СПОСОБ СВАРКИ НАХЛЕСТОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
METHOD OF SCARF WELDING

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано для получения нахлесточных соединений плазменной сваркой электрозаклепками, когда не требуется герметичности соединения.
Известно сварное нахлесточное соединение (Сварное нахлесточное соединение. SU. Авторское свидетельство №1530389. Опубл. 23.12.89 г. Бюл. №47). Соединение выполнено в виде точки с полным проплавлением ближней к источнику тепла и частичным проплавлением дальней от источника тепла деталей. Образованное ядро точки имеет головку определенного диаметра и высоты.
Однако известное соединение обладает невысокой прочностью соединения при разрыве, которая зависит от площади сечения точки между свариваемыми деталями.
Известен способ дуговой сварки электрозаклепками, при котором собранные внахлестку свариваемые детали сжимают за пределами формируемой электрозаклепки и возбуждают дугу. Производится сквозное проплавление ближней детали и частичное проплавление дальней по отношению к дуге детали (Способ дуговой сварки электрозаклепками. SU. Авторское свидетельство №1440641, опубл. 30.11.88 г. Бюл. №44). Этот способ, взятый за прототип, обеспечивает качественное удаление окисной пленки и стабильное формирование сварной точки.
Однако при этом способе точка получается с малой площадью сечения расплава между деталями, поэтому сварное соединение имеет малую прочность. При данном способе сложно контролировать качество провара соединения из-за отсутствия полного провара дальней свариваемой детали.
Техническими результатами предлагаемого способа сварки нахлесточных соединений является повышение прочности сварного соединения, обеспечение надежного контроля качества соединения за счет внешнего осмотра и обеспечение прохождения жидкой или газовой среды с одной стороны соединения на другую.
Сущность способа состоит в том, что при сварке нахлесточных соединений неподвижной сжатой дугой возбуждают дежурную дугу, прижимают свариваемые детали плазмотроном, включают зависимую дугу, проплавляют обе детали, образуют сварочную ванну в виде точки, расплавленный металл выдавливают на периферию ванны, образуют сквозное отверстие в центре точки с тороидальной формой оплавления кромок деталей, после чего дугой действуют на внутреннюю поверхность отверстия, прогревают границу нахлеста и сохраняют отверстие при кристаллизации после отключения дуги. Образовавшееся отверстие позволяет проплавить границы нахлеста, увеличивает нагрев, а следовательно, диаметр нижней детали, повышая площадь сечения свариваемых деталей, а образуемое после кристаллизации отверстие повышает жесткость соединения за счет тороидального кольца, что повышает прочность всей сварной точки. За счет увеличения наружного диаметра соединения уменьшается концентрация напряжений в сечении между деталями при их нагружении. За счет этого увеличивается статическая прочность соединения на разрыв и его выносливость при переменных нагрузках.
Способ реализуется следующим образом. Процесс начинается с возбуждения дежурной дуги внутри плазмотрона, между вольфрамовым электродом и соплом. Возбуждение может производиться или осциллятором или замыканием угольным электродом. После этого плазмотроном с изолированной от сопла насадкой прижимают свариваемые детали в нужном месте и через управляемые тиристоры включают зависимую, т.е. рабочую дугу, горящую между электродом и свариваемыми деталями. Процесс сварки сжатой дугой происходит в течение времени, необходимом для сквозного проплавления ближней и дальней деталей. При расплавлении деталей, под давлением сжатой дуги, расплавленный металл выдавливается на периферию ванны, а дуга проникает в глубину ванны до образования отверстия с тороидальной формой оплавления кромок. При этом горение дуги переходит на внутреннюю поверхность тороидального отверстия. При образовании сквозного отверстия с тороидальной сварочной ванной возрастает напряжение на дуге, что служит сигналом к отключению дуги. После образования отверстия сжатая дуга выключается. При кристаллизации металла сквозное отверстие остается.
Получение нахлесточного соединения в виде точки с отверстием и с повышенной прочностью возможно, если в качестве источника тепла использовать не только однофазную, но и трехфазную сжатую дугу или другой источник энергии.
Предлагаемый способ может быть осуществлен с помощью известных в технике средств и материалов. В качестве сварочной горелки может использоваться плазмотрон типа ГСД-1 с неплавящимся вольфрамовым электродом. В качестве источника питания может использоваться известный сварочный трансформатор типа ТДМ-400 после доработки схемой защиты от осциллятора, тиристорным блоком и реле времени для управлением временем включения.
Опробование способа проведено при однофазной сварке сжатой дугой переменного тока на следующих режимах. Производилась сварка нахлесточных деталей из алюминиевого сплава АМг6 толщиной по 2 мм каждая. В плазмотроне установлен вольфрамовый электрод диаметром 3 мм. Длина открытого участка дуги - 4 мм. Расход аргона - 10 л/мин. Ток сварки 140 А. Время сварки - 10 с. Сварка производилась на подкладке из высоколегированной стали. При данных режимах сварка производилась на нескольких образцах с образованием отверстия. Для сравнения была произведена сварка таких же сплавов на обычных режимах с образованием точки без отверстия.
Сваренные образцы шириной 40 мм и длиной 100 мм были подвергнуты испытаниям на разрыв. По результатам испытаний, представленным в таблице, оказалось, что прочность образцов с образованием отверстия на треть превышает прочность образцов с обычными точками без отверстия. Очевидно горение дуги на внутреннюю поверхность тороидальной точки повышает прогрев нахлесточного соединения и повышает прочность сварного соединения. Кроме этого, жесткость образовавшегося отверстия так же повышает прочность на разрыв.
Таблица
Образец
Ток сварки, А
Усилие на разрыв, Р, Н
Примечание
1
140
5100
С отверстием
2
140
5500
С отверстием
3
140
5100
С отверстием
4
140
3700
Без отверстия
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении прочности при сварке нахлесточного соединения за счет увеличении сечения расплавленной точки и повышения жесткости тороидального кольца, а также уменьшения концентрации напряжений.