Устранение подрезов при ЭЛС со сквозным и несквозным проплавлением
Рассмотрены некоторые особенности формирования кратера и сварочной ванны при электронно-лучевой сварке титанового сплава ВТ20 толщиной 17 мм со сквозным и несквозным проплавлением в различных пространственных
 положениях. Приведены схемы сварки и режимы, обеспечивающие бездефектное формирова...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101706 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Устранение подрезов при ЭЛС со сквозным и несквозным проплавлением / Л.А. Кравчук // Автоматическая сварка. — 2010. — № 6 (686). — С. 26-29. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860238233627000832 |
|---|---|
| author | Кравчук, Л.А. |
| author_facet | Кравчук, Л.А. |
| citation_txt | Устранение подрезов при ЭЛС со сквозным и несквозным проплавлением / Л.А. Кравчук // Автоматическая сварка. — 2010. — № 6 (686). — С. 26-29. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Рассмотрены некоторые особенности формирования кратера и сварочной ванны при электронно-лучевой сварке титанового сплава ВТ20 толщиной 17 мм со сквозным и несквозным проплавлением в различных пространственных
положениях. Приведены схемы сварки и режимы, обеспечивающие бездефектное формирование лицевого и обратного
валиков шва.
Some peculiarities of formation of crater and weld pool in through and incomplete penetration electron beam welding of
17 mm thick titanium alloy VT20 in different spatial positions are considered. Welding schemes and parameters providing
the defect-free formation of the face and reverse weld beads are given.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:26:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.72
УСТРАНЕНИЕ ПОДРЕЗОВ ПРИ ЭЛС СО СКВОЗНЫМ
И НЕСКВОЗНЫМ ПРОПЛАВЛЕНИЕМ
Л. А. КРАВЧУК, канд. техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Рассмотрены некоторые особенности формирования кратера и сварочной ванны при электронно-лучевой сварке тита-
нового сплава ВТ20 толщиной 17 мм со сквозным и несквозным проплавлением в различных пространственных
положениях. Приведены схемы сварки и режимы, обеспечивающие бездефектное формирование лицевого и обратного
валиков шва.
К л ю ч е в ы е с л о в а : электронно-лучевая сварка, титано-
вые сплавы, электронный пучок, схема сварки, сварочная
ванна, дефекты, кратер, лицевой и обратный валики шва
Принцип бездефектности ответственных конст-
рукций в авиационной и космической промыш-
ленности подразумевает также получение качес-
твенных сварных соединений, формируемых при
электронно-лучевой сварке (ЭЛС) без подрезов
по обеим сторонам шва. Упомянутые дефекты не
допустимы, поскольку приводят к резкому сни-
жению работоспособности сварных соединений.
Проблема устранения подрезов на лицевом и об-
ратном валике шва особенно актуальна при сварке
титановых сплавов.
Известно, что подрезы на лицевом и обратном
валиках шва устраняют путем специальной под-
готовки свариваемых стыков с технологическим
утолщением 2…3 мм, которое после сварки уда-
ляют механическим способом [1].
В настоящей работе с целью исключения под-
резов изучено формирование швов при ЭЛС со
сквозным и несквозным проплавлением жароп-
рочного псевдоα-сплава титана ВТ20 толщиной
δ = 17 мм в различных пространственных поло-
жениях. Выбор сплава ВТ20 в качестве объекта
исследований обусловлен тем, что он широко при-
меняется при производстве сварных конструкций.
Химический состав сплава ВТ20 согласно
ГОСТ 23755–79 включает, мас. %: 5,5…7,5 Al;
0,5…2,0 Mo; 0,8…1,8 V; 1,5…2,5 Zr. Регламен-
тируемые примеси имеют следующее содержание,
мас. %: 0,18 [O2]; 0,05 [N2]; 0,015 [H2].
Проплавление и сварку встык пластин сплава
ВТ20 размером 17 100 330 мм осуществляли на
установке КЛ-138 с компьютерным управлением
конструкции ИЭС им. Е. О. Патона с энергети-
ческим комплексом на базе ЭЛА-60/60 и элект-
ронно-лучевой пушкой (ЭЛП), которая переме-
щается внутри вакуумной камеры по линейным
координатам x, y, z. Собранные встык пластины
фиксировали короткими прихватками с обеих сто-
рон аргонодуговой сваркой, а затем их устанав-
ливали в сварочно-сборочное приспособление.
Выбраны следующие пространственные схемы
сварки (рис. 1):
1 — нижнее положение (вертикальный элек-
тронный пучок), при котором направление силы
тяжести расплавленного металла в кратере и элек-
тронного пучка совпадают; ЭЛП перемещается по
координате y–y;
2 — вертикальное положение (горизонтальный
электронный пучок), при котором направление
силы тяжести перпендикулярно оси электронного
пучка; ЭЛП перемещается по координате y–y;
3 — вертикальное положение (горизонтальный
электронный пучок), при котором направление
силы тяжести перпендикулярно оси электронного
пучка и совпадает с направлением переноса рас-
плавленного металла в кратере; ЭЛП перемеща-
ется снизу вверх по координате z–z;
4 — вертикальное положение (горизонтальный
электронный пучок), при котором направление
силы тяжести перпендикулярно оси электронного
пучка и против направления переноса расплав-
ленного металла в кратере; ЭЛП перемещается
сверху вниз по координате z–z.
Фокусировка электронного пучка на поверх-
ности свариваемых пластин, совмещение элект-
© Л. А. Кравчук, 2010
Рис. 1. Схема сварки в нижнем (1), горизонтальном (2) и вер-
тикальном (3, 4) положениях: 1–4 — см. в тексте
26 6/2010
ронного пучка со стыком, визуализация процесса
ЭЛС при выполнении чистки околошовной зоны
маломощным остросфокусированным электрон-
ным пучком и короткими прихватками осущес-
твляли автоматически по программе с помощью
системы «Растр-6» во вторично-эмиссионном
изображении [2], которая обеспечивала точность
совмещения не хуже 0,1 мм и увеличение объекта
наблюдения в 5 раз. Контроль фокусировки по
четкости изображения на мониторе системы «Рас-
тр-6» проверяли визуально по яркости свечения
круговой развертки электронного пучка диамет-
ром dкруг = 5 мм с током пучка Iп = 10 мА на
медной пластине. Расхождение сравниваемых зна-
чений тока фокусировки при рабочем расстоянии
от среза пушки до пластины lраб = 200 мм сос-
тавило ±1 мА на уровне Iф = 550 мА, что вполне
приемлемо для практического применения.
Выбор скорости сварки сплава ВТ20 толщи-
ной 17 мм со сквозным проплавлением за один
проход и формированием лицевого и обратного
валиков шва является отправной точкой иссле-
дований. Нами установлено, что при скорости
сварки vсв = 100 м/ч (27,8 мм/с) обратный валик
формируется без подрезов, на лицевом валике
подрезы минимальные. По мере увеличения ско-
рости сварки расширяется область оптимальных
значений токов электронного пучка и фокусиров-
ки, а геометрия проплавления от клиновидной
приближается к цилиндрической.
Для получения швов с параллельными стен-
ками и создания условий по выходу газов нашли
применение различные технологические развер-
тки электронного пучка — по окружности, эл-
липсу, продольная, поперечная, по дуге и др. [3,
4]. Из всех типов разверток нами применена по-
перечная, в которой локальные колебания элек-
тронного пучка происходят по пилообразному за-
кону. При амплитуде поперечных колебаний
пучка A = 0,6 мм и частоте колебаний по пило-
образному закону F = 500 Гц получен лицевой
валик шва, выполненного на сплаве ВТ20, с ми-
нимальными подрезами.
При ЭЛС остросфокусированным электрон-
ным пучком без разделки кромок максимально
достижимая глубина проплавления при толщине
образцов до 40 мм практически одинакова и не
зависит от силы тяжести Fтяж расплавленного ме-
талла шва и ориентации стыка в пространстве [5].
При стыковых соединениях со сквозным проп-
лавлением титана за один проход для бездефек-
тного формирования обратного валика шва зна-
чение тока электронного пучка устанавливается
в диапазоне Iп = (1,75…2,0)I0, где I0 — ток пучка,
при котором появляются первые признаки сквоз-
ного проплавления [6].
На основании изложенных выше предпосылок
отработан режим ЭЛС для всех четырех прост-
ранственных положений, который затем не из-
менялся: ускоряющее напряжение Uуск = 60 кВ;
Iп = 350 мА; vсв = 30 мм/с; Iф = 553 мА; lраб =
= 200 мм; A = 0,6 мм; F = 500 Гц.
Проведенный металлографический анализ
сварных соединений сплава ВТ20 со сквозным
проплавлением позволил выявить некоторые осо-
бенности. Как видно, на поперечных макрошли-
фах, формирование обратного валика шва при
ЭЛС вертикальным электронным пучком в ниж-
нем положении сопровождается образованием
подрезов и занижений до 0,3 мм (см. рис. 2, а),
которые в связи с нехваткой металла космети-
ческим заглаживанием не удаляются; лицевой ва-
Рис. 2. Макроструктуры ( 3,7) сварных соединений сплава ВТ20 (δ = 17 мм) (вверху) и формирование обратного валика шва
( 15) (внизу): а — сварка в нижнем положении; б — горизонтальным пучком, ЭЛП перемещается по горизонту; в — то же
снизу вверх; г — то же сверху вниз
6/2010 27
лик шва формируется с превышением над повер-
хностью пластины до 2,5 мм и выравнивается пу-
тем повторного косметического прохода.
При ЭЛС горизонтальным электронным пуч-
ком с перемещением ЭЛП по горизонту (коор-
дината y–y) обратный валик шва формируется без
подрезов (см. рис. 2, б), а на лицевом валике по
обеим сторонам шва образуются подрезы глуби-
ной до 0,15 мм, которые заглаживаются при пов-
торном косметическом проходе.
При ЭЛС горизонтальным электронным пуч-
ком с перемещением ЭЛП по координате z–z сни-
зу вверх (см. рис. 2, в) и сверху вниз (см. рис. 2,
г) лицевой и обратный валики шва формируются
без подрезов; при необходимости они заглажи-
ваются повторным косметическим проходом.
Таким образом, исходя из требований к фор-
мированию бездефектных сварных соединений
титанового сплава ВТ20 толщиной 17 мм со сквоз-
ным проплавлением для промышленного произ-
водства можно рекомендовать схемы сварки го-
ризонтальным электронным пучком при переме-
щении ЭЛП снизу вверх, сверху вниз и по го-
ризонту (координата y–y) без механической об-
работки обратного валика шва, ограничиваясь
только косметическим проходом.
Визуальное наблюдение процесса формирова-
ния кратера и сварочной ванны при ЭЛС гори-
зонтальным электронным пучком в случаях, когда
сила тяжести Fтяж расплавленного металла и пе-
ренос расплава в зону кристаллизации совпадают
(ЭЛП перемещается снизу вверх) или направлены
против друг друга (ЭЛП перемещается сверху
вниз), позволило выявить отличия. Как показано
на рис. 3, длина сварочной ванны Lв при движении
ЭЛП снизу вверх намного превышает длину сва-
рочной ванны Lн при движении ЭЛП сверху вниз,
т. е. Lв >> Lн. Это значит, что продолжительность
существования сварочной ванны в сравниваемых
схемах аналогичная и определяется в первом
приближении из соотношения tсв = L/vсв, где L —
длина сварочной ванны.
Для более детального исследования процесса
ЭЛС и подтверждения правомерности соотноше-
ния Lв >> Lн проведено видеонаблюдение с по-
мощью системы «Растр-6» и специальной компь-
ютерной программы, позволяющей запоминать
процесс формирования кратера и сварочной ван-
ны во времени. При перемещении ЭЛП снизу
вверх схлопывания кратера не происходит, а жид-
кий металл сварочной ванны регулярно перено-
сится в зону кристаллизации (рис. 4, а). При пе-
ремещении ЭЛП сверху вниз формируется ква-
зистационарная сварочная ванна, а жидкий металл
удерживается от выливания силами поверхност-
ного натяжения и давлением паров в канале проп-
лавления (рис. 4, б). Из приведенных видеома-
териалов по формированию кратера и сварочной
ванны видно, что соотношение Lв >> Lн выпол-
няется, при этом различие в длине сварочной ван-
ны может быть в несколько раз.
Направление силы тяжести расплавленного ме-
талла и перенос металла в зону кристаллизации так-
же существенно влияют на формирование усиления
шва (лицевой валик) и образование подрезов при
ЭЛС титановых сплавов горизонтальным пучком
с несквозным проплавлением. Серия сварок по сты-
ку и проплавления по сплошному металлу на ти-
тановом сплаве ВТ20 (δ = 17 мм) показала, что
Рис. 4. Видеоизображение кратера и сварочной ванны при ЭЛС горизонтальным пучком сплава ВТ20 (δ = 17 мм): а, б — см.
на рис. 3
Рис. 3. Схема формирования кратера и сварочной ванны в
случае ЭЛС горизонтальным пучком при перемещении ЭЛП
снизу вверх (а) и сверху вниз (б)
28 6/2010
при ЭЛС горизонтальным пучком по схеме снизу
вверх с изменением скорости сварки в диапазоне
vсв = 8…32 мм/с и сохранением постоянства по-
гонной энергии электронного пучка q/v высота ли-
цевого валика шва и глубина подрезов по обеим
сторонам шва увеличиваются по линейному закону;
с повышением скорости сварки ширина лицевого
валика уменьшается нелинейно и стабилизируется
при vсв = 24 мм/с (рис. 5).
В случае ЭЛС горизонтальным пучком с нес-
квозным проплавлением сплава ВТ20 (δ = 17 мм)
по схеме сверху вниз с изменением скорости свар-
ки (vсв = 8…32 мм/с) и сохранением постоянства
погонной энергии q/v лицевой валик формируется
регулярно и равномерно по всей длине шва с не-
большим усилением и без подрезов (рис. 6).
Таким образом, при ЭЛС титанового сплава
ВТ20 горизонтальным пучком с несквозным проп-
лавлением формирование сварных соединений без
подрезов на лицевом валике шва достигается
только при использовании схемы сверху вниз.
Этот технологический прием рекомендуется при-
менять в промышленном производстве в случаях,
когда механическая обработка лицевого валика
шва не допустимы.
Следует отметить, что все сваренные образцы
и макеты изделий из сплава ВТ20 (δ = 17 мм)
со сквозным проплавлением на приведенном вы-
ше режиме ЭЛС прошли рентгеновский контроль.
Дефектов в виде пустот, пор, подрезов и несп-
лавлений не обнаружено. Бездефектное форми-
рование сварных соединений титанового сплава
ВТ20 (δ = 17 мм), полученных ЭЛС со сквозным
проплавлением, достигается при схеме сварки го-
ризонтальным электронным пучком с перемеще-
нием ЭЛП снизу вверх, сверху вниз и по го-
ризонту. Таким образом, рекомендованные схемы
сварки и разработанные режимы ЭЛС титанового
сплава ВТ20 позволяют исключить механическую
обработку лицевого и обратного валиков шва.
1. Stocker G. Erfahrungen beim Elektronenstrahlschweissen
dickwandiger Bauteile aus der Titanlegierung Ti–6Al–4V
gegluеht // Schweissen und Schneiden. — 1974. — 26, № 9.
— S. 91–93.
2. Компьютерное управление процессом электронно-луче-
вой сварки с многокоординатными перемещениями
пушки и изделия / Б. Е. Патон, О. К. Назаренко, В. М.
Нестеренков и др. // Автомат. сварка. — 2004. — № 5. —
С. 3–7.
3. Wiesner P., Ehrhard H. Elektronenstrahlschweissen mit
strahlpendeln // Zis Mitteilungen. — 1983. — 25, № 1. —
S. 17–28.
4. Friedel K. P., Arata Y. Preliminary evaluation of root defects
elimination methods in partial penetration EB welding //
Proc. Intern. cоnf. welding research 1980’s, Oct. 27–29,
1980, Osaka, Session F. — Osaka, 1980. — P. 7–12.
5. Особенности электронно-лучевой сварки в различных
пространственных положениях / Б. Е. Патон, О. К. Наза-
ренко, В. Е. Локшин, К. С. Акопьянц // Автомат. сварка.
— 1972. — № 6. — С. 1–4.
6. Нудельман Я. Б., Задерий Б. А. Формирование швов при
электронно-лучевой сварке сплавов титана толщиной до
25 мм // Там же. — 1988. — № 5. — С. 29–30.
Some peculiarities of formation of crater and weld pool in through and incomplete penetration electron beam welding of
17 mm thick titanium alloy VT20 in different spatial positions are considered. Welding schemes and parameters providing
the defect-free formation of the face and reverse weld beads are given.
Поступила в редакцию 16.12.2009
Рис. 6. Макроструктуры ( 8) сварных соединений сплава
ВТ20 с несквозным проплавлением и лицевым валиком шва:
а, б — ЭЛС горизонтальным пучком по схеме снизу вверх
соответственно при vсв = 8 и 32 мм/с; в — сверху вниз, vсв =
= 8 мм/с
Рис. 5. Зависимость глубины подреза S = f(vсв) (1), усиления
лицевого валика h = f(vсв) (2) и ширины шва B = f(vсв) (3) от
скорости сварки
6/2010 29
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101706 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:26:45Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кравчук, Л.А. 2016-06-06T18:19:49Z 2016-06-06T18:19:49Z 2010 Устранение подрезов при ЭЛС со сквозным и несквозным проплавлением / Л.А. Кравчук // Автоматическая сварка. — 2010. — № 6 (686). — С. 26-29. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101706 621.791.72 Рассмотрены некоторые особенности формирования кратера и сварочной ванны при электронно-лучевой сварке титанового сплава ВТ20 толщиной 17 мм со сквозным и несквозным проплавлением в различных пространственных
 положениях. Приведены схемы сварки и режимы, обеспечивающие бездефектное формирование лицевого и обратного
 валиков шва. Some peculiarities of formation of crater and weld pool in through and incomplete penetration electron beam welding of
 17 mm thick titanium alloy VT20 in different spatial positions are considered. Welding schemes and parameters providing
 the defect-free formation of the face and reverse weld beads are given. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Устранение подрезов при ЭЛС со сквозным и несквозным проплавлением Removal of undercuts in EBW with through and incomplete Penetration Article published earlier |
| spellingShingle | Устранение подрезов при ЭЛС со сквозным и несквозным проплавлением Кравчук, Л.А. Научно-технический раздел |
| title | Устранение подрезов при ЭЛС со сквозным и несквозным проплавлением |
| title_alt | Removal of undercuts in EBW with through and incomplete Penetration |
| title_full | Устранение подрезов при ЭЛС со сквозным и несквозным проплавлением |
| title_fullStr | Устранение подрезов при ЭЛС со сквозным и несквозным проплавлением |
| title_full_unstemmed | Устранение подрезов при ЭЛС со сквозным и несквозным проплавлением |
| title_short | Устранение подрезов при ЭЛС со сквозным и несквозным проплавлением |
| title_sort | устранение подрезов при элс со сквозным и несквозным проплавлением |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101706 |
| work_keys_str_mv | AT kravčukla ustraneniepodrezovpriélssoskvoznymineskvoznymproplavleniem AT kravčukla removalofundercutsinebwwiththroughandincompletepenetration |