RU2574544C2

RU2574544C2 - Press cold welding

Info

Publication number: RU2574544C2
Application number: RU2013147247/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Кучук-Яценко; Владимир Станиславович Качинский; Михаил Павлович Коваль
Original assignee: Институт электросварки им. Е.О. Патона национальной академии наук Украины
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2016-02-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in construction of small- and large-diameter pipelines, for welding of the parts with solid and developed cross-section and for jointing parts to tee-irons controlled by magnetic field. To get the weld, shrinkage is performed by multiple oncoming displacement of one part relative to the other. Arc space is closed and the weld is produced through the fused metal ply depth by the preset number of oncoming displacements at the speed of at least 20 mm/s.

EFFECT: higher quality of the welds owing to high stability of initial welding and uniform heating of the weld edges.

Description

Предлагаемый способ является одним из способов прессовой сварки, при котором источником нагрева свариваемых деталей является сварочная дуга, управляемая магнитным полем, и может быть использован в таких отраслях народного хозяйства, как автомобилестроение, строительство водонагревательных котлов, промышленное и гражданское строительство, при сооружении трубопроводов с применением труб малого и среднего диаметра, для сварки деталей со сплошным и развитым сечением, а также для соединения деталей в тавр.The proposed method is one of the methods of press welding, in which the source of heating of the parts to be welded is an arc controlled by a magnetic field, and can be used in such sectors of the economy as automotive, construction of water heating boilers, industrial and civil engineering, in the construction of pipelines using pipes of small and medium diameter, for welding parts with a solid and developed cross-section, as well as for connecting parts to brands.

Известен способ сварки дугой, управляемой магнитным полем, при котором для повышения качества полученных сварных соединений, используют сигналы звуковой частоты, генерируемые при перемещенных сварочной дуги по торцам свариваемых деталей. В процессе движения дуги характер, частота и сила звука изменяются, сигнал расходимости полученных характеристик звука с заранее известными и заданными используется как критерий регулирования силой сварочного тока, напряжением дуги и величиной промежутка между свариваемыми деталями (ГДР, "Schweistechnik," №6, 1980 г.).A known method of welding by an arc controlled by a magnetic field, in which to improve the quality of the welded joints, use the sound frequency signals generated when the welding arc is moved along the ends of the parts to be welded. During the movement of the arc, the nature, frequency and strength of the sound change, the divergence signal of the obtained sound characteristics with previously known and specified is used as a criterion for regulating the welding current, arc voltage and the gap between the welded parts (GDR, "Schweistechnik," No. 6, 1980 .).

Недостатком этого способа является сложность реализации системы управления, низкая вероятность повтора системы с учетом акустических свойств помещения, где функционирует система управления и свойств измерительной аппаратуры, которая используется.The disadvantage of this method is the difficulty of implementing the control system, the low likelihood of a system repeat taking into account the acoustic properties of the room where the control system and the properties of the measuring equipment that is used are functioning.

Также известен способ управления процессом сварки дугой, управляемой магнитным полем с подсчетом энергии, которая использована на нагрев деталей (ZIS - Mitteilungen №10, 1982 г. Стр. 1051-1055). Способ управления качеством осуществляют в следующем алгоритме.Also known is a method of controlling the welding process by an arc controlled by a magnetic field with energy calculation, which is used to heat parts (ZIS - Mitteilungen No. 10, 1982, pp. 1051-1055). The quality management method is carried out in the following algorithm.

Обработанные и преобразованные сигналы сварочного тока и напряжения в процессе нагрева деталей поступают в вычислительное устройство, где они накапливаются, и рассчитывается электрическая мощность, выделяемая на кромках свариваемых деталей. Дискретность поступления преобразованных сигналов составляет 0,1 сек.The processed and converted signals of the welding current and voltage during heating of the parts are fed to a computing device, where they are accumulated, and the electric power released at the edges of the parts being welded is calculated. The resolution of the converted signals is 0.1 sec.

В процессе нагрева выполняют приведение электрической мощности, которая выделяется на кромках деталей, к тепловой энергии нагревания. Накопленный эквивалент энергии анализируется в ЭВМ и по мере достижения предварительно рассчитанного значения, служит параметром управления процессом нагрева. Система управления анализирует соответствие накопленной энергии эталонному значению. При отклонении накопленного значения от эталонного более чем на 10%, выполняется отбраковка полученного с нарушениями технологии соединения.In the process of heating, the electric power, which is released on the edges of the parts, is brought to the thermal energy of heating. The accumulated energy equivalent is analyzed in a computer and, as a preliminary calculated value is reached, it serves as a parameter for controlling the heating process. The control system analyzes the compliance of the stored energy with the reference value. If the accumulated value deviates from the reference value by more than 10%, rejection of the connection technology obtained with violations is performed.

Недостатком этого способа является то, что в процессе нагрева сварочный ток и напряжение дуги не являются постоянными, их значение в значительной степени зависят от положения дуги относительно сечения свариваемых деталей. Опытным путем установлено, что напряжение дуги изменяется в течение всего цикла сварки. Это изменение напряжения в течение цикла сварки имеет характерную зависимость.The disadvantage of this method is that during the heating process, the welding current and arc voltage are not constant, their value largely depends on the position of the arc relative to the cross section of the parts being welded. It has been experimentally established that the arc voltage varies throughout the entire welding cycle. This change in voltage during the welding cycle has a characteristic relationship.

В ходе лабораторных исследований установлено, что на начальном этапе перемещения дуги по кромкам деталей (это касается деталей с трубчатым сечением) дуга перемещается с внешней на внутреннюю кромку. При этом отклонение напряжения дуги может достигать 20% от значения, устанавливаемого в момент начала стабильного движения дуги по торцам изделий. Также установлено, что качество полученных соединений в значительной степени зависит от положения дуги в процессе нагрева относительно кромки сечения свариваемых деталей. Таким образом, при одном и том же значении затраченной энергии на достижение пластического состояния деталей качество полученных соединений может иметь значительные разногласия с прогнозируемыми значениями.In the course of laboratory studies, it was found that at the initial stage of the movement of the arc along the edges of the parts (this applies to parts with a tubular section), the arc moves from the external to the internal edge. In this case, the voltage deviation of the arc can reach 20% of the value set at the time of the beginning of the stable movement of the arc along the ends of the products. It was also established that the quality of the joints obtained largely depends on the position of the arc during heating relative to the cross-sectional edge of the parts to be welded. Thus, for the same amount of energy expended to achieve the plastic state of the parts, the quality of the resulting compounds may have significant differences with the predicted values.

Прототипом заявленного изобретения принят способ прессовой сварки, при котором нагревают свариваемые детали, при этом определяют момент достижения деталями необходимой температуры нагрева на торцах деталей и выполняют осадку путем проведения многократных встречных движений соединяемых деталей, встречные движения повторяют через промежутки времени, в течение каждого из которых получается заданная скорость сближения деталей, после чего она снижается до нуля и выполняется повторное сближение, а частота поступательных движений за весь период осадки поддерживается на уровне не ниже 10 Гц (Патент на изобретение №100278 «Способ прессовой сварки», Кучук-Яценко С.И., Качинский B.C., Коваль М.П., 10.12.2012).The prototype of the claimed invention adopted a method of press welding, in which the parts to be welded are heated, the moment the parts reach the required heating temperature at the ends of the parts is determined and the draft is performed by conducting multiple counter motions of the parts to be joined, the counter motions are repeated at time intervals, during each of which it turns out the specified speed of approach of parts, after which it decreases to zero and re-approach is performed, and the frequency of translational movements per weight precipitation period is maintained at a level no lower than 10 Hz (Invention patent №100278 «press welding process" Kuciuk-Jatsenko SI Kachinskii B.C., Koval MP, 10.12.2012).

Способ сварки, который выбран в качестве прототипа, осуществлялся следующим образом. Опытным путем определяют необходимую продолжительность нагрева деталей, после его прохождения, увеличивают сварочный ток (форсирование) и включают устройство, выполняющее осадку (деформация деталей).The welding method, which is selected as a prototype, was carried out as follows. Empirically determine the necessary duration of heating the parts, after it has passed, increase the welding current (boost) and turn on the device that performs the draft (deformation of the parts).

Недостатком данного способа сварки является невозможность получения устойчивого формирования сварного соединения, которая становится причиной значительных отклонений качественных параметров полученных соединений, которые определяются путем проведения механических испытаний.The disadvantage of this welding method is the impossibility of obtaining a stable formation of the welded joint, which becomes the cause of significant deviations in the quality parameters of the obtained joints, which are determined by mechanical testing.

Кроме того, на характер формирования сварного соединения, а соответственно и на механические свойства, значительно влияет продолжительность фазы формирования соединения после нагрева.In addition, the duration of the joint formation phase after heating significantly affects the nature of the formation of the welded joint, and, accordingly, the mechanical properties.

В основу изобретения положена задача повышения качества сварных соединений.The basis of the invention is the task of improving the quality of welded joints.

Суть изобретения в том, что после выполнения нагрева деталей выполняют осадку путем проведения многоразовых встречных движений деталей, которые свариваются, встречные движения повторяют через промежутки времени, в течении которого достигается заданная скорость сближения деталей, а частота поступательных движений за весь период осадки поддерживается на уровне не ниже 10 Гц, согласно изобретению осадку выполняют путем проведения многоразовых встречных движений одной детали относительно другой детали, которые свариваются, при этом закрытие дугового зазора и формирование сварного соединения на толщину слоя расплавленного металла достигается заданным количеством встречных движений со скоростью не ниже 20 мм/с. Данная скорость перемещения обусловлена необходимостью предотвращения образования термических дефектов материала шва.The essence of the invention is that after the heating of the parts is carried out, the draft is carried out by conducting repeated oncoming motions of the parts that are welded, the oncoming motions are repeated at intervals during which a predetermined rate of convergence of the parts is achieved, and the frequency of translational movements for the entire period of settlement is not maintained below 10 Hz, according to the invention, the draft is carried out by conducting repeated oncoming movements of one part relative to another part, which are welded, while closing The elimination of the arc gap and the formation of a welded joint to the thickness of the molten metal layer is achieved by a predetermined number of oncoming movements with a speed of at least 20 mm / s. This speed of movement is due to the need to prevent the formation of thermal defects of the weld material.

Способ осуществлялся следующим образом. Вначале детали устанавливают в устройствах удержания деталей сварочной машины вплотную (без зазора). С началом сварочного цикла детали автоматически разводятся на промежуток, при котором падение напряжения на сварочной дуге будет равно заранее установленному.The method was carried out as follows. First, the parts are installed in the devices for holding the parts of the welding machine closely (without a gap). With the beginning of the welding cycle, the parts are automatically bred into the interval at which the voltage drop across the welding arc will be equal to the pre-set one.

После возбуждения сварочная дуга начинает перемещаться по кромкам свариваемых деталей под воздействием магнитодвижущей силы, созданной магнитной системой сварочной машины.After excitation, the welding arc begins to move along the edges of the parts being welded under the influence of the magnetomotive force created by the magnetic system of the welding machine.

В момент, который определяется программно, выполняется форсирование сварочного тока. После конца форсирования включается устройство осадки, которое выполняет программно заданное количество встречных движений свариваемых деталей со скоростью не ниже 20 мм/с.At the moment that is determined by software, the welding current is forced. After the end of forcing, the upsetting device is turned on, which performs a software-defined number of oncoming movements of the welded parts with a speed of at least 20 mm / s.

Испытания сваренных деталей происходило в соответствии с существующими нормами и правилами.Testing of welded parts took place in accordance with existing norms and rules.

Анализ сварных соединений, выполненных с применением прототипа и предлагаемого способа показал, что качество соединений, выполненных предложенным способом, выше в сравнении с прототипом.Analysis of welded joints made using the prototype and the proposed method showed that the quality of the joints made by the proposed method is higher in comparison with the prototype.

Предложенный способ обладает следующими по сравнению с прототипом преимуществами:The proposed method has the following compared with the prototype advantages:

1. Высокая стабильность процесса нагрева на начальной стадии.1. High stability of the heating process at the initial stage.

2. Стабильно равномерный нагрев кромок изделий по всей площади сечения.2. Stably uniform heating of product edges over the entire cross-sectional area.

3. Стабильное перемещение дуги.3. Stable arc movement.

4. Низкие требования к подготовке торцов свариваемых деталей (на перетекание процесса мало влияют наличие ржавчины, масел, грязи и неровности сечения).4. Low requirements for the preparation of the ends of the parts to be welded (the flow of the process is little affected by the presence of rust, oil, dirt and roughness of the cross section).

Claims

The method of press welding, including heating the parts to be welded by an arc controlled by a magnetic field, determines the moment when the parts reach the required heating temperature at their ends and upset by performing repeated counter-motions of the parts to be welded, the counter-movements being repeated at intervals, during which the specified the speed of convergence of the parts, and the frequency of translational movements for the entire period of precipitation is maintained at a level not lower than 10 Hz, characterized in that yayut through reusable parts opposing movements with an amplitude corresponding to the arc gap, thus closing the gap and forming an arc welded joint to the thickness of the molten metal layer reach a predetermined amount of oncoming traffic at a rate not lower than 20 mm / s.