СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ ФРИКЦИОННО-ДУГОВОЙ СВАРКИ
COMBINED FRICTION ARC WELDING METHOD

Область техники
Изобретение относится к технологическим процессам сварки, более конкретно к области сварки трением (фрикционной сварки) и дуговой сварки, и может использоваться в различных областях машиностроения и строительства для сварки протяженных соединений различных соединений, в том числе разнородных, преимущественно алюминиевых сплавов и сталей, а также других конструкционных материалов.
Уровень техники
Известен способ сварки трением (патент РФ №2173619 С1 от 2001 г.), по которому дисковый инструмент, вращающийся вокруг своей оси, погружают через прорезь обжимающего шов дополнительного устройства в стык соединяемых деталей - прототип. При трении вращающегося инструмента (диска) о материал заготовок последний пластифицируется и переносится в зону позади инструмента, где формируется сварной шов. При сварке по данному способу металл шва заполняет оставляемый движущимся диском паз шириной, равной толщине диска, лишь на небольшую высоту из-за дефицита материала, вызванного тем, что при движении вращающегося диска происходит опрессовка разогретого пластичного материала соединяемых кромок и их утолщение, а также тем, что часть материала выносится вращающимся диском на поверхность кромок. С увеличением толщины соединяемых деталей сложность заполнения паза возрастает.
Известен способ комбинированной контактно-дуговой сварки (Н.П. Алешин. Российские технологии возвращают утерянные позиции // Газовая промышленность, №1, 2011), при котором сварка утолщенного корня шва выполняется контактной сваркой оплавлением, а заполнение оставшейся разделки - автоматической дуговой сваркой. Данный способ является достаточно производительным и позволяет качественно формировать корень шва, однако он имеет ряд существенных недостатков: невозможность сварки протяженных соединений, сложность обеспечения позиционирования заготовок при контактной сварке, необходимость удаления грата, а также значительная энергоемкость контактной сварки.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка способа сварки, позволяющего получать качественные соединения конструкций, включая длинномерные детали с толщиной более 3 мм в условиях значительного колебания величины зазора.
Поставленная задача решается тем, что сварка осуществляется как минимум в два прохода разными способами: первый проход осуществляют фрикционной сваркой вращающимся дисковым инструментом. После выполнения первого прохода образуется паз и качественно сформированный корень шва без внутренних дефектов.
Второй и (при необходимости) последующие проходы выполняются, например, аргонодуговой сваркой по сформированной таким образом разделке кромок. Сварка может выполняться как плавящимся, так и неплавящимся электродом. При сварке неплавящимся электродом присадка может подаваться непосредственно в зону сварки в виде проволоки или закладываться в разделку кромок в виде фигурного прутка. Второй и последующие проходы могут также выполняться другими способами сварки плавлением: например, электронно-лучевой и лазерной сваркой.
Таким образом, первый проход дисковым инструментом, соответствующим по форме требуемой разделке кромок, позволяет в условиях значительного колебания величины зазора между свариваемыми заготовками выполнить с большой точностью заданную разделку кромок и сформировать бездефектный корневой шов, одновременно выполняющий роль прихватки, повышающей жесткость конструкции при сварке.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, на которых:
фиг.1 показывает примеры различных форм дискового инструмента;
фиг.2 показывает процесс сварки корневого шва вращающимся дисковым инструментом;
фиг.3 показывает поперечное сечение соединения после выполнения первого прохода дисковым инструментом; на рисунке видны сформированный корень шва и разделка кромок;
фиг.4 показывает заполнение разделки дуговой сваркой;
фиг.5 показывает поперечное сечение полученного соединения.
Обозначения на чертежах:
д
ω - направление вращения дискового инструмента;
д
V - вектор скорости сварки вращающимся диском;
c
V - вектор скорости дуговой сварки;
1 и 1' - соединяемые элементы;
2 - опорная плита;
3 - вращающийся дисковый инструмент;
4 - корень сварного шва, сформированный вращающимся диском;
5 - дуговая сварочная головка;
6 - сварочный электрод;
7 - сварочная дуга;
8 - сварной шов, сформированный дуговой сваркой;
д
h - глубина погружения вращающегося дискового инструмента;
k - высота корня сварного шва, образованного дисковым инструментом.
Осуществление изобретения
Способ комбинированной фрикционно-дуговой сварки в соответствии с изобретением реализуют следующим образом. Производят сборку и закрепление свариваемых деталей.
Свариваемые заготовки 1 и 1' собираются и закрепляются на опорной плите 2 (фиг.2).
д
д
Выполняют одновременно разделку кромок свариваемых деталей и сварку корня шва. В стык между свариваемыми заготовками погружают на заданную глубину h вращающийся со скоростью ω (200÷1500 об/мин) дисковый инструмент для сварки трением 3 с сечением рабочей поверхности, соответствующей требуемой форме разделки кромок. После этого инструмент 3, продолжая вращать, перемещают со скоростью сварки (100÷2000 мм/мин) вдоль линии стыка свариваемых заготовок и формируют корень сварного шва 4 и фигурный паз, соответствующей форме дискового инструмента (фиг.3).
д
д
При этом большая скорость вращения ω, меньшая скорость сварки V применяются для сварки материалов с относительно высокой температурой пластификации и наоборот.
д
д
Заданную глубину погружения h выбирают таким образом, чтобы расстояние от нижней поверхности заготовок до нижней точки дискового инструмента составляло порядка 1-2 мм (независимо от толщины свариваемых материалов). При этом большие значения h выбираются при сварке материалов с относительно высокой температурой пластификации, а также при сварке с высокими скоростями на малых скоростях вращения инструмента. После выполнения первого прохода получают свариваемые заготовки, соединенные корневым швом высотой k и с выполненной разделкой под дуговую сварку (фиг.4).
Если придавать дисковому инструменту различную форму (фиг.1), то можно формировать паз не только с параллельными стенками, но и со скосом кромок, криволинейной формы, и, в частности, получать форму разделки кромок под аргонодуговую сварку, соответствующую требованиям стандарта, инструкции или другого нормативно-технического документа.
Выполняют заполнение оставшейся части шва после разделки кромок дуговой сваркой. Второй и, при необходимости, последующие проходы выполняются дуговой сваркой плавящимся или неплавящимся электродом. При необходимости, в разделку может закладываться присадка в виде прутка. После заполнения разделки дуговой сваркой получается полномерный сварной шов без провисания.
Технико-экономические преимущества предлагаемого способа сварки
Предлагаемый способ позволяет в ходе выполнения первого прохода формировать разделку под дуговую сварку в соответствии с ГОСТ, а также сваривать качественный корневой шов в условиях значительного колебания величины зазора.
Улучшается формирование нижней части сварного шва при дуговой сварке и уменьшается провисание за счет наличия корневого шва.
При дуговой сварке корневой шов также выполняет роль прихватки, что увеличивает жесткость конструкции и уменьшает деформации при сварке.