КОНСТРУКЦИЯ УЗЛА ПОДГОТОВКИ КРОМОК ПОД СВАРКУ МЕДИ И ЕЕ СПЛАВОВ СО СТАЛЬЮ

Полезная модель относится к сварочному производству, а именно, к конструкции узла подготовки кромок под сварку швов стыковых соединений при изготовлении сварных изделий и может быть использована в машиностроении, судостроении и других отраслях промышленности при изготовлении деталей и изделий.
Известен целый ряд конструкций узла подготовки кромок под сварку швов стыковых соединений из сталей, сплавов на железоникелевой и никелевой основах, меди, медно-никелевого сплава, меди и медно-никелевого сплава с латунью и бронзой и др. (ГОСТ 5264, ГОСТ 16038, ГОСТ 14771 и др., условное обозначение шва сварного соединения С17). Данные конструкции узлов подготовки кромок могут быть применены при сварке швов стыковых соединений меди и ее сплавов со сталью. Однако применение этих конструкций узлов подготовки кромок приводит к значительному расплавлению стали, существенному переходу железа в металл шва, образованию в нем новой хрупкой и твердой фазы на основе железа, что вызывает снижение ударной вязкости и пластических свойств сварных соединений. Поэтому для сварки швов стыковых соединений меди и ее сплавов со сталью целесообразно применять конструкцию узла подготовки кромок под сварку, обеспечивающую пониженную степень расплавления стали.
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является принятая нами за прототип конструкция узла подготовки кромок под сварку по патенту на полезную модель №67002, зарегистрированному в Государственном реестре полезных моделей РФ 10 октября 2007 г., включающая скос кромок, подлежащих сварке, притупления кромок и зазор между ними, отличающаяся тем, что кромки на свариваемой детали из разных материалов выполнены асимметрично относительно друг друга, при этом кромка детали из меди или ее сплава, подлежащая сварке, выполнена в виде прямолинейного наклонного среза и выступа толщиной 3-4 мм в нижней части кромки, а величина притупления кромки на стальной части детали равна толщине выступа на медной части детали.
При применении указанной конструкции узла подготовки кромок для сварки швов стыковых соединений меди и ее сплавов со сталью обеспечивается уменьшение степени расплавления стали и количества выделений в шве твердой и хрупкой фазы на основе железа.
Однако при сварке меди или ее сплавов со сталью с применением конструкции узла подготовки кромок по прототипу, при которой кромки на свариваемой детали из разнородных материалов выполнены асимметрично относительно друг друга (кромка детали из меди или ее сплава помимо прямолинейного наклонного среза имеет выступ толщиной 3-4 мм и длиной 3-4 мм, а на кромке детали из стали такой выступ отсутствует), сварочная ванна при перемещении с выступа на детали из меди или ее сплава к стали сразу же после зазора между свариваемыми деталями натекает на наклонный срез стальной детали, что затрудняет смачивание стали жидким металлом сварочной ванны по всей поверхности ее контакта со сталью и может привести к несплавлению в отдельных участках сварного соединения между металлом шва и сталью.
Техническим результатом полезной модели является создание конструкции узла подготовки кромок под сварку швов стыковых соединений меди и ее сплавов со сталью, при применении которой обеспечиваются как пониженная степень расплавления стали, так и исключение несплавлений в отдельных участках сварного соединения между металлом шва и сталью.
Технический результат достигается за счет того, что в конструкции узла подготовки кромок под сварку стыковых соединений меди или ее сплавов со сталью, включающей кромку детали из меди или ее сплава, подлежащую сварке, выполненную в виде прямолинейного наклонного среза и выступа длиной 3-4 мм и толщиной 3-4 мм в нижней части кромки, и кромку детали из стали, подлежащую сварке, выполненную в виде прямолинейного наклонного среза, согласно полезной модели свариваемая кромка на стальной детали выполнена в виде прямолинейного наклонного среза и дополнительного выступа длиной 3-4 мм, расположенного в нижней части кромки, при этом кромки, подлежащие сварке на обеих свариваемых деталях из разнородных металлов расположены симметрично друг относительно друга, однако толщина выступа на детали из меди или ее сплава составляет 3-4 мм, а толщина выступа на детали из стали на 0,5-1,0 мм меньше толщины выступа на детали из меди или ее сплава, при этом наклонный срез на детали из стали сопряжен с выступом на этой детали радиусом 4-5 мм.
На фигуре показана конструкция узла подготовки кромок под сварку швов стыковых соединений меди и ее сплавов со сталью по предлагаемой полезной модели. Конструкция состоит из следующих элементов:
1 - скос кромки на стали; 2 - скос кромки на меди или медном сплаве; 3 - выступ на меди или медном сплаве; 4 - выступ на стальной кромке; 5 - зазор между кромками; R - радиус сопряжения между плоской частью выступа и наклонным срезом кромки из стали.
Толщины выступов 3-4 мм на меди или медном сплаве и на 0,5-1,0 мм меньше на стали взяты для предотвращения прожога при сварке деталей. Длина выступа 3-4 мм на меди или медном сплаве взята для возбуждения дуги, создания сварочной ванны из расплавленной меди или ее сплава и присадочного материала и обеспечения возможности ее перемещения к стали; выступ на стали длиной 3-4 мм взят для более быстрого нагрева стали жидким медным сплавом из сварочной ванны, обеспечения смачивания стали жидким металлом сварочной ванны и его течения по стали до сопряжения радиусом 4-5 мм между прямолинейным наклонным срезом и выступом на стали, смачивания зоны сопряжения и частично (на высоту сварочной ванны) прямолинейного наклонного среза на стали. Меньшая на 0,5-1,0 мм толщина выступа на стали взята для обеспечивания плавного натекания жидкого металла сварочной ванны с меди или ее сплава на сталь.
Конструкция узла подготовки кромок под сварку швов стыковых соединений меди или ее сплавов со сталью работает следующим образом. На выступе (3) из меди или ее сплава возбуждают сварочную дугу и создают сварочную ванну за счет расплавления основного металла из меди или ее сплава и присадочного металла. Поддерживая непрерывное горение дуги между неплавящимся электродом и сварочной ванной, перемещают сварочную ванну через зазор (5) на выступ (4) из стали и по этому выступу (4) до зоны сопряжения радиусом R выступа с наклонным срезом кромки на стали и наклонного среза кромки (1) на стали, препятствуя расплавлению стали дугой, и после смачивания жидким металлом сварочной ванны зоны сопряжения между выступом и скосом кромки и скоса стальной кромки на высоте перемещающегося жидкого металла сварочной ванны перемещают сварочную ванну обратно. Указанным образом совершают возвратно-поступательное движение сварочной ванны и дуги между кромками до полного формирования сварного шва между медью или медным сплавом и сталью.
При использовании предложенной полезной модели конструкции узла подготовки кромок под сварку шва сварного соединения меди или ее сплавов со сталью между дугой и сталью имеется слой жидкого металла сварочной ванны, препятствующий контакту сварочной дуги с поверхностью стали, что приводит к уменьшению степени расплавления стали и, следовательно, к количеству выделений фазы на основе железа в шве. Благодаря этому ударная вязкость металла шва оказывается значительно более высокой, чем при сварке с более высокой степенью расплавления стали. А за счет нагрева и хорошего смачивания стали жидким металлом сварочной ванны и ее нормального течения по выступу на стали обеспечивается отсутствие несплавлений между металлом шва и сталью.
Технико экономическим результатом полезной модели является повышение по сравнению с прототипом качества шва сварного соединения меди или ее сплавов со сталью, отсутствие несплавлений между металлом шва и сталью, уменьшение затрат на исправление дефектов шва.