СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ НЕМАГНИТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
METHOD OF ELECTRON BEAM WELDING OF NONMAGNETIC METALS AND ALLOYS

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способу сварки проплавлением, и предназначено для использования в технологии производства сварных соединений с глубоким кинжальным проплавлением.
Известен способ электронно-лучевой сварки, описанный в патенте РФ №2023557, МПК В23К 15/00, опубл. 30.11.1994 г., при котором формируют сходящуюся развертку преломлением электронного пучка на двух уровнях с одновременным его вращением и размещением точки сходимости развертки пучка в сварочной ванне, отличающийся тем, что с целью улучшения качества сварных соединений больших и средних толщин путем регулирования плотности мощности в корневой части шва в процессе сварки устанавливают и поддерживают положение фокального пятна электронного пучка по глубине сварочной ванны в пределах, ограниченных нижней кромкой свариваемого изделия и точкой сходимости развертки пучка.
Недостатком этого способа является негативное действие уширения вершины шва сходящимися траекториями электронных пучков, формируемыми отклоняющей системой, что ведет к увеличению размеров сварочной ванны и снижению прочности сварного соединения, необходимости увеличения тепловложения в металл.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ электронно-лучевой сварки, описанный в патенте РФ №2298465, МПК В23К 15/00, опубл. 10.05.2007 г. Способ сварки, включающий проплавление стыка свариваемых деталей электронным лучом, создание магнитного поля и формирование заданной геометрии электронного луча и канала проплавления, причем электронный луч отклоняют по толщине деталей, направляя его к лицевой плоскости свариваемых деталей под углом входа α, величину которого выбирают равной 0°<α<90°, пропускают ток вдоль стыка и дополнительно отклоняют луч снизу вверх так, что угол выхода электронного луча β относительно задней плоскости свариваемых деталей равен углу входа электронного луча α, причем точки входа и выхода электронного луча из свариваемых деталей располагают в одной горизонтальной плоскости.
Однако такой способ имеет низкое качество сварного соединения, так как не позволяет производить сварку в нижнем положении и управлять размерами и формой сварного шва.
Технической задачей изобретения является улучшение качества сварных соединений немагнитных сплавов при несквозном проплавлении за счет снижения вероятности возникновения дефектов формирования корня сварного соединения, возможности управления формой сварного шва.
Решение задачи достигается тем, что в известном способе сварки немагнитных металлов и сплавов, заключающемся в проплавлении стыка свариваемых деталей электронным лучом, создании магнитного поля внутри свариваемых деталей и формировании заданной геометрии электронного луча и канала проплавления, причем электронный луч отклоняют по толщине деталей, создание магнитного поля внутри свариваемых деталей осуществляют со стороны корневой части сварного соединения переменным магнитным полем, а формирование заданной геометрии электронного луча дополнительно производят периодическим отклонением электронного луча поперек сварного соединения, образуя расширенную корневую часть.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведено устройство для реализации способа электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов, на фиг.2 показана форма сварного соединения, на фиг.3 изображена оптимальная форма сварного соединения.
Устройство для реализации способа электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов содержит электронную пушку 1, генерирующий электронный луч 2, свариваемые детали 3 из немагнитных материалов и сплавов, толщиной Н, которые соединены друг с другом по стыку 4, и электромагнит 5. Между свариваемыми деталями 3 по окончании сварки образуется сварное соединение 6 с расширенной корневой частью 7. Электромагнит 5 расположен в корневой части 7 сварного соединения 6.
Устройство для реализации способа электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов работает следующим образом.
При проведении сварки электронной пушкой 1 генерируется электронный луч 2, который направляется в стык 4 свариваемых деталей 3 и осуществляет их несквозное проплавление на глубину не более 0,85÷0,9Н, где Н - толщина свариваемых деталей 3. Глубина проплавления, равная 0,85Н, выбрана из условия, позволяющего избежать непровар сварного соединения 6 на заданную технологическую глубину, а глубина проплавления, равная 0,9Н, выбрана из условия, позволяющего избежать выхода электронного луча из корневой части 7. Электронный луч периодически отклоняют на величину L поперек стыка по толщине свариваемых деталей 3 переменным магнитным полем , создаваемым электромагнитом 5, и получают сварное соединение 6 с расширенной корневой частью 7.
При создании переменного локального магнитного поля в области действия электронного луча 2 по всей толщине Н стыка свариваемых деталей 3 электромагнитом 5 вектор магнитной индукции  поля направлен перпендикулярно электронному лучу 2 и параллельно плоскости стыка 4 свариваемых деталей 3 таким образом, что сила Лоренца, действующая на электроны луча со стороны магнитного поля, изменяет направление их движения. Периодическое изменение электрического напряжения на электромагните 5 обеспечивает колебание электронного луча 2 на величину L относительно стыка 4 свариваемых деталей 3 и позволяет получить сварное соединение 6 с расширенной корневой частью 7.
Изменяя напряженность магнитного поля в стыке 4 свариваемых деталей 3 посредством изменения величины электрического напряжения на электромагните 5, получают существенное изменение формы и размеров в корне шва 7 при постоянных размерах вершины сварного соединения 6, что способствует снижению вероятности дефектов типа подрезов и непроваров. Оптимальная форма сварного соединения 6 получается, когда ширина сварного соединения по всей длине приблизительно одинакова.
В качестве свариваемых деталей целесообразно использовать немагнитные металлы и сплавы, например аустенитные стали, алюминиевые сплавы.
св
св
Пример. Образцы из алюминиевого сплава АМг6 толщиной 30 мм были сварены электронно-лучевой сваркой на различных режимах I и II. Сварка при режиме I велась с отклонением электронного луча электромагнитом в корневой части шва, на обмотку которого подавались синусоидальные электрические импульсы. Для режима I основные параметры сварки: U=30 кВ, I=180 мА, υ=22,0 м/ч. Для режима II: U=30 кВ, I=200 мА, υ=22,0 м/ч, частота синусоидальных импульсов - 300 Гц, амплитуда колебаний электронного луча в корне шва - 5 мм.
После проведения сварки на данных технологических режимах были изготовлены поперечные макрошлифы сваренных деталей. На режиме I ширина шва в вершине составила 5,0 мм, в корне - 2,5 мм. На режиме II при использовании колебаний электронного луча магнитным полем ширина сварного соединения в вершине составила 5,0 мм, в корне - 4,5 мм, что более предпочтительно, т.к. снижает вероятность возникновения дефектов.
Использование предлагаемого способа сварки позволяет получать качественные сварные соединения немагнитных металлов и сплавов с оптимальной регулируемой формой корня сварного шва, что повышает прочностные свойства и снижает вероятность возникновения дефектов формирования литой зоны и непроваров и расширяет его технологические возможности.