Полный текст

В качестве источников тепла для реализации подогрева при сварке чаще всего используется газовое пламя, а также индукционные нагреватели промышленной частоты, электрические нагреватели сопротивления, плазменные струи [1-6]. Эти способы подогрева наряду с определенными достоинствами обладают одним существенным недостатком - подогрев реализуется как отдельный технологический процесс, разделенный по времени от воздействия сварочного источника тепла. Трудоемкость подогрева в этих случаях зачастую превышает трудоемкость сварки. Исходя из вышеизложенного, можно сказать, что совершенствование технологии подогрева при сварке и использование новых источников тепла для подогрева являются актуальными задачами в сварочном производстве [7-10]. Целью настоящей работы является исследование возможности реализации такого варианта электродуговой сварки с подогревом, при котором тепло от источника подогрева вводится соосно со сварочным источником и суммируется с теплом сварочной дуги. Источник тепла для подогрева перемещается синхронно со сварочным источником тепла. С целью реализации такой схемы в качестве источника тепла для подогрева используют токи высокой частоты, генерируемые в кольцевом многовитковом индукторе, закрепленном на сварочной горелке соосно с электрической дугой [11]. Одним из основных достоинств высокочастотного индукционного подогрева являются существенно меньшие энергетические затраты по сравнению с другими известными способами подогрева [12]. Блок-схема устройства для реализации высокочастотного индукционного подогрева при сварке представлена на рис. 1. Устройство состоит из сварочной горелки электродуговой сварки 1, высокочастотного кольцевого индуктора 2, закрепленного соосно со сварочной дугой на сварочной горелке 1, источника питания сварочной дуги 3, источника питания высокочастотным переменным током 4 многовиткового индуктора 2, свариваемой детали 5. Локальная зона нагрева свариваемого изделия от действия высокочастотного индукционного источника представляет собой кольцо, которое повторяет форму поперечного сечения индуктора шириной, равной диаметру витка кольцевого индуктора (рис. 2). Такой кольцевой источник нагрева может быть представлен в виде 3 секторов (рис. 3). Передний сектор 1 расположен перед электрической дугой и сварочной ванной 4. Его тепло обеспечивает предварительный подогрев. Два участка среднего сектора 2, перемещающегося по бокам электрической дуги, обеспечивают сопутствующий подогрев свариваемой детали; задний сектор 3 выполняет функцию послесварочного подогрева (термообработки) металла шва 5 и зоны термического влияния. Рис. 1. Блок-схема для реализации высокочастотного подогрева при сварке Рис. 2. Локальная зона нагрева от действия высокочастотного индуктора Рис. 3. Схема нагрева свариваемой детали от действия высокочастотного индукционного источника нагрева Варьирование частоты и мощности электрического тока источником питания многовиткового индуктора позволяет в значительных пределах регулировать температуру и размеры локальных зон нагрева кольцевого источника тепла. Экспериментальное подтверждение эффективности предполагаемого варианта технологии сварки с использованием высокочастотного подогрева как эффективного средства повышения стойкости против образования холодных трещин при сварке закаливающихся сталей проводилось в условиях автоматической сварки под флюсом и аргонодуговой сварки неплавящимся электродом. Для этого производилась сварка соединений в виде технологической пробы, применяемой для качественной оценки стойкости к холодным трещинам при сварке[1] [13-22]. Технологическая проба представляет собой стыковое соединение пластин размером 100×80×10 мм, предварительно приваренных по всему контуру к жесткому основанию (рис. 4). Для инициирования холодной трещины в соединении служил концентратор напряжения в виде непровара. В качестве материала для контрольных соединений использовалась высокоуглеродистая низколегированная сталь марки 60С2 (ГОСТ 14959-79). Рис. 4. Схема технологической пробы Сварку соединений выполняли за 1 проход. Для автоматической сварки применялся флюс марки АН-348А, сварочная проволока Св-08 диаметром 1,6 мм. Параметры режима: сварочный ток 270-280 А, напряжение на дуге 27-28 В, скорость сварки 26 м/ч. Режим аргонодуговой сварки: сварочный ток 180-190 А, напряжение на дуге 9-10 В, скорость сварки 7 м/ч, расход защитного газа, аргона, 12 л/мин, диаметр вольфрамового электрода 2,4 мм. В условиях обоих методов сварки выполнялась серия из 3 образцов без подогрева и с высокочастотным индукционным подогревом. Параметры индукционного подогрева: частота переменного электромагнитного поля 60 кГц, электрическая мощность 3 кВт. После завершения сварки пробы выдерживали при комнатной температуре не менее 3 сут. Наличие трещин фиксировали путем визуального контроля. Трещины возникали в образцах, сваренных без подогрева в течение 2-3 ч после полного охлаждения (рис. 5). Изломы поверхностей трещин имели характерный металлический блеск, что позволило их уверенно отнести к классу холодных трещин. а б Рис. 5. Результаты сварки технологической пробы без подогрева: а - автоматическая сварка под флюсом; б - автоматическая аргонодуговая сварка неплавящимся электродом Во всех сварных соединениях проб, выполненных в условиях высокочастотного подогрева, трещины отсутствовали (рис. 6). а б Рис. 6. Результаты сварки технологической пробы с высокочастотным индукционным подогревом: а - автоматическая сварка под флюсом; б - автоматическая аргонодуговая сварка неплавящимся электродом Выводы 1. Применение высокочастотного индукционного подогрева эффективно для повышения сопротивляемости образованию холодных трещин во время сварки сталей при относительно малых энергозатратах по сравнению с традиционными способами подогрева. 2. Закрепление индуктора для высокочастотного нагрева соосно со сварочной дугой на сварочной горелке обеспечивает формирование в свариваемом изделии кольцевого пятна нагрева, что позволяет реализовать за 1 проход одновременно предварительный, сопутствующий и послесварочный подогрев при сварке.

Об авторах

А. С Орлов

Воронежский государственный технический университет

А. С Померанцев

Воронежский государственный технический университет

С. В Сизинцев

Воронежский государственный технический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 50

PDF (Russian) - 51

Ссылки

• Ссылки не определены.