Влияние параметров управляющего магнитного поля на формирование сварных швов при аргонодуговой сварке титановых сплавов в узкий зазор
Отмечена эффективность применения аргонодуговой сварки неплавящимся электродом в узкий зазор титановых сплавов толщиной У 20мм. Показано, что обеспечения надежного сплавления в соединениях при сварке с использованием поперечного переменного магнитного поля величина магнитной индукции в зоне дуги дол...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99376 |
| 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: | Влияние параметров управляющего магнитного поля на формирование сварных швов при аргонодуговой сварке титановых сплавов в узкий зазор / В.Ю. Белоус, С.В. Ахонин // Автоматическая сварка. — 2007. — № 4 (648). — С. 3-6. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860262700523716608 |
|---|---|
| author | Белоус, В.Ю. Ахонин, С.В. |
| author_facet | Белоус, В.Ю. Ахонин, С.В. |
| citation_txt | Влияние параметров управляющего магнитного поля на формирование сварных швов при аргонодуговой сварке титановых сплавов в узкий зазор / В.Ю. Белоус, С.В. Ахонин // Автоматическая сварка. — 2007. — № 4 (648). — С. 3-6. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Отмечена эффективность применения аргонодуговой сварки неплавящимся электродом в узкий зазор титановых сплавов толщиной У 20мм. Показано, что обеспечения надежного сплавления в соединениях при сварке с использованием поперечного переменного магнитного поля величина магнитной индукции в зоне дуги должна составлять 8-9мТл. Минимальное проплавление боковых стенок достигается при частоте поля 10Гц.
The effectiveness of application of narrow-gap nonconsumable-electrode argon-arc welding of titanium alloys of ? 20 mm thickness is noted. It is shown that in order to provide a reliable fusion in the joints when using a transverse variable magnetic field the value of magnetic inductance in the arc zone should be equal to 8 Ц 9 mT. Minimum penetration of the side walls is achieved at the field frequency of 10 Hz.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:57:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.75
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЯЮЩЕГО
МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ СВАРНЫХ ШВОВ
ПРИ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКЕ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
В УЗКИЙ ЗАЗОР
В. Ю. БЕЛОУС, инж., С. В. АХОНИН, д-р техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Отмечена эффективность применения аргонодуговой сварки неплавящимся электродом в узкий зазор титановых
сплавов толщиной более 20 мм. Показано, что для обеспечения надежного сплавления в соединениях, полученных
сваркой с использованием поперечного переменного магнитного поля, значение магнитной индукции в зоне дуги
должно составлять 8…9 мТл. Минимальное проплавление боковых стенок достигается при частоте поля 10 Гц.
К л ю ч е в ы е с л о в а : аргонодуговая сварка, узкощелевая
разделка, титановый сплав, вольфрамовый электрод, проп-
лавление, боковая стенка, магнитная индукция, частота
поля
Для соединения титановых сплавов толщиной
20 мм и более эффективна аргонодуговая сварка
неплавящимся электродом в узкий зазор. Основ-
ной проблемой, возникающей при этом, является
обеспечение надежного сплавления вертикальных
стенок узкого зазора с наплавляемым валиком, а
также валиков между собой. Для ее решения су-
ществуют различные технологические приемы:
использование режимов сварки с повышенной
погонной энергией; поочередная раскладка вали-
ков [1]; механические колебания электрода от
кромки к кромке [2]; наложение поперечного маг-
нитного поля [3]. Однако, поскольку процесс свар-
ки с повышенной погонной энергией характери-
зуется малой производительностью, сварные швы,
выполненные на таком режиме, имеют зону тер-
мического влияния (ЗТВ) большой ширины. Пос-
кольку титан и сплавы на его основе относятся
к немагнитным материалам, то наиболее эффек-
тивным способом обеспечения надежности и рав-
номерности расплавления боковых стенок зазора
является управление отклонением сварочной дуги
посредством наложения внешнего управляющего
поперечного переменного магнитного поля
(далее — магнитного поля).
В работе [3] описана сварка титана в узкий
зазор вольфрамовым электродом с управляющим
магнитным полем. При указанном способе сварки
магнитное поле создается электромагнитом, име-
ющим магнитопровод специальной формы, кото-
рый опущен в разделку (рис. 1), при этом силовые
линии поперечного магнитного поля направлены
параллельно оси сварного шва.
В настоящее время в литературе отсутствуют
данные о влиянии параметров управляющего маг-
нитного поля на формирование сварных швов при
сварке в узкий зазор. При сварке с управляющим
магнитным полем важнейшими его параметрами,
влияющими на отклонение сварочной дуги, явля-
ются магнитная индукция Bx в зоне дуги (состав-
ляющая магнитной индукции вдоль оси x) и частота
W переменного магнитного поля.
Цель настоящей работы — исследование за-
кономерностей изменения формы сварных швов
в зависимости от параметров магнитного поля,
что позволит из их числа выбрать оптимальные,
при которых формируется качественный наплав-
ленный валик.
© В. Ю. Белоус, С. В. Ахонин, 2007
Рис. 1. Схема сварки в узкий зазор вольфрамовым электро-
дом: 1 — сердечник электромагнита; 2 — катушка; 3 —
электрод; F — сила, отклоняющая столб дуги; vсв — скорость
сварки
4/2007 3
С этой целью проведен ряд экспериментов по
наплавке, имитирующих выполнение заполняю-
щих проходов с последующим измерением раз-
меров полученных сварных швов (рис. 2). Экс-
перименты проводили в два этапа: на первом —
исследовали влияние магнитной индукции на фор-
му поперечного сечения сварного шва при пос-
тоянной частоте магнитного поля, а на втором —
влияние частоты переменного магнитного поля на
форму поперечного сечения сварного шва при
постоянном значении магнитной индукции.
Предварительные эксперименты показали, что
сварные швы, выполненные без отклонения сва-
рочной дуги, имеют большую глубину проплав-
ления дна разделки и малую ширину шва в его
нижней части (рис. 3, а). В этом случае возможно
появление в углах разделки непроваров. Опреде-
лено также, что значительное проплавление бо-
ковых стенок разделки приводит к чрезмерной
ширине шва и ЗТВ, при этом могут возникать
такие дефекты, как несплавления (рис. 3, б).
В связи с этим в качестве оптимальной формы
наплавленного валика при сварке в узкий зазор
принята такая, при которой глубина проплавления
поверхности предыдущего валика минимальна, а
ширина шва в верхней части bв равна ширине в
нижней его части bн, т. е. глубина проплавления
боковых стенок по высоте одинакова. В этом слу-
чае ЗТВ имеет малую протяженность, а непровары
в шве не возникают.
Сварку выполняли на постоянном режиме. Ва-
лик высотой 5 мм наплавляли на токе 400 А, что
соответствует нижней границе диапазона свароч-
ного тока и позволяет получить сварное соеди-
нение, имеющее ЗТВ малой протяженности. Нап-
ряжение на дуге составляло Uд = 12 В, скорость
сварки vсв = 8 м/ч.
Управляющее магнитное поле создавал элек-
тромагнит с устройством ОИ-119, разработанным
в ИЭС им. Е. О. Патона, генерирующим импульсы
переменного тока, близкие по форме к прямо-
угольным (рис. 4). В ходе экспериментов частоту
переменного магнитного поля устанавливали в
пределах 2,5…80,0 Гц, а значение магнитной ин-
дукции переменного магнитного поля в зоне дуги
изменяли от 2 до 12 мТл. Образцы были выпол-
нены из технического титана марки ВТ1-0, при-
садочная проволока — титановый сплав ОТ4-1.
Выбор последнего обусловлен тем, что он содер-
жит в качестве легирующего элемента алюминий,
что позволяет методом микрорентгеноспектраль-
ного анализа точно определить ширину шва и про-
тяженность зоны сплавления [3]. Измерение ши-
Рис. 2. Схема наплавки валика в узкий зазор: h — глубина
проплавления основного металла; bв, bн — ширина валика
соответственно в верхней и нижней части
Рис. 3. Макрошлифы валиков, полученных сваркой в узкий зазор (вверху), и схемы форм проваров (внизу): а — валик,
полученный без управляющего магнитного поля; б — bв < bн; в — bв = bн; г — bв > bн
4 4/2007
рины валика b и глубины проплавления h основ-
ного металла выполняли на поперечных шлифах,
вырезанных из сварных швов.
Результаты экспериментов показали, что при
увеличении магнитной индукции в зоне дуги воз-
растает степень проплавления боковых стенок уз-
кой разделки в нижней части, т. е. bн увеличи-
вается (рис. 5). При Bx = 8 мТл ширина шва в
его верхней и нижней части одинакова (рис. 5),
при Bx < 8 мТл ширина шва в верхней его части
больше, чем в нижней. Макрошлифы наплавок,
полученные при Bx < 8 мТл, имеют в углах раз-
делки непровары. При Bx = 11…12 мТл попереч-
ное сечение наплавленного валика приобретает
форму, показанную на рис. 3, б. С увеличением
магнитной индукции глубина проплавления дна
разделки уменьшается (рис. 6).
Таким образом, исходя из полученных резуль-
татов можно сделать вывод, что при Bx = 8…9 мТл
достигается оптимальное формирование наплав-
ленного валика, т. е. ширина шва в его верхней
и нижней части равны.
Частота переменного магнитного поля также
оказывает влияние на форму наплавляемого ва-
лика. Результаты экспериментов показали, что на-
ибольшая глубина проплавления боковых стенок
разделки достигается при частоте магнитного по-
ля 2,5 Гц (рис. 7), а именно, если дуга находится
у боковой стенки продолжительное время. В этом
случае глубина проплавления боковых стенок раз-
делки зазора в верхней части шва меньше, чем
в нижней. Поперечное сечение наплавленных ва-
ликов, выполненных при частоте магнитного поля
W = 2,5…4,0 Гц, в верхней части шва имеет мень-
шую ширину, чем в нижней (см. рис. 3, б). На-
именьшая глубина проплавления боковых стенок
разделки достигается при W = 80 Гц. Форма по-
перечного сечения наплавленного валика при W
= 50…80 Гц сходна с формой валика, полученного
без воздействия магнитного поля. Макрошлифы
наплавок, выполненных при W = 20…80 Гц, име-
ют непровары в углах разделки.
Зависимость глубины проплавления дна раз-
делки от частоты переменного магнитного поля
минимальна при W = 10…20 Гц (рис. 8). Перегиб
кривой связан с тем, что наибольшая глубина
проплавления дна разделки при W = 2,5…10,0 Гц
имеет место у боковых стенок, а при W =
= 20…80 Гц — в центре шва. Глубина проплав-
ления дна разделки при частоте магнитного поля
W = 10…20 Гц минимальна и составляет около
1 мм; при этом значения этой величины в центре
шва и у боковых стенок одинаковы. Кроме того,
поперечное сечение валиков, выполненных при
W = 4…10 Гц, имеет одинаковую ширину в их
верхней и нижней части. Таким образом, при W =
= 10 Гц формируется валик, у которого глубина
проплавления дна разделки минимальна, а ширина
в его верхней и нижней части одинакова.
Рис. 4. Осциллограмма импульсов тока намагничивания, про-
текающего через катушку электромагнита: Iн — ток намагни-
чивания; tн — время нарастания импульса тока
Рис. 5. Зависимость ширины шва, выполненного сваркой в
узкий зазор, от магнитной индукции переменного магнитного
поля: 1, 2 — ширина шва соответственно внизу и вверху
Рис. 6. Зависимость глубины проплавления h дна узкой раз-
делки от магнитной индукции Bx переменного магнитного
поля
Рис. 7. Зависимость ширины шва, выполненного сваркой в
узкий зазор, от частоты W переменного магнитного поля: 1,
2 — см. рис. 5
4/2007 5
Более глубокое проплавление боковых стенок
разделки при повышении магнитной индукции
связано с тем, что угол поворота сварочной дуги
при этом возрастает [4], в результате большая
часть анодного пятна перемещается к боковой
стенке, где соответственно усиливается теплов-
ложение и увеличивается глубина проплавления.
Уменьшение глубины проплавления боковых
стенок разделки при повышении частоты магнит-
ного поля связано с увеличением количества пе-
реходов дуги в единицу времени из одного
крайнего положения в другое. Поскольку время
нарастания импульса тока намагничивания tн (см.
рис. 4) составляет 6 мс и при изменении частоты
магнитного поля это значение постоянное (при
использовании устройства управления ОИ-119),
то в течение этого времени дуга находится в про-
межуточном положении и дно узкой разделки рас-
плавляется. В связи с увеличением частоты маг-
нитного поля при неизменной магнитной ин-
дукции глубина проплавления боковых стенок
уменьшается (рис. 9). Чтобы оно происходило на
одинаковой глубине при повышении частоты маг-
нитного поля, следует сварочную дугу поворачи-
вать на больший угол, а для этого необходимо
увеличивать магнитную индукцию. Если W =
= 20 Гц, то равномерное проплавление боковых
стенок достигается при Bx = 12…13 мТл.
Выводы
1. Для формирования наплавляемого валика оп-
тимальной формы при сварке в узкий зазор, а
также с целью исключения образования несплав-
лений при наплавке валика высотой 5…6 мм в
разделку шириной 8…10 мм значение магнитной
индукции управляющего переменного магнитного
поля в зоне дуги должно составлять 8…9 мТл.
2. Минимальное проплавление поверхности
предыдущего слоя и равномерное по высоте про-
плавление боковых стенок узкой разделки про-
исходит при частоте переменного магнитного по-
ля 10 Гц.
1. Кацуёси Хори, Мицуаки Ханэда. Дуговая сварка в узкий
зазор / / Журн. Япон. свароч. об-ва. — 1999. — № 3. —
С. 55–56.
2. Гринин В. С., Штрикман М. М. Высокопроизводитель-
ная автоматическая сварка в узкощелевую разделку //
Свароч. пр-во. — 1982. — № 7. — С. 21–23.
3. Paton B. E., Zamkov V. N., Prilutsky V. P. Narrow-groove
welding proves its worth on thick titanium // Welding J. —
1996. — № 5. — P. 37–41.
4. Гаген Ю. Г., Таран В. Сварка магнитоуправляемой ду-
гой. — М.: Машиностроение, 1970. — 160 с.
The effectiveness of application of narrow-gap nonconsumable-electrode argon-arc welding of titanium alloys of ? 20
mm thickness is noted. It is shown that in order to provide a reliable fusion in the joints when using a transverse variable
magnetic field the value of magnetic inductance in the arc zone should be equal to 8 Ц 9 mT. Minimum penetration of
the side walls is achieved at the field frequency of 10 Hz.
Поступила в редакцию 23.02.2006,
в окончательном варианте 21.03.2006
Рис. 8. Изменение глубины проплавления дна узкой разделки
от частоты переменного магнитного поля
Рис. 9. Влияние индукции Вх и частоты W переменного маг-
нитного поля на ширину валика в нижней части bн, заштри-
хованная область — bн > bв
6 4/2007
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99376 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:57:08Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Белоус, В.Ю. Ахонин, С.В. 2016-04-27T19:06:44Z 2016-04-27T19:06:44Z 2007 Влияние параметров управляющего магнитного поля на формирование сварных швов при аргонодуговой сварке титановых сплавов в узкий зазор / В.Ю. Белоус, С.В. Ахонин // Автоматическая сварка. — 2007. — № 4 (648). — С. 3-6. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99376 621.791.75 Отмечена эффективность применения аргонодуговой сварки неплавящимся электродом в узкий зазор титановых сплавов толщиной У 20мм. Показано, что обеспечения надежного сплавления в соединениях при сварке с использованием поперечного переменного магнитного поля величина магнитной индукции в зоне дуги должна составлять 8-9мТл. Минимальное проплавление боковых стенок достигается при частоте поля 10Гц. The effectiveness of application of narrow-gap nonconsumable-electrode argon-arc welding of titanium alloys of ? 20 mm thickness is noted. It is shown that in order to provide a reliable fusion in the joints when using a transverse variable magnetic field the value of magnetic inductance in the arc zone should be equal to 8 Ц 9 mT. Minimum penetration of the side walls is achieved at the field frequency of 10 Hz. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Влияние параметров управляющего магнитного поля на формирование сварных швов при аргонодуговой сварке титановых сплавов в узкий зазор Effect of parameters of controlling magnetic field on formation of welds in argon arc narrow-gap welding of titanium alloys Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние параметров управляющего магнитного поля на формирование сварных швов при аргонодуговой сварке титановых сплавов в узкий зазор Белоус, В.Ю. Ахонин, С.В. Научно-технический раздел |
| title | Влияние параметров управляющего магнитного поля на формирование сварных швов при аргонодуговой сварке титановых сплавов в узкий зазор |
| title_alt | Effect of parameters of controlling magnetic field on formation of welds in argon arc narrow-gap welding of titanium alloys |
| title_full | Влияние параметров управляющего магнитного поля на формирование сварных швов при аргонодуговой сварке титановых сплавов в узкий зазор |
| title_fullStr | Влияние параметров управляющего магнитного поля на формирование сварных швов при аргонодуговой сварке титановых сплавов в узкий зазор |
| title_full_unstemmed | Влияние параметров управляющего магнитного поля на формирование сварных швов при аргонодуговой сварке титановых сплавов в узкий зазор |
| title_short | Влияние параметров управляющего магнитного поля на формирование сварных швов при аргонодуговой сварке титановых сплавов в узкий зазор |
| title_sort | влияние параметров управляющего магнитного поля на формирование сварных швов при аргонодуговой сварке титановых сплавов в узкий зазор |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99376 |
| work_keys_str_mv | AT belousvû vliânieparametrovupravlâûŝegomagnitnogopolânaformirovaniesvarnyhšvovpriargonodugovoisvarketitanovyhsplavovvuzkiizazor AT ahoninsv vliânieparametrovupravlâûŝegomagnitnogopolânaformirovaniesvarnyhšvovpriargonodugovoisvarketitanovyhsplavovvuzkiizazor AT belousvû effectofparametersofcontrollingmagneticfieldonformationofweldsinargonarcnarrowgapweldingoftitaniumalloys AT ahoninsv effectofparametersofcontrollingmagneticfieldonformationofweldsinargonarcnarrowgapweldingoftitaniumalloys |