of at least 10 mm

Анализ проведенного контроля сварного соединения 8 показал на отсутствие в нем дефектов: непроваров, надрывов, пор, трещин. The analysis of the control of the welded joint 8 showed the absence of defects in it: lack of penetration, tears, pores, cracks.

Claims

1. A method of welding short butt joints mainly from metals with high thermal conductivity in a shielding gas atmosphere, comprising placing at the ends of the welded edges of the input and output technological limiters for cutting the joints, each of which is made in the form of a plate with a recess repeating the configuration of the cutting end and turned into it side, the implementation of the start of the welding process at the input limiter and its end at the output, characterized in that the deepening of each of the plates perform an alternating sections with the placement of its peripheral zone at a predetermined distance from the end of the plate, while before starting the welding, the edges to be welded are indirectly heated to a temperature of 0.4 - 0.5 of the melting temperature of the metal being welded by repeatedly exciting an electric arc on the peripheral zone of the inlet plate recess, and the process welding begins by subsequent movement of the arc to the edges of the joint and their melting.

2. The method according to claim 1, characterized in that silver or copper is used as the metals to be welded.

3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the plates are made of the material of the welded joint.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the plates are made with a thickness equal to the thickness of the welded joint.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the recess of each plate is performed with a decrease in cross section in the direction of its peripheral zone.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the peripheral zone of the recess is rounded.