ЭЛЕКТРОДНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ

Область техники
Полезная модель относится к сварочной технике и может быть использована для изготовления сварных конструкций механизированной дуговой сваркой.
Уровень техники
Механизированная дуговая сварка предполагает использование электродной проволоки, через которую проходит электрический ток, и которая подается в зону сварки с помощью механизма. При протекании тока по электродной проволоке между торцом последней и свариваемым изделием возникает дуга. Дуга является источником теплоты, которая расплавляет торец электродной проволоки и часть свариваемого изделия, которые, кристаллизуясь при остывании, формируют сварной шов (ГОСТ 2601-84. Сварка металлов. Термины и определения основных понятий). Электродная проволока обычно представляет собой сплошной одножильный провод круглого сечения, имеющий заданный диаметр.
Для обеспечения качественного сварного шва необходимо обеспечивать защиту дуги и расплавляемого металла электродной проволоки и свариваемого изделия, а в некоторых случаях и остывающего шва. Этого можно достичь, подавая в зону сварки с помощью специальных устройств защитный газ или флюс. Однако, часто бывает необходимо применять порошковую электродную проволоку, представляющую собой трубку, наполненную флюсом и легирующим порошком обеспечивающем металл сварного шва заданными свойствами. Сварка с применением порошковой электродной проволоки имеет множество преимуществ. Например, сварка под слоем флюса может быть затруднена по причине невозможности точно направить электродную проволоку в нужное место (разделку), а также выполнения сварки на вертикальной плоскости или на потолке. Кроме того, наблюдать за формированием шва тоже не представляется возможным. Недостатками сварки в защитном газе являются возможная нестабильность сварочного процесса из-за сквозняка и необходимость применения баллонов с защитным газом и редукторами. Кроме того, сопла, подающие защитный газ, могут забрызгиваться в процессе сварки.
Сплошная электродная проволока круглого сечения и порошковая электродная проволоки имеют такие недостатки, как чувствительность к возмущающим факторам (увеличение зазора между свариваемыми деталями, смещение разделки кромок), а также нестабильность процесса сварки с постоянным напряжением, высокими энергетическими затратами, значительные сварочные деформации, неровный сварочный шов, значительное разбрызгивание, а также значительные выделения дыма и сажи.
Известна электродная проволока, относящаяся к сварочной технике, которая имеет эффективный наружный диаметр и содержит серию периодически повторяющихся по длине сферических или цилиндрических элементов, каждый из которых отделен от другого выемкой с площадью поперечного сечения меньшей площади поперечного сечения элементов. Выемки увеличивают эффективное сопротивление электродной проволоки, в то время как сферические элементы обеспечивают контролируемую передачу капель расплавленного металла в процессе дуговой сварки. Таким образом, известная электродная проволока имеет сопротивление на длине выше, чем у электродной проволоки с равномерным поперечным сечением. Это является преимуществом при высоких скоростях осаждения, поскольку подача тепла в заготовку на единицу веса электродной проволоки может быть уменьшена, чтобы расширить диапазон стабильности процесса сварки с постоянным напряжением и уменьшить энергетические затраты. Уменьшение тепловложения позволяет сваривать более тонкие материалы и уменьшает сварочные деформации. Также стабильный перенос капель расплавленной электродной проволоки приводит к более ровному сварному шву и снижает образование брызг. Кроме того, снижается образование дыма и сажи, так как передача расплавленного металла электродной проволоки происходит посредством капель, без испарений в дуге (US 6180920 B1, US 6417489 B1, US 6426483 B1). Недостатком данной электродной проволоки является чувствительность к возмущающим факторам (увеличение зазора между свариваемыми деталями, смещение разделки кромок). Также вследствие периодического и резкого изменения площади контакта электродной проволоки с токопроводящим наконечником может наблюдаться нестабильность сварочной дуги.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является электродная проволока прямоугольного поперечного сечения (Dilthey, U., Willms, K., Heuser, Н. and Sandner, G.: MSG- und MSG- von unlegierten  mit Bandelektroden,  und Schneiden 2004, DVS-Berichte Band 232, Verlag  und verwandte Verfahren DVSVerlag GmbH, , 2004, p. 111-116; Dirk Dzelnitzki: Using flat wire in GMAW - A new twist on a traditional process, Practical welding today. November, 2005 http://www.thefabricator.com/article/consumables/using-flat-wire-in-gmaw). Характеристики дуги с проволокой плоского сечения обеспечивают большую надежность вследствие лучшей устойчивости к смещениям кромок, а также к увеличению зазора между свариваемыми деталями. Более устойчивая дуга расширяет допустимый диапазон параметров сварки, что упрощает настройка сварочного оборудования, кроме того, уменьшается вероятность обрыва дуги, что увеличивает качество сварного шва. Недостатком этого технического решения является нестабильность процесса сварки с постоянным напряжением, высокие энергетические затраты, значительные сварочные деформации, неровный сварочный шов, значительное разбрызгивание, а также значительные выделения дыма и сажи и сложность при сварке тонких материалов.
Раскрытие полезной модели
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является улучшение технических характеристик сварочного процесса.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, - увеличение качества сварного шва благодаря уменьшению сварочных деформаций и лучшей устойчивости к смещениям свариваемых кромок.
Технический результат достигается тем, что электродная проволока для механизированной дуговой сварки имеет прямоугольное поперечное сечение и выполнена с периодически повторяющимися по длине двумя симметричными вырезами, расположенными равномерно вдоль оси проволоки.
Данная электродная проволока обеспечивает равномерный перенос расплавленного металла электродной проволоки через дугу в сварочную ванну посредством раздельного переноса отдельных капель за счет периодически повторяющихся по длине вырезов, расположенных равномерно вдоль оси проволоки. Пары симметричных вырезов, в зоне которых площадь поперечного сечения меньше, увеличивают эффективное сопротивление или сопротивление на единицу длины электродной проволоки, в то время как зоны между парами симметричных вырезов, имеющие одинаковый объем, обеспечивают контролируемую передачу капель расплавленного металла в процессе дуговой сварки. Поэтому электродная проволока с парами симметричных вырезов имеет повышенное сопротивление на длине по сравнению с электродной проволокой с равномерным поперечным сечением. Это является преимуществом при высоких скоростях осаждения, поскольку подача тепла в заготовку на единицу веса электродной проволоки может быть уменьшена, чтобы расширить диапазон стабильности процесса сварки с постоянным напряжением и уменьшить энергетические затраты. Уменьшение тепловложения позволяет сваривать более тонкие материалы и уменьшает сварочные деформации. Торец электродной проволоки расплавляется под действием теплоты сварочной дуги, при этом расплавленная капля принудительно формируется из объема между парами симметричных выемок и отделяется от нерасплавленной электродной проволоки по зоне двух симметричных выемок заданной формы, расположенных равномерно вдоль оси проволоки, поскольку площадь поперечного сечения проволоки больше площади поперечного сечения в зоне двух симметричных выемок. Такой повторяющийся с заданной периодичностью принудительный процесс переноса капель расплавленной электродной проволоки приводит к более ровному сварному шву и снижает образование брызг расправленного металла. Кроме того, снижается образование дыма и сажи, так как передача расплавленного металла электродной проволоки происходит посредством капель, без испарений в дуге. Характеристики дуги с проволокой плоского сечения обеспечивают большую надежность вследствие лучшей устойчивости к смещениям свариваемых кромок, а также к увеличению зазора между свариваемыми деталями. Более устойчивая дуга расширяет допустимый диапазон параметров сварки, что упрощает настройку сварочного оборудования, кроме того, уменьшается вероятность обрыва дуги, что увеличивает качество сварного шва.
Таким образом, благодаря использованию предложенной электродной проволоки обеспечивается расширение диапазона стабильности процесса сварки с постоянным напряжением, уменьшаются энергетические затраты, уменьшаются сварочные деформации, обеспечивается получение ровного сварного шва, уменьшается образование брызг, дыма и сажи, обеспечивается сварка более тонких материалов, а также обеспечивается устойчивость к смещениям свариваемых кромок, к увеличению зазора между свариваемыми деталями, расширяется допустимый диапазон параметров сварки, упрощается настройка сварочного оборудования, уменьшается вероятность обрыва дуги и увеличивается качество сварного шва.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется описанием конкретного примера ее выполнения и прилагаемыми графическими материалами, где
на фиг. 1 представлен общий вид электродной проволоки,
на фиг. 2 (а, б, в, г) - электродная проволока с двумя симметричными вырезами круглой, квадратной, овальной и прямоугольной форм;
на фиг. 3 представлен процесс дуговой сварки электродной проволокой;
на фиг. 4 представлено влияние возмущающих факторов на процесс дуговой сварки электродной проволокой.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели
Сущность полезной модели состоит в том, что электродная проволока имеет прямоугольное поперечное сечение с периодически повторяющимися по длине двумя симметричными вырезами, расположенными равномерно вдоль оси проволоки. Таким образом, каждые последовательно расположенные пары симметричных вырезов ограничивают зоны одинакового объема, равномерно расположенные вдоль оси проволоки, при этом площадь поперечного сечения проволоки больше площади поперечного сечения в зоне двух симметричных вырезов (фиг. 1, 2)
Va
V
А=N⋅а
С=c+(N-
р
С≈N⋅р
Va
Vc
c
а
с
а
с
Электродная проволока 2 подается в зону сварки через токопроводящий наконечник 2 со скоростью подачи , плавится под действием теплоты сварочной дуги 5 и передается расплавленными каплями 3 в разделку сварного шва (фиг. 3). Смешиваясь с расплавленным металлом заготовки, капля 3 образует расплавленную линзу, которая, кристаллизуясь, формирует сварную точку 4. В то же время сварочная горелка, содержащая токопроводящий наконечник 2, перемещается вдоль оси разделки сварного шва со скоростью сварки . Таким образом, последовательно получаемые с заданным шагом р сварные точки 4 образуют чешуйчатый сварной шов. За время τ, необходимое на подачу электродной проволоки на расстояние А, которое равно времени τ, получают сварной шов расстоянием С. Таким образом, имея τ=τ, получаем далее . Учитывая, что расстояние А электродной проволоки содержит N следующих друг за другом зон длиною а между последовательно расположенными парами симметричных вырезов, и расстояние С содержит также N сварных точек длиною с, смещенных друг от друга на величину шага р, имеем , 1)⋅. При достаточно большом числе N получим . Поэтому . Следовательно, . Таким образом, длина зон электродной проволоки а между последовательно расположенными парами симметричных вырезов определяется шагом между сварными точками р, скоростью подачи электродной проволоки , а также скоростью сварки .
Смещенные кромки деталей изображены штриховыми линиями. Благодаря своей форме электродная проволока поперечного сечения будет заполнять разделку кромок, несмотря на смещение (фиг. 4).