СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ КОНСТРУКЦИЙ
METHOD OF ELECTRON BEAM WELDING

Предлагаемое техническое решение относится к области способов для электронно-лучевой сварки и может найти применение для сварки стыковых соединений толстолистовых конструкций в различных отраслях машиностроения.
Известны способы электронно-лучевой сварки, при которых величина зазора в стыке свариваемых кромок не превышает 0,1-0,2 мм при толщине металла 3,0-30 мм и 0,3 мм при толщине более 30 мм [1]. Однако при электронно-лучевой сварке конструкций больших толщин (более 15 мм) часто встречаются такие специфические дефекты, как протяженные полости в объеме сварного шва.
Существует также способ электронно-лучевой сварки конструкций [2], например, крыльевых устройств для судов с динамическим принципом поддержания, который заключается в том, что листы обшивки собирают встык с образующимся зазором до 3 мм. Сварку осуществляют электронным пучком в вакууме, при развертке пучка симметрично относительно условной линии оси шва, проходящей посередине зазора между кромками листов обшивки. При этом обеспечивается формирование основного сечения и корня шва без подкладок. Затем недостающую часть сечения и вершину шва с лицевой стороны наплавляют присадочным материалом.
Данный способ ориентирован на сварку стыковых соединений обшивки крыльевых устройств, толщина которых обычно составляет 10-20 мм.
При сварке стыковых соединений при толщине кромок 20-50 мм снижается качество сварки, т.к. наличие равномерного зазора может приводить к возникновению дефектов шва типа протяженные полости и прожогов, что связано с необходимостью увеличения мощности электронного пучка.
Техническим результатом предлагаемого способа является повышение качества электронно-лучевой сварки конструкций больших толщин.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе электронно-лучевой сварки конструкций, заключающемся в том, что кромки элементов конструкций собирают встык с зазором, сварку осуществляют в вакууме с разверткой электронного пучка, обеспечивая формирование основного сечения и корня шва, а недостающую часть сечения и вершину шва с лицевой стороны наплавляют присадочным материалом, согласно изобретению одну из кромок выполняют скошенной с увеличением зазора к лицевой стороне, а развертку электронного пучка смещают в сторону скошенной кромки.
Величина зазора между кромками с обратной стороны не должна превышать 0,5 мм, а зазор между кромками с лицевой стороны составляет 1-2 мм. Развертку электронного пучка осуществляют по круговой траектории с диаметром d=3/2b-1/2а, со смещением центра от нескошенной кромки в сторону скошенной кромки на величину Δ=(a+b)/4, где: а - зазор между кромками с обратной стороны, b - зазор между кромками с лицевой стороны.
Зазор, формируемый за счет скоса одной из кромок и увеличивающийся к лицевой стороне свариваемых элементов конструкций, улучшает вывод из канала проплавления парогазовой фазы, предотвращая образование дефектов типа протяженные полости, а применение круговой развертки электронного пучка со смещением центра развертки в сторону скошенной кромки обеспечивает равномерное оплавление скошенной и нескошенной кромок.
Во ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» осуществлена реализация предлагаемого способа.
На установке ЭЛУ-20Б произведена сварка стыковых соединений стали 38Х2Н2МА толщиной 50 мм с зазором от 0,3 мм с обратной стороны до 1 мм с лицевой стороны. Металлографический контроль показал отсутствие дефектов типа поры и протяженные полости во всем сечении шва. Разрушение образцов, вырезанных поперек шва и испытанных на статический разрыв, происходило по основному металлу.
По сравнению с прототипом использование предлагаемого способа повышает качество электронно-лучевой сварки конструкций больших толщин за счет уменьшения пористости и исключения сварочных дефектов типа протяженные полости.
Предлагаемый способ может быть рекомендован для электроннолучевой сварки конструкций больших толщин из высокопрочных сталей.
Источники информации
1. Кайдалов А.А. Электронно-лучевая сварка и смежные технологии. Киев, Экотехнология, 2004 г., с.144, 136.
2. Заявка РФ 93029014 - прототип.