автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Прессовая сварка с нагревом дугой, перемещающейся в магнитном поле, стержней встык

\

г. " >

- ^ »

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ Ингхитут электросварки,, им, Е. О. Патона

» На правах рукописи

т

К А Ч И Н С К И Й Владимир Станиславович.

УДК 621.791.75:621.3.013

ПРЕССОВАЯ СВАРКА С НАГРЕВОМ ДУГОЙ, ПЕРЕМЕЩАЮЩЕЙСЯ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ, СТЕРЖНЕЙ ВСТЫК • ,

ч * ' / •

05.03.05— ' Технология и машины сварочного производства

. к • - . - • ~7

- ' АВТОРЕФЕРАТ /

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук~~

Киев 1995 - "

. - !

Работа выполнена б Институте Электросварки иы.Е.О.Патона HAU Украины •' / 4

Научный руководитель академик HAH Украины

. '' профессор Кучук-Яценко СЛ1.

- ___

^Официальные оппоненты доктор технических наук

профессор Заруба И.И. кандидат технически наук - • ■ • доцентуСыроватка в.В.

Ведущее предприятие - АО "Автоагрегат" г.Краснодон

— - I .

Направляет Вам для'ознакомления автореферат диссертации инженера Качикекэго В.С/ Просим Вас и сотрудников- Вгшего учреждения принять участие в заседании специализированного совета или прислать сбои отзывы (1 экз., заверенный печатью) по адресу: 2526130, Кигв-5, ГСП, ул.Бохенко; 11, ученому секретарю спецсовета,' »

Зацита состоится

на .заседании

специализированного совета (К 50.62.02) при Институте, электрос-. варки им.Е.О.Патона. , ; .

С диссертацией могло ознакомиться S научно-технической библиотеке института. - i,

Автореферат разослан

1995 т. .

Ученый секретарь специализированного'' совета доктор техн.наук " А.А.Бондарев

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. АННОТАЦИЯ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В различных отраслях промышленности и строительстве находят применение конструктивные элементы, представляющие собой неразъемные стыковые соединения стержней и других деталей с компактными сплоиными сечениями. Для получения стыковых соединений применяют различные методы сварки. Широкое применение при сварке стержней встык диаметром более е£0 т получили сварка трением и контактная стыковая сварка (КСС). Однако, для них существуют .определенные ограничения, связанные с громоздкость«) оборудования, интенсивным разбрызгиванием жидкого металла, искро-образованием в процессе сварки, существенным расходом металла на оплавление и осадку. '

Высокая эффективность прессовой сварки с нагревом дугой, пе-реуепшгакейся в магнитном поле (ШД) сварка тонкостенных труб, имеэдей ряд новых технических возможностей (относительно небольшое время сварки, концентрированный нагрев, минимальные припуски на оплавление и осадку, высосая производительность, особенно при массовом производстве), дала толчок к расширению ее области применения. Принципиально новым направлением в развитии ПМД сварки стаи работа по сварке деталей с компактными сплошными сечениями.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Определение основных параметров режима и разработка технологического процесса сварки Стержней на базе исследований динамики леремещения дуги, управляемой внешним магнитный полем. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи.

1. Исследование распределения индукции магнитного поля в пространстве зазора ыехду торцами деталей сплошного сечения.

2. Исследование динамики перемещения дуги в зависимости от величины и направления составляющих индукции магнитного поля.

3. Изыскание способов и разработка оптимального программного управления перемещением дуги под действием магнитного поля.

4. Исследование формирования температурного поля в процессе нагрева стержней. . : . ; ' .

5. Исследование распределения жидкогорасплава по поверхностям нагрева и формирования соединений. ■'-'^"-'^Ч

г»

- -

б. Разработка технологии ШД сварки стержней и определение возможных пределов изменения параметров режима сварки, обеспечивающих получение качественных соединений стержней.,

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. 1. Доказано/ что взаимодействие радиальной составляющей тока с постоянной по направлению аксиальной составляющей индукции управляющего магнитного поля (УШ) создает силу, смещающую дугу к кромкам торцов стержней, в еону максимального значения радиальной составляющей индукции УШ.

2. Установлена принципиальная возможность перемещения столба ■ дуги в зазоре из центральной части сечения торцов' к периферийной части и в обратном направлении за счет управления величинами аксиальной и радиальной составляющих индукции УШ.

3. Предложено распределять индукцию магнитного поля в зазоре таким образом, что отсутствует отрешение дуги после ее возбуждения сместиться к осевой линии торцов стержней.

4. Разработка программного УШ позволило добиться устойчиво- -го процесса нагрева торцов стержней и качественного формирования сварных соединений.

5. Результаты научных исследований позволили разработать принципиально ноьый технологический процесс сварки ферромагнитных сталей диаметром 01О+25мм.

На защиту выносятся следующие положения работы.

1. Методика исследований поведения дуги в пространстве зазора между торцами деталей сплошного сечения.

2. Определяющее' влияние а'ссиалыюй составляющей индукции магнитного поля на смещение дуги к кромкам торцов стержней.

3. Необходимость создания программного УШ в пространстве зазора с целью осуществлений заданного сканирования движущейся дуги.

4. Необходимость перемещения дуги по кромкам торцов стершей для получения требуемого нагрева стыкуемых поверхностей.

5. Особенности формирования соединений стержней, полученных методе;.! пвд сварки с программным УШ.

6. Области практического применения разработанной технологии сварки.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. В основу исследований работы следует отнести разработку и изготовление комбинированного устройства ввода магнитного поля, измерения распределения индукции магнитного поля в пространстве зазора с помощью тесламетра 43205. Изучение следов, оставляемых активными пятнами дуги на поверхностях

нагрева, измерения фотоэлектрическим способом скорости перенесения дуги по кромкам торцоз деталей, измерения температуры поверхностей нагрева с помощью хромель-алюмелевых термопар, использование оптической и растровой микроскопии, рентгеноструктурного н шифорентгеноспектрального анализов, различных стандартных методов определения прочностных свойств сварных соединений.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. На основании проведенного комплекса исследовательских и экспериментальных работ разработана технология прессовой стыковой сварки деталей с компактными сплошными сечениями. По контрактам с АО "ABTCGA3", г.Запоротае и АО "АВТОАГРЕГАТ", г.Краснодон разработаны технологии ГЛАД сварки различных автомобильных деталей. Сварены опытно-промышленные партии, которые сейчас проходят испытания.

Разработанная новая технология сварки мелет найти применение в мапиностроении, автомобилестроении, инструментальном производстве и др.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ, основные положения работы докладывались на научно-техническом совете ИХ им.Е.О.Патона (1990 г.).

Диссертационная работа в целом обсуждалась на технологическом семинаре ИХ им.Е.О.Патона (1995 г.).

ПУБЛИКАЦИЯ. Основные идеи работы отражены в 6 авторских свидетельствах.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка использованной литературы. Работа содержит 165 страниц, в том числе 105 страниц машинописного текста, 118 рисунков, 3 таблицы, списка основной использованной /итературы, включающего 107 наименований.

ВО ВВЕДЕШЬ обоснована актуальность выполненной работы, сформулированы научная новизна полученных результатов, положения выносимые на защиту.

В'ПЕРВОЙ ГЛАВЕ на основе литературных данных проведен анализ возможных способов стыковой сварки компактных деталей, гаеюпщх сплошное сечение, обоснована целесообразность применения метода ПМД сварки, сформулированы цель и задачи исследований.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ описаны экспериментальная установка, устройства ввода магнитного поля, методика измерений и результаты исследований распределения индукции магнитного поля и скорость перемещения дуги. Определено влияние составляющих индукции магнитного поля и других параметров режима сварки на динамику пере-

метения дуги. Обосновано создание программного УШ1. оСеспечнза»-щее получение стабильного нагрева и полного обновления окисленной поверхности металла перед осадкой.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ изложены особенности влияния программируемого нагрева торцов стержней, на формирование сварного соединения. Представлены результаты измерений распределения температурного поля по поверхностям нагрева и проведенных металлографичесгак исследований.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ описаны особенности технологии сварга стержней методом ПОД сварки с программный УМП. Определены основные требования, предъявляемые к сварочному оборудованию.

В ОСНОВНЫХ ВЫВОДАХ кратко сформулированы результаты работа.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Высокая эффективность ПМД сварки тонкостенных труб дала толчок к расширению ее области применения. В настоящее время известным способом сваривают полые детали встык. При этом сварка возможна только лишь, деталей с толщиной стенки до б мы. Связано это с тем, что на перемещение активных пятен дуги накладываются ограничения, обусловленные тем, что размеры кромок свариваемых деталей должны быть соизмеримы с размерами активных пятен столба дуги. При этом характер и направление перемещения дуги заранее обусловлены распределением индукции внешнего управляющего магнитного поля и формой поперечного сечения трубчатых деталей. В случае, когда размеры кромок деталей превышают размеры активных пятен дуги, известный способ ПМД сварки теряет свои эффективность.

Принципиально новым направлением в развитии ПМД сварки стало проведение исследовательских и экспериментальных работ по сварке компактных деталей сплошного сечения.

Особенностью ПМД сварки является существование внешнего магнитного поля в зоне горения дуги, без которого процесс невозможен. Для устойчивого горения дуги требуется создание определенного распределения индукции магнитного поля. Для измерения распределения индукции магнитного поля использовали тесламетр 43205. С целью точного измерения, было изготовлено специальное устройство, позволившее плавно перемещать 2 щупа, с размещенными в них датчиками Холла, в осевом, горизонтальном и вертикальном направлениях в пространстве зазора. Ввод магнитного поля в пространство зазора осуществлялся с помощью 2 комбинированных устройств, магнитные потоки которых были направлены встречно. Конструктивно каждое ив

устройств состоит из постоянного магнита и катушки электромагнита, что позволило путем пропускания незначительной величины тока через катушки электромагнитов изменять распределение индукции магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами. Питание электромагнитов осуществлялось от 2 источников тока П133.

Отсутствие публикаций о проведении работ по исследованию распределения индукции УМП в пространстве зазора между торцами стержней определило для экспериментов широкое поле деятельности.

Главная задача состояла в том, чтобы изыскать способы управления дугой, позволяющие перемешать дугу по всей площади поперечного сечения стержней.

Измерения распределения индукции магнитного поля показали, что при использовании коаксиально расположенных магнитов, создаю-сцм встречно-симметричные магнитные потоки, значительное влияние на смещение дуги в область осевой линии торцов стержней оказывает градиент распределения радиальной Вр составляющей индукции магнитного поля, увеличивод-'щийся от осевой линии к кромкам торцов стержней (рис.1). На дугу действует сила, направленная по радиусу к осевсй линии торцов стержней, где и происходит ее горение после возбуждения. При этсм распределение тепловой энергии дуги по торцам деталей происходит неравномерно, с больсей плотностью сварочного тока, по гораздо меньшей площади свариваемого сечения. Применение симметрично-радиального УМП нецелесообразно использовать при ПМД сварке стержней встык.

По материалам публикаций известно, что дуга устойчиво перемещается по торцам труб в зоне максимального значения радиальной составляющей индукции УМП.

Стало очевидно, что начальная часть исследований должна свестись к тому, чтобы сразу после возбуждения посредством создания асскметричного распределения магнитного поля (рис.2), сместить дугу к кромкам торцов стержней и заставить ее там перемег даться. Перемещение дуги по кромкам представляет интерес в связи с тем, что при таком перемещении происходит равномерное распределение энергии дуги по торцач, с меньшей плотностью сварочного тока. по гораздо бояьаей площади свариваемого сечения,чем занимают активные пятна дуги.

С технологической точки зрения рассредоточенное выделение энергии, осуществляет более равномерный нагрев свариваемых торцов стержней, чем при перемещен™ дуги в центральной части торцов.

- о -

Ср.иТ

100

£0

Ю

40

т

О 2 4 с 8 10 12 14 гг.ии

Ркс. 1. Распределение радиальной Вр соста&кледой I магнитного поля в пространстве зазора йс-гэду стер.у.ней (е2?.>».!), при зазоре: 1 - 2>5Лч; 2 -З.Бм.ч; 4 - 4им.

¡иду кц.;,; торца-,!,; Ж.!; 3 -

Во.нТ |

"Д. I'.

:оэ I—1-

200 ц

100

Ы:

л=г

-л*.

О 2 4 С 3 10 12 14 а^и

Распределение аксиальной составляющей Ва 1шдусц;:л магнитного поля в пространстве зазора 'нейду ториал;: стержней 5- 1,4мм и магнитодвилусей илы со стороны катода: 1 - 315А; 2 - 173Л; 3 - 245А; 4- 206А; 5 -184Л; б - ¡07А.

С этой целью били проведены исследования по определенна Молния величины распределения а'ссиаяьной составляющей Ва щшующ магнитного поля и ее направления со стороны катода или анода ¡'^ дннзмшсу перемещения дуги в зазоре мезду торцами стержней.

Проанализируем влияние Ва, направленну!о на сварочную дугу со стороны катода. Индукция аксиальной составляющей Ва магнитного полл направлена по оси проводишь с тотем, однага совпадение исок линий тиса с ' осью проводишь следует рассматривать как частом-} кдеашгый случай. Прзотнчески всегда имеется радиальная составленная тока Гр, взатгадействующая с что является причиной появления силы Г|ь, оказывающей определяющее влияние на характер рге-щоння дуги к кромкам торцов стерглей (рпс.З).

Рис. 3. Схема создания силы, окаэишюяей определяющее влияние на характер смещения дуги к кромкам торцов стеркней.

.При преобладании Ва со стороны анода перемещение дуги носит хаотический характер. Отсутствует ярко выраженное смещение активных пятен дуги к кромкам торцов стержней.

Большое влияние, на характер смещения аотивных пятен дуги, оказывает величина зазора между торцами стержней.- При зазоре 5-1,2мм и 1(1-250А, Ва-СООмТ. Вр-90мТ, дуга после смещения к кронам торцов стержней оставляет широкий непрерывно-оплавленный

след, т.к. столб дуги при смещении сжат за счет малых размеров зазора. После выхода наружу и перемещении по кромсал! стержней, следы активных пятен дуги становятся уже, приблизительно в 10 раз. Как показали измерения, скорость перемещения дуги прп этом достигает Vd-QOM/c. что можно связать с нахождением дуги в области достаточно большой величины радиальной составляющей Вр индукции магнитного поля.

Небольная величина зазора 5~1,2 мм не оказывает в начальной стадии процесса отрицательного влияния на устойчивость перемеце- с-ння дуги по кромкам торцов стержней.

При увеличении зазора до 6-1,5мм, можно наблюдать следы, оставленные анодным и катодным пятнами при скачкообразной смещении дуги к кромкам. Увеличение зазора меняет форму смещения дуги. Под действием внешнего отклоняющего магнитного поля происходит перемещение катодного потока плазмы, смещенного относительно противостоящего ему анодного потока плазмы. Достигнув анода, катодный поток плазмы образует новое анодное пятно, следом происходит смещение катодного пятна. Анодное и катодное пятна стремятся расположиться друг против друга.

Доказано, что след оставляемый дугой на торцач стержней после смещения к кромкам, может иметь оазличные формы и быть связанным с величиной'и направлением Ва, электрическими и тепловыми процессами в местах горения дуги, шероховатостью обработки поверхности торцов стержней.

До недавнего времени считалось, что дуга, при ПМД сварке, после возбуждения смещается на внутренние кромки труб или к осевой линии торцов стержней, что не всегда положительно сказывается на процесс сварки и качество формирования сварного соединения. В ходе исследований предложено распределять индукции магнитного поля Ва от 400мТ до 230мТ, Вр-100мТ при котором отсутствует стремление дуги после ее возбуждения сместиться к осевой линии торцов стержней или на внутренние кромки торцов труб. Столб дуги при этом изогнут в противоположную сторону от геометрической оси свариваемых деталей.

Однако, при неизменном в процессе сварки распределении Ва и Вр индукции магнитного поля через 1,5...2с происходит увеличение напряжения на дуге и обрыв дуги.

Для дальнейшего прохождения ПВД сварки стержней были разработаны и апробированы различные схемы процесса и выбрана наиболее

оптимальная программа изменения магнитного поля. В пространство зазора между собранными под сварку деталями создается программное управляющее магнитное поле, состоящее из аксиальной Ва и радиальной Вр составляющих магнитной индукции. После возбуждения дуги при ГЩ сварке с УМ! происходит смещение дуги на кромки торцов стержней. Процесс нагрева свариваемых торцов происходит при перемещении дуги по их кромкам в зоне с повышенным значением радиальной составляющей Вр индукции магнитного поля, что обеспечивает устойчивое, со скоростью до 105 м/с, перемещение дуги. Перед осадкой деталей производится уменьшение величины атональной Ва и радиальной Вр составляющих индукции УШ до заданных величин. Луга смещается к центру торцов стержней. Последующее увеличение атональной составляющей Ва индукции УМП приводит к скачкообразно^' смещения дуги к кромкам торцов стержней, а одновременное увеличение сварочного тока - к интенсивному обновлен™ свариваегых поверхностей. Затем производится осадка стержлой.

Исследование свариваемости стержней методом ГМЦ сварки позволили расширить применение способа на сварку пластин. Особенность разработанной схемы заключается в отсутствии на гаэнцах свариваемых пластин фотоэлектрических или сенсорных датчиков. Это значительно упростило технологию сварки. Перемещение дуги в зазоре между торцами пластин внешне подобно возвратно-поступательно;^ движению. Дуга по достижении ютнцов деталей под воздействием У! Л поворачивает и начинает перемещаться в обратном направлении.

Применение програ^'ого УШ позволило получить: устойчивый процесс нагрева торцов о„ерянеи, интенсивное обновление сваривае-!!ых поверхностей, нагретых до состояния пластичесгай деформации, и, как следствие, формирование качественных соединений, рассматриваемое ниже.

При ПУЛ сварке тонкостенных труб существуют ограничения, связанные с тем, что поперечные размеры свариваемых деталей должны быть соизмеримы с размерами активных пятен дуги. Тем самым можно допустить, что мощность, выделяемая активными пятнами дуги, равномерно распределяется - по толщине стенок свариваемых труб в процессе перемещения дуги.

Совершенно иная картина при ПМД сварке стержней. Возьмем, к примеру, стержень 022мм. К концу нагрева ширина катодного и анодного пятен приблизительно одинаковая и составляет 2,9мм. Актнвнг-з пятно дуги в процессе нагрева охватывает 25% площади по-

перечного сечения стеркня. Соединение при таком нагреве необходимо сформировать по всей поверхности торцов стержней, что является одной из особенностей ПМД сварки стерклей встык с программные УМГ1. В данном случае ми имеем существенное отличие процесса .нагрева торцов при ПМД сварке стержней от процессов нагрева при ПМД сварке труб, контактной стыкоьой сваркл оплавлением и сварки сопротивлением, где нагрев свариваемых торцов труб или стержней происходит практически с,'.повременно по всей поверхности поперечного сечения деталей.

Для определения характера нагрева дутой торцов стержней провели измерения распределения температуры в процессе ЩЩ сварки стержней с программным УМП.

Измерение температуры поверхности, нагреваемой дугой, связано со сложными явлениями, возникающими при теплообмене мэкду чувствительным элементом, объектом измерения (нагреваемыми поверхностями) и окружающей средой. Поверхность нагреваемых торцов стержней представляет собой границу раздела двух сред с резко различающимися тепловыми свойствами. При этом вблизи поверхностей нагрева обычно возникает большие градиенты температур, что существенно затрудняет точное измерение ее температуры. В данном случае, гаэгда термоприемник одной стороной касается поверхности, температуру которой необходимо измерить, а с другой стороны подвержен влипни,о воздуха, тепловое влияние которого неизбежно пска-гсает результаты измерений, .было принято вводить рабочие 1сопиы термопар в тело стержней и зачеканивать их там. В этом случае исследуемые стержни состояли из двух половинок.

Измерения температуры поверхностей торцов стержней, нагреваемых перемещающейся дугой проводили в следующей последовательности. Вначале было измерено распределение температуры при горении дуги в области осевой линии, затем при перемещении по кромкам торцов стержней.

При горении дуги в центре торцов уже через Зс после начала процесса нагрева в центре достигается температура плавления металла, при этом на кром1сах торцов температура значительно ниже. Металлографические исследования подтвердили неравномерность нагрева торцов стерлшей. Ширина оплавленного слоя в основном 0,063+0,136мм. У выплавленной лунки ширина увеличивается до 1мм.

При перемещении дуги по кромкам торцов стержней на расстоянии £■ -1мм наблюдается разброс температуры в точках измерения. В

начальной стадии нагрева температура кромок плоскости стерж::?н несколько выше, чем в объемах, расположенных внутри сечения образца. В процессе нагрева температура по сечен/» образца выравнивается, после чего температура в объемах, расположенных внутри образца, возрастает немного быстрее в течении последующей стадии нагрета. Более низкая температура объемов, размеренных на кремкач плоскости стержней, объясняется интенсивной поверхностной теплоотдачей в воздух. С увеличением расстояния от коти термопары до нагреваемой плоскости стержня, температуры в четырех объемах отличались друг о? друга е предела'. 1С0°С, в течение всего процесса нагрева.

Установлено, что при перемещен;;;; дуги по ,".ром,".а>( торцоз стержней участок перегрева с грубой структурой образуется в месте горения дуги. На основании проведенных исследований доказано, что перемещение дуги по крсш:&м стержней ила вно-аним кромки» труб позволяет получать равномерный нагрев торцов стер.'.ней.

Ссрмир-овьлис СО'гДИИеНИЙ ПрИ П.'Л СЁ&рКС, К2К И При ДРУГИХ прессовых способа: сварки, происходит посредством деформации поверхностей деталей нагретых до пластического состояния. Равномерный нагрев торцов стержней является основном. но нед&статг/'кв"; условием дли армирования качественного соединения. При НМД сварке стержней сзг;:Т:а:е с г. •'.',:!;, правило, не используется, что ::г.иво;:;;т к скисленн;о нагреваем:;/ терцев стержней !спслородсм воздуха и сбразсзачня в процессе сварки оксидной пленки. С коиезд» ГР-'Л сварки можно согд- /словил нагрева с высокими градиентами температурного поля. При этея сохранятся <Ап'л гашюдериости, присущие всем видал прессовой сварка. Главной же спе-щ:>ичоской осс&шксстоп для каждой разновидности яалязотся условия удаления оксидов, яаходяглхся на терца/, пагревгекчх дстллзй. Предотвратить окисление можно двумя путями, лгвестал'н из опыта сварки давлением- 1. Застить нагреваемые поверхности доталс-Я от окисления (сварка а твердой федо) или 2. Перемести сгзгелеииуй металл з ксе состояние. Для Сормировалия ссединений при св-рке згя сбз пркс-ка в принципе могут Сыть кспольсозаки.

При разработке представленной технологии 1ГДЛ евгрка, яссло-дова<ия проводились без использования аалдткых гялов, предотвра-егг^'у. окисление нагреваемых поверхностей. . Данный вибор Сил сделан преднамеренно с целью -/продения технологии ПМД сварка стержней. '

Принято считать, что при ПМД сварке механизм Формирования соединений такой же, как прй любых методах прессовой сварки, где имеет место плавление торцов (контактная оплавлением, высокочастотная). Опыт ПМД сварки труб подтверждает этот вывод. Качественная сварка труб обеспечивается без какой-либо газовой защиты при условии, что частота вращения дуги в момент перед осадкой выбрана такой, что слой расплава в любой точке на поверхности торцов не успевает закристаллизоваться за интервалы времени при прохождении дуги через эти участки. При этом неизменно выдерживается условие, что диаметр пятна дуги соизмерим с толщиной стенки трубы.

При сварке деталей сплошного сечения, как следует из вышесказанного, такие условия нагрева перед осадкой в принципе можно обеспечить для центрального и периферийного участков торцов шириной до Змм, за счет программного управления перемещением дуги. На промежуточном участке трудно обеспечить строго ориентированное движение дуги.

Термопары устанавливали как со стороны катода, так и со стороны анода. Нагрев катода и анода был практически одинаков, что является одним из факторов, позволяющих получать качественные сварные соединения.

В связи с тем, что активные пятна дуги при нагреве составляют след, занимающий лишь 25Х от общей площади поперечного сечения торца стержня были проведены так же металлографические исследования. Их цель состояла в том, чтобы определить наличие жидкого расплава на поверхности торцов стержней. Получены следующие результаты. Слой расплавленного металла узкий и неравномерный, ширина от 0,11 ым в центральном участке до О,26мм на периферии. На промежуточном участке между центром и периферией обнаружены только следы движения дуги, толщина слоя 0,01+0,05 мм. Структура характерна для литого металла.

При кратковременном, 1-0,05+0,1с смещении дуги к центру перед форсировкой, структура металла подобна структуре без кратковременного смещения.

Экспериментально установлено, что при программном перемещении столба дуги из центральной части сечения образцов на периферийную удается на образцах диаметром до 030мм обеспечить требуемую частоту прохождения дуги на центральном и периферийном участках, обеспечивающих удаление расплава в жидком состоянии. При этом в пространстве зазора между деталями в результате интенсивного

испарения металла создается естественная газовая аалщткаа срояа, препятствующая окислению участков, . не подвергавгшся иагрззу дугой. На этих участках формирование соединения происходя? в твердой фазе, без каких-либо дефектов.

Узкая З.Т.В., по сравнению с КОС позволяет производить осадку, без упора на ограничение хода подвижной плиты сварочной установки. Этим достигается удаленна из осин ссэдгаэпга слоя ргсплаз-летгаго металла на поверхности тсрцов деталей н формировало з отдельных случаях соединений без участка перегрева а ЗТВ.

Таким образом, глубокая, локальнач деформация прихонтегсткых слоев металла является одним из ватаейгих условий формирования качественных соединений, получаемых прессовыми способам:! (контакт нач , холодная сварка, а ташиз ШД сварка).

В целом основу технологии ГЩ сварки стерлюей состшша разработка программного УШ, при котором в процессе сварки кгиюшз величш1у иагнитной индукции, осуществляя пэремецелиэ дуга по поверхностны торцов стержней.

В процессе проведения работы были определены основные параметры режима ПОД сварки, влияияие па качество сварного соединения, это,- величина сварочного тока 1с!,А; греит 1,с проходдепгл сварочного цикла; напряжение на дуге Щ.В; величина шшуюш !магнитного поля В.мТ; размер зазора 3,ш мевду торцами поверхностей негрева стержней; давление осадки РдЛа; величина осадки Цш.

Разработана технология сварки углеродистой, низколегированной и легированной сталей.

Подготовлены технические данные на установку для ГВД сварки стержней диаметром 010+25 мы. (

ОВДЯЕ БШОДЫ.

1. Известные способы управлешш движением дуги не позволяют создать требуемые условия нагрева при сварке деталей сплспкого сечения.

2. Взаимодействие радиальной составляющей тока ,1р с постоянной по направлению аксиальной составляющей Ва индукции УМП создает силу Рва. смещающую дугу к кромкам торцов стержней, в зону максимального значения радиальной составляющей индукции УШ.

3. Разработаны способы управления дугой по всей площади поперечного сечения в связи с тем, что размеры торцов деталей сплошного сечения превышают размеры активных пятен дуги. Это поз-

вопило установить принципиальную возможность перемещения столба дуги в зазоре из центральной части сечения торцов к периферийной л в обратном направлении за счет управления величинами Вр в пределах 35+110 мТ; Ва в пределах 10+400 мТ.

4. При перемещении дуги в пространстве зазора по торцам стержней наблюдаются скачкообразные следы, оставляемые анодным и катодным пятна)«!. Под действием внешнего магнитного поля происходят перемещение катодного потока плазмы смешенного относительно анодного потока плазмы. Отмечено скачкообразное опережение в процессе движения одного активного пятна дуги другим.

5. Предложено распределять индукцию магнитного поля в пространстве зазора Ва от 400мТ до 230мТ, Вр-100мТ при котором отсутствует стремление дуги после ее возбуждения сместиться к осевой линии торцов стержней или на внутренние кромки торцов труб. Столб дуги при этом, изогнут в противоположную сторону от геометрической оси свариваемых деталей..

6. Разработка программного управляющего магнитного поля позволило добиться устойчивого процесса нагрева торцов стержней, путем чередования в определенной последовательности периодов горения дуги в центральной и периферийной части сечения деталей. Требуемый нагрев стыкуемых поверхностей достигается при перемещении дуги по кромкам торцов стержней.

7. В процессе лагрева участок перегрева с грубой структурой образуется в местах горения дуги. Как установлено, область участка крупного зерна,. расположенная на кромках, выдавливается в наружное усиление и грат, а сварное соединение формируется за счет участка мелкого зерна.

8. Установлено, что формирование соединений в центральной и периферийной части сечения деталей происходит через слой расплавленного металла, а на участке между ними в твердой фазе. Последнее обусловлено наличием в пространстве зазора между деталями за-, щитной газовой среды, генерируемой при испарении металла, дугой, движущейся по периферийной части сечения, перед осадкой.

9. Результаты научных исследований позволили разработать технологию сварки стержней диаметром 0Ю+25мм сталей ВСТЗ,20;40; 45; 35ХГФ; ЗОХМА, что позволит использовать разработанный способ сварки в автомобильной промышленности, инструментальном производстве и др. областях промышленности.

Основные идеи диссертации опубликованы в следующих работах.

1. A.c. 1766637 СССР, В 23 К 9/08. Способ сварки дугой, вра-цаощейся в магнитном поле/ В.Ю.Игнатенко, С.И. Кучук-Яцеико, П.В.Кузнецов, В.С.Качинский. - Опубл.07.10.92, ЕШ.Н37.

2. A.c. 1718460 СССР, В 23 К 9/08. Способ терыопрессосой сварки с нагреЕои дугой, управляемой магнитны» полем /В.С.Качинс-кий, С.И.Кучук-Яценко, П.В.Кузнецов, В.Ю.Игнатенко. -

3. Патент 1833060 Россия, В 23 К 9/08. Способ сварки

/В.С.Качинскпи, С.И.Кучук-Яценко, П.В.Кузнецов, В.Ю.йгнагегко -Опубл.30.08.S3. EM.N32.

4. Патент 5117084 ОНА, В 23 К 9/08. Способ сварки дугой,движущейся в магнитном поле./В.Ю.Игнатенко, С.И.Кучук-Яцешсо, П.В.Кузнецов, В.С.Качинский/

5. Патент 94128093 Украина, В 23 К 9/08. Способ евзркт! дугой, врада»щейся а магнитном поле/В.Ю.Нгнатенко, С.И.Кучук-Яцеп-(со, B.C.Каминский/.

6. Патент 94128С94 Украина, В 23 К 9/03. !'?ллша для прессовой сварки с нагревом дугой, управляемой магнитным полем. /С.I!. Кучук-Яценко. В.Г. Крисышо, С.Л.Головчеш-л, В.С.¡Сачпнскнн.

ЛЛЧИК! ВКЛАД АВТОРА. В [1] обоснована вознсхность применен:'..! споссоа для сварки стертлей. В [2] предложена идея создания управляющего, магнитного поля с постоянным по направлению аксиальной составляющей инду|щии ы"иитпого поля, с цельп радиального смещения дуги в пространстве зазора торцов деталей сплопного сечения. В [33 разработана технология сварки деталей силосного сечения. В [4] предложено производить увеличение сварочного тиса по достита-шш напряжения на дуге заданного миндального значения. В [5] предложено производить осадку деталей, после того, как напряженно на дуге увеличится а 1,3+1,9 раза по сразнешзэ с напряжением на дуге перед увеличением саерочного тс:сл. В [6] обоснованы требования к установке с целью ее использования для сварги деталей сплошного сечения.