Электронно-лучевая сварка измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора
Рассмотрен выбор энергетических и временных параметров электронного пучка при электронно-лучевой сварке плоской измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора из коррозионностойкой нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Приведены схема сварки в общем вакууме, сварочно-сборочное устройство и режим...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102919 |
| 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: | Электронно-лучевая сварка измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора / В.М. Нестеренков, Л.А. Кравчук // Автоматическая сварка. — 2011. — № 10 (702). — С. 36-39. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102919 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Нестеренков, В.М. Кравчук, Л.А. 2016-06-13T03:54:28Z 2016-06-13T03:54:28Z 2011 Электронно-лучевая сварка измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора / В.М. Нестеренков, Л.А. Кравчук // Автоматическая сварка. — 2011. — № 10 (702). — С. 36-39. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102919 621.791.72.039. Рассмотрен выбор энергетических и временных параметров электронного пучка при электронно-лучевой сварке плоской измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора из коррозионностойкой нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Приведены схема сварки в общем вакууме, сварочно-сборочное устройство и режимы, обес- печивающие формирование нахлесточных и кольцевых швов с допустимыми искажениями геометрических размеров газового канала и герметичности. The paper considers selection of power and time parameters of the electron beam for electron beam welding of a flat measuring chamber of the magnetic-pneumatic gas analyser made from corrosion-resistant stainless steel 12Kh18N10T. The flow diagram of welding in general vacuum is presented. A welding-assembly device is described, and parameters providing formation of overlap and circumferential welds with permissible distortions of geometric sizes of the gas channel and vacuum-tightness are given. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Электронно-лучевая сварка измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора Electron beam welding of measuring chamber of magnetic-pneumatic gas analyzer Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Электронно-лучевая сварка измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора |
| spellingShingle |
Электронно-лучевая сварка измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора Нестеренков, В.М. Кравчук, Л.А. Производственный раздел |
| title_short |
Электронно-лучевая сварка измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора |
| title_full |
Электронно-лучевая сварка измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора |
| title_fullStr |
Электронно-лучевая сварка измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора |
| title_full_unstemmed |
Электронно-лучевая сварка измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора |
| title_sort |
электронно-лучевая сварка измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора |
| author |
Нестеренков, В.М. Кравчук, Л.А. |
| author_facet |
Нестеренков, В.М. Кравчук, Л.А. |
| topic |
Производственный раздел |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Electron beam welding of measuring chamber of magnetic-pneumatic gas analyzer |
| description |
Рассмотрен выбор энергетических и временных параметров электронного пучка при электронно-лучевой сварке плоской измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора из коррозионностойкой нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Приведены схема сварки в общем вакууме, сварочно-сборочное устройство и режимы, обес- печивающие формирование нахлесточных и кольцевых швов с допустимыми искажениями геометрических размеров газового канала и герметичности.
The paper considers selection of power and time parameters of the electron beam for electron beam welding of a flat measuring chamber of the magnetic-pneumatic gas analyser made from corrosion-resistant stainless steel 12Kh18N10T. The flow diagram of welding in general vacuum is presented. A welding-assembly device is described, and parameters providing formation of overlap and circumferential welds with permissible distortions of geometric sizes of the gas channel and vacuum-tightness are given.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102919 |
| citation_txt |
Электронно-лучевая сварка измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора / В.М. Нестеренков, Л.А. Кравчук // Автоматическая сварка. — 2011. — № 10 (702). — С. 36-39. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT nesterenkovvm élektronnolučevaâsvarkaizmeritelʹnoikamerymagnitopnevmatičeskogogazoanalizatora AT kravčukla élektronnolučevaâsvarkaizmeritelʹnoikamerymagnitopnevmatičeskogogazoanalizatora AT nesterenkovvm electronbeamweldingofmeasuringchamberofmagneticpneumaticgasanalyzer AT kravčukla electronbeamweldingofmeasuringchamberofmagneticpneumaticgasanalyzer |
| first_indexed |
2025-11-25T23:52:41Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:52:41Z |
| _version_ |
1850588715419697152 |
| fulltext |
УДК УДК 621.791.72.039
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ СВАРКА
ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ КАМЕРЫ
МАГНИТОПНЕВМАТИЧЕСКОГО ГАЗОАНАЛИЗАТОРА
В. М. НЕСТЕРЕНКОВ, д-р техн. наук, Л. А. КРАВЧУК, канд. техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Рассмотрен выбор энергетических и временных параметров электронного пучка при электронно-лучевой сварке
плоской измерительной камеры магнитопневматического газоанализатора из коррозионностойкой нержавеющей
стали 12Х18Н10Т. Приведены схема сварки в общем вакууме, сварочно-сборочное устройство и режимы, обес-
печивающие формирование нахлесточных и кольцевых швов с допустимыми искажениями геометрических размеров
газового канала и герметичности.
К л ю ч е в ы е с л о в а : электронно-лучевая сварка, нержа-
веющая сталь, нахлесточное соединение 0,2+1,0 мм, погон-
ная энергия сварки, сборочно-сварочное приспособление,
схема сварки, герметичность, деформации
В 1970 г. фирма «SIEMENS» (ФРГ) начала серийно
выпускать магнитопневматический газоанализатор
типа OXYMAT [1], в состав которого входит плос-
кая измерительная камера из коррозионностойкой
нержавеющей стали. Она состоит из основания с
пазами в виде листа толщиной S = 1,0 мм размером
164×52 мм, верхней и нижней пластин из фольги
толщиной S = 0,2 мм, двух штенгелей и двух нип-
пелей (рис. 1). Конструктивные особенности ка-
меры заключаются в том, что штенгели и ниппели
приваривают к верхней пластине кольцевыми
швами, а верхнюю и нижнюю пластины — к ос-
нованию линейными нахлесточными швами. При
разработке технологии электронно-лучевой свар-
ки измерительной камеры отечественного газоа-
нализатора, применяемого для атомных электрос-
танций, необходимо учитывать, что искажение
геометрических размеров газового канала в виде
волнистостей, провисания и выпучивания верхней
и нижней пластин допускается не более 0,1 мм,
а спад давления на уровне 0,59⋅103 Па за 30 мин
не допускается совсем.
Сварку применительно к измерительной камере
производят для герметизации внутреннего объема
и установки ниппелей и штенгелей. Как показано
на рис. 1, продольные и поперечные линейные швы
выполнены с отступом от края пазов примерно на
1 мм. Швы проходят по всей длине изделия и пе-
ресекаются, благодаря чему увеличивается жест-
кость конструкции и исключаются закругления.
Поскольку ширина швов на прототипе составила
0,23…0,25 мм, можно предположить, что в дан-
ном случае применили электронно-лучевую или
лазерную сварку.
По условиям работы измерительная камера га-
зоанализатора должна быть немагнитной, корро-
зионностойкой и вакуумно-плотной.
Этим требованиям может соответствовать аус-
тенитная хромоникелевая тонколистовая сталь
12Х18Н10Т (ГОСТ 5632–72). Однако ее понижен-
ная теплопроводность и высокий коэффициент
линейного расширения обусловливают усиленное
коробление свариваемых конструкций и узлов.
Для обеспечения минимальных послесварочных
деформаций и стойкости против образования кри-
сталлизационных трещин, а следовательно, уме-
ньшения перегрева металла околошовной зоны,
необходимо выбирать режим с наименьшей по-
гонной энергией [2].
Как показано в работе [3], при электронно-
лучевой сварке непрерывным электронным пуч-
© В. М. Нестеренков, Л. А. Кравчук, 2011
Рис. 1. Схема измерительной камеры магнитопневматическо-
го газоанализатора типа OХYМАТ: 1 — основание; 2 —
верхняя пластина; 3 — нижняя пластина; 4 — ниппель; 5 —
штенгель; 6 — нахлесточные сварные швы
36 10/2011
ком листов из ковара и стали 12Х18Н10Т тол-
щиной 0,3 мм погонная энергия
q ⁄ v = ηиUускIп
⁄ vсв [Дж/м] (где ηи — КПД элект-
ронного нагрева, для стали 12Х18Н10Т он равен
0,8; Uуск — ускоряющее напряжение, кВ; Iп —
ток электронного пучка, мА; vсв — скорость свар-
ки, м/с) в диапазоне ускоряющего напряжения
20…70 кВ сохраняется постоянной. Исследова-
ние характера зависимостей q/v = f(vсв) и B = f(vсв)
показало, что при Uуск = 60 кВ минимальная по-
гонная энергия достигается при скорости сварки
vсв = 40 мм/с, а ширина шва B = 0,25 мм. Для
нахлесточного соединения тонкая пластина-основа-
ние 0,2 + 1,0 мм из стали 12X18Н10Т значение
электронного пучка на изделие, обеспечивающее
глубину проплавлення hпр = 0,3 мм, составило Iп =
= 2,1 мА. Погонная энергия сварки на режиме
Uуск = 60 кВ, Iп = 2,1 мА, vсв = 40 мм/с равнялась
q/v = 2,52 кДж/м.
Отработку режимов электронно-лучевой свар-
ки нахлесточных соединений тонкая пластина-ос-
нование 0,2 + 1,0 мм из стали 12Х18Н10Т про-
изводили на лабораторной установке ОБ-1803 с
модернизированной электронно-лучевой колон-
ной ПЛ-102*. Электронная пушка триодного типа
с прямонакальным термокатодом из вольфрамре-
ниевой проволоки марки ВР-20 диаметром
0,27 мм совместно с электромагнитными юсти-
ровочной системой и фокусирующей линзой обес-
печивают формирование на поверхности свари-
ваемого изделия пятна нагрева диаметром
0,05…0,30 мм и электронного пучка с током Iп =
= 0…15 мА [4]. Расположенная под фокусирую-
щей линзой отклоняющая система при подклю-
чении к системе управления СУ-241 [5] обеспе-
чивает отклонение и перемещение электронного
пучка по кольцевому стыку неподвижного изде-
лия (ниппель или штенгель) с заданной скоростью.
Вакуумная камера с двухкоординатным рабочим
столом позволяет выполнять загрузку и сварку в
нижнем положении одновременно четырех изме-
рительных камер в сборочно-сварочном приспособ-
лении при разрежении 1,33⋅10–2 Па. Рабочее рас-
стояние составляет lраб = 105 мм.
Контроль фокусировки электронного пучка на
поверхности нахлесточного соединения тонкая
пластина – основание из нержавеющей стали
12Х18Н10Т производили визуально по яркости
свечения круговой развертки диаметром 5 мм и
током пучка Iп = 2 мА на медной массивной плас-
тине, расположенной на одном уровне со свари-
ваемым изделием, а также с помощью оптической
системы наблюдения колонны электронно-опти-
ческой ПЛ-102, обеспечивающей получение чет-
кого изображения зоны сварки с 5…50-кратным
увеличением. Сварку нахлесточного соединения
0,2 + 1,0 мм выполняли на острой фокусировке,
которая при рабочем расстоянии lраб = 105 мм
соответствовала току катушки фокусирующей
линзы Iф = 765 мА. Кольцевые швы по отбортовке
ниппелей и штенгелей производили с недофоку-
сировкой электронного пучка на ΔIф = –20 мА
(Iф = 745 мА).
Для обеспечения надежного теплового контак-
та по всей длине стыка нахлесточного соединения
0,2 + 1,0 мм и получения бездефектных швов по
аналогии с патентом [6] разработано сборочно-сва-
рочное приспособление для сварки (электронно-лу-
чевая или лазерная), состоящее из двух жестких
металлических планок прямоугольной формы для
плотного зажатия между ними измерительной ка-
меры (имеющей два ниппеля и два штенгеля), в
одной из которых со стороны воздействия свароч-
ного луча выполнены сквозные пазы (рис. 2, а).
Отличительной особенностью сборочно-сва-
рочного приспособления является то, что на нем
дополнительно установлены с зазором защитные эк-
раны со сквозными пазами из медной пластины,
совпадающими по форме и соосными со сквозными
пазами в указанной планке (рис. 2, б). Таким спо-
собом исключается возможное попадание свароч-
ного электронного пучка на верхнюю прижимную
планку и ее послесварочная деформация.
Рис. 2. Сборочно-сварочное приспособление для электронно-
лучевой сварки измерительной камеры (×1,67): а — сборка
без защитных экранов; б — сборка с защитными экранами
для выполнения нахлесточных швов соответственно вдоль
длинной и короткой (в) сторон
* В работе принимал участие инженер-техник I категории
С. А. Щёлок.
10/2011 37
При разработке технологического процесса
электронно-лучевой сварки измерительных камер
магнитопневматического газоанализатора, вклю-
чая сборочно-сварочное приспособление, принци-
пиально важной оказалась последовательность
выполнения сварных швов. Во избежание про-
висания и выпучивания тонкой пластины из нер-
жавеющей стали 12Х18Н10Т толщиной S =
= 0,2 мм в области газового канала более 0,1 мм,
оптимальной принята следующая последователь-
ность:
1) установка ниппеля и штенгеля в отверстия
на тонкой пластине толщиной S = 0,2 мм. Высота
и толщина отбортовки составила соответственно
0,50 и 0,25 мм;
2) развальцовка отбортовки на ниппелях и
штенгелях, контроль зазора между отбортовкой
и тонкой пластиной, которая должна быть не
более 0,05 мм;
3) сборка верхней тонкой пластины с развальцо-
ванными двумя ниппелями и двумя штенгелями в
комплекте с основанием и без нижней тонкой плас-
тины в сварочно-сборочном устройстве (рис. 3);
4) загрузка в вакуумную камеру электронно-лу-
чевой установки четырех комплектов измеритель-
ных камер (ниппели и штенгели направлены вверх)
и выполнение четырех линейных нахлесточных
швов вдоль длинной стороны (рис. 2, а, б);
5) разгерметизирование вакуумной камеры и
сборка сварочно-сборочного устройства с защит-
ными экранами из медных пластин (рис. 2, в);
6) загрузка в вакуумную камеру четырех ком-
плектов измерительных камер (ниппели и штен-
гели направлены вверх) и выполнение четырех
линейных нахлесточных швов вдоль короткой
стороны. Визуальный контроль пересечения вось-
ми линейных швов (рис. 3, а);
7) разгерметизирование вакуумной камеры и
изменение положения измерительных камер в сва-
рочно-сборочном устройстве без нижней тонкой
пластины (ниппели и штенгели направлены вниз),
когда кольцевые стыки — развальцованная от-
бортовка — тонкая пластина направлены в сто-
рону сварочного электронного пучка;
8) загрузка в вакуумную камеру четырех ком-
плектов измерительных камер и выполнение элек-
тронно-лучевой сварки кольцевых стыков на нип-
пелях и штенгелях с применением системы уп-
равления СУ-241. Режим сварки: Uуск = 60 кВ,
Iп = 1,8 мА, vсв = 15 мм/с (рис. 4);
9) разгерметизирование вакуумной камеры и
выполнение визуального контроля по формиро-
ванию линейных и кольцевых швов на отсутствие
дефектов в виде несплавлений и прожогов;
10) промежуточный контроль сваренных из-
мерительных камер без нижней тонкой пластины
на герметичность методом избыточного давления.
Спад давления в измерительной камере на уровне
0,59⋅103 Па, определяемый по манометру (модель
11202, ГОСТ 6521–72), не должен иметь место
на протяжении 30 мин;
11) сборка четырех комплектов измерительных
камер в сварочно-сборочном устройстве с нижней
тонкой пластиной толщиной S = 0,2 мм из нер-
жавеющей стали 12Х18Н10Т (ниппели и штен-
гели направлены вниз), загрузка в вакуумную ка-
меру и выполнение последовательно вначале че-
тырех нахлесточных швов вдоль длинной сторо-
ны, а затем четырех линейных нахлесточных швов
вдоль короткой стороны (см. п. 4–6). Визуальный
Рис. 3. Измерительная камера газоанализатора с линейными
нахлесточными швами (×1, уменьш. в 2 раза): а — вид со
стороны ниппелей и штенгелей; б — вид со стороны нижней
пластины
Рис. 4. Внешний вид кольцевых швов при сварке отбортов-
ка – тонкая пластина (×4) на штенгеле (а) и ниппеле (б)
38 10/2011
контроль пересечения восьми линейных швов на
отсутствие дефектов (рис. 3, б);
12) разгерметизирование вакуумной камеры и
выполнение окончательного контроля полностью
сваренных измерительных камер на герметич-
ность методом избыточного давления.
Приведенные выше режимы электронно-луче-
вой сварки в общем вакууме измерительной ка-
меры магнитопневматического газоанализатора,
последовательность выполнения сборок и свар-
ных швов, промежуточный и окончательный кон-
троль формирования сварных соединений на от-
сутствие дефектов и герметичность позволили по-
лучить при массовом производстве 100%-й выход
годной продукции. Как показано на рис. 5, ширина
лицевого валика нахлесточного шва составила B ≅
≅ 0,24 мм при глубине проплавлення около
0,5 мм.
Установлено также, что значения остаточных
деформаций конструкции измерительной камеры
находятся в прямой зависимости от погонной
энергии сварки, которая в свою очередь опреде-
ляется режимом сварки и зависит от сечения шва.
Измерение послесварочной деформации осущест-
вляли методом сравнения с эталонным образцом.
Провисание и выпучивание тонкой пластины из
фольги толщиной S = 0,2 мм в области газового
канала не превысили 0,1 мм.
Выводы
1. Электронно-лучевая технология и оборудова-
ние применительно к прецизионной сварке изме-
рительной камеры магнитопневматического газо-
анализатора из нержавеющей стали 12Х18Н10Т
удовлетворяет всем требованиям по герметичнос-
ти и геометрическим размерам газового канала.
2. Минимальная погонная энергия электрон-
ного пучка и минимальная ширина шва дости-
гаются при скорости vсв ≥ 40 мм/с.
3. Приведенные режимы электронно-лучевой
сварки нахлесточных и кольцевых соединений,
последовательность выполнения сборок и свар-
ных швов, поэтапный контроль качества сварки
и герметичности позволили получить 100%-й вы-
ход годной продукции.
1. www.sea.siemens.com/us/Products/Process-Analytics/Prod
ucts.
2. Свойства соединений стали 08Х18Н10Т, выполненных
лазерной сваркой / А. Н. Грезев, В. Л. Лукьяненко, А. М.
Забелин и др. // Автомат. сварка. — 1989. — № 12. —
С. 63–64.
3. Кравчук Л. А., Слуцкин М. Г. Импульсная электронно-лу-
чевая сварка встык листов сплава 29НК толщиной до
1 мм // Там же. — 1979. — № 1. — С. 41–44.
4. Кравчук Л. А., Небесный С. В., Пикуля Л. Г. Электронно-
оптическая колонна для прецизионной ЭЛС // Там же. —
1986. — № 12. — С. 54–57.
5. Сварочное оборудование: Каталог-справочник. — Киев:
Наук. думка, 1991. — Ч.10. — 151 с.
6. Pat. 4847467 USA, МКI В23К 26/00. Laser welding clamp /
John S. Ausillo, Mt. Clemens. — Publ. 11.07.89.
The paper considers selection of power and time parameters of the electron beam for electron beam welding of a flat
measuring chamber of the magnetic-pneumatic gas analyser made from corrosion-resistant stainless steel 12Kh18N10T.
The flow diagram of welding in general vacuum is presented. A welding-assembly device is described, and parameters
providing formation of overlap and circumferential welds with permissible distortions of geometric sizes of the gas
channel and vacuum-tightness are given.
Поступила в редакцию 25.03.2011
Рис. 5. Поперечный макрошлиф (×60) нахлесточного соеди-
нения 0,2 + 1,0 мм из нержавеющей стали 12Х18Н10Т
10/2011 39
|