| Пріоритети: | Використання: при індукційному зварюванні сталевих виробів з відбортованими кромками по контуру отворів. Сутність винаходу: відбортовані кромки нагрівають у високочастотному електромагнітному полі. Кромки відгинають, зберігаючи максимальний технологічний проміжок між ними рівним 0,25 - 1,2 товщини листа і перевищення зовнішньої кромки над внутрішньою 0,5 - 2 товщини листа. Зварювальний контур розташовують у горизонтальній площині, а індуктор розміщують усередині контуру, що зварюється. Винахід дозволяє отримувати якісне зварне з'єднання шляхом переведення процесу зварювання в кращу нижнє або стельове положення. 3 іл.
Малюнки до патенту Україна 2031762
Винахід відноситься до технологічного процесу отримання нероз'ємного з'єднання деталей машин, а саме способу індукційного зварювання сталевих виробів з відбортованими кромками по контуру отворів.
Найбільш успішно винахід може бути застосовано для зварювання штампованих виробів масового виробництва, наприклад, секцій радіаторів між собою, сильфонів і т.д. із тонколистових матеріалів (0,5-3 мм).
Відомий спосіб високочастотного зварювання за відбортованими кромками методом їх розплавлення з примусовим формуванням шва за допомогою ізолюючих високотемпературних матеріалів [1].
Спосіб вимагає застосування спеціальної високотемпературної кераміки, що витримує термоудар при зіткненні з рідким металом. При зварюванні виробів складної конфігурації утруднено або взагалі неможливо застосування формуючих пристроїв.
Найбільшблизьким до винаходу технічним рішенням, прийнятим за прототип є спосіб зварювання плавленням [2]. Спосіб полягає в індукційному зварюванні плавленням відбортованих кромок металевих виробів з листових матеріалів, при якій кромки, що зварюються, розводять на глибину від однієї до трьох товщин листа від торців кромок, при цьому кут розкриття їх становить 10-120 про . Оскільки торці кромок, що зварюються, звернені до індуктора, розведені між собою, то одночасно з нагріванням торців нагріваються і внутрішні бічні поверхні розкритої частини кромок, що підвищує ефективність нагрівання.
Цей спосіб забезпечує стійке формування ванни, а отже отримання якісного зварного шва тільки в стельовому і нижньому положенні шва. При зварюванні виробів по замкнутому контуру у зазначеному положенні можуть виявитися лише окремі ділянки зварного шва. Так, при вертикальному положенні площини контуру зварювання це лише нижня та верхня ділянки. При горизонтальному положенні площині контуру зварювання весь шов формується горизонтальному положенні зварювання, тобто. відсутні ділянки з стельовим та нижнім положенням зварювання. У цьому випадку розплавлений метал прагне стекти з розведених кромок, і чим більше кут розведення кромок, тим більша ефективність введення енергії, але гірші умови для утримання ванни рідкого металу на торцях кромок, що зварюються.
Однак найчастіше технологічно невиправдано, а іноді і неможливо проводити зварювання в стельовому і нижньому положенні, а за умовами технології зварювання, виходячи з конструктивних особливостей ряду виробів, найбільш переважно і часто зустрічається саме горизонтальне положення контуру зварювання, при якому спосіб-прототип не може забезпечити якісне формування шва.
В основу винаходупоставлена задача створити спосіб індукційного зварювання плавленням по відбортованим кромкам з таким технологічним прийомом, який забезпечував би отримання якісного зварного з'єднання при горизонтальному положенні контуру зварювання шляхом переведення процесу зварювання в найбільш переважне нижнє або стельове положення.
Поставлене завдання вирішується тим, що за способом зварювання плавленням виробів з тонколистових матеріалів по відбортованим кромкам, які нагрівають у високочастотному магнітному полі, створюваному індуктором, згідно винаходу кромки, що зварюються попередньо відгинають, зберігаючи технологічний зазор між ними рівним 0,25-1,2 і перевищення зовнішньої кромки над внутрішньою кромкою в інтервалі 0,5-2 товщини листа при забезпеченні еквіпотенційності електромагнітного поля на торцях кромок, потім поєднують кромки зварюваного контуру, який розташовують в горизонтальній площині, при цьому індуктор розміщують всередині контуру, що зварюється.
Така реалізація способу забезпечує стійке формування зварного шва та його високу якість за рахунок наступного фізичного фактора. Введений в отвір, утворений відбортованими і поєднаними по контуру, що зварюється, кромками, кільцевий індуктор створює нерівномірне електромагнітне поле. У загальному випадку, якщо розведені згідно способу-прототипу кромки загнути в районі вершини кута розведення, тим самим перевести процес зварювання в нижнє або стельове положення, то кромка, розташована ближче до індуктора, нагрівається інтенсивніше, ніж зовнішня. Це призводить до більш раннього оплавлення торця внутрішньої кромки та стікання розплавленого металу убік від контуру зварювання.
Однак стійке формування ванни забезпечується при одночасному оплавленні обох кромок або трохибільш ранньому оплавленні зовнішньої кромки, що забезпечує стікання розплавленого металу з її торця в проміжок між кромками. При зіткненні рідкого металу, отриманого від розплавлення зовнішньої кромки, з оплавленим торцем внутрішньої кромки за рахунок змочувального ефекту утворюється єдина ванна розплавленого металу по контуру зварювання.
Встановлено, що незалежно від того, яку конфігурацію має відбортовка (радіусну, під кутом або паралельно один одному), основною умовою, що забезпечує більш раннє нагрівання зовнішньої кромки, є наявність певного технологічного зазору і різновисотності кромок.
Одночасне оплавлення торців кромок забезпечується за умови дотримання умови еквіпотенційності електромагнітного поля в зоні їх розміщення при забезпеченні максимального ККД системи індуктор-кромки (він визначається мінімально можливим за умовами електричного пробою зазором між індуктором і кромками). Це забезпечується при розташуванні індуктора над обома торцями кромок у нижньому положенні зварювання або під обома торцями в стельовому положенні зварювання та при перевищенні зовнішньої кромки над внутрішньою в інтервалі від 0,5 до 2 товщин листа. При виконанні різновисотності менше ніж 0,5 товщини листа виникає ефект екранування зовнішньої кромки від впливу електромагнітного поля, що погіршує стабільність процесу формування ванни. При виконанні різновисотності вище, ніж 2 товщини листа посилюється нерівномірність нагрівання кромок щодо один одного і розплавлений метал із зовнішньої кромки стікає на недостатньо нагріту внутрішню кромку, що також негативно впливає на стабільність формування єдиної ванни рідкого металу.
Виконання технологічного зазору менше, ніж 0,25 товщини листа призводить до того, що краплярозплавленого металу із зовнішньої кромки не проникає в зазор, а утворює наплив на торець внутрішньої кромки, що призводить до непровару кореня шва. Крім того, малий технологічний проміжок погіршує умови складання деталей перед зварюванням. Збільшення технологічного проміжку більше, ніж 1,2 товщини листа погіршує умови зливання розплавленого металу кромок в єдину ванну.
На фіг. 1-3 представлені варіанти реалізації способу, де на фіг.1 кромки мають отбортовку під різними кутами; на фіг.2 кромки мають радіусну отбортовку; на фіг.3 кромки отбортованны паралельно один одному.
Зовнішню кромку 1 і внутрішню кромку 2 відбортовують таким чином, що між ними забезпечують технологічний проміжок, максимальна величина якого дорівнює 0,25-1,2 товщини листа, а перевищення зовнішньої кромки 1 над внутрішньою кромкою 2 становить 0,5-2 товщини листа. Деталі поєднують по контуру, що зварюється, всередині якого розміщують загальновідомий зварювальний індуктор 3. При цьому зварюваний контур, а відповідно і робочий виток індуктора розташовують в горизонтальній площині.
На індуктор подають імпульс енергії, порушуючи цим високочастотне електромагнітне поле, під впливом якого починається оплавлення кромок. Рідкий метал стікає із зовнішньої кромки, зливається з металом внутрішньої кромки, заповнює порожнину між кромками та утворює єдину ванну розплавленого металу, який після припинення подачі енергії на індуктор застигає, утворюючи єдиний "валик".
Прикладом, що підтверджує можливість здійснення способу є зварювання секцій радіаторів між собою по замкнутому контуру отворів в деталях, виготовлених з листа низьковуглецевої сталі товщиною = 1 мм. Відбирання здійснюють згідно фіг.2. Зовнішню кромку 1 відгинають радіусом R 3 на висоту 5-6 мм.Внутрішню кромку 2 відгинають радіусом R 5 на висоту 3,5-4,5 мм. Таким чином, при суміщенні кромок по контуру, що зварюється, технологічний зазор становить 0,8-1 мм. Перевищення зовнішньої кромки над внутрішньою кромкою 2 становить 1,5 мм. Вводять всередину зварювального контуру, довжина якого становить 150 мм, індуктор, який подають імпульс зварювального струму частотою 440 Гц. Краї оплавляються, утворюється ванна рідкого металу, яка після припинення подачі струму на індуктор кристалізується з утворенням зварного шва. Висота шва становить 1 мм, весь процес триває 3 с.
Отриманий шов має високу якість, відповідає вимогам герметичності, що висуваються до виробів, що працюють під тиском. У ньому відсутні непровари та напливи. При цьому процес зварювання здійснюється в найкращому стельовому або нижньому положенні шва при горизонтальному розташуванні контуру зварювання.
За пропонованим способом швидкість зварювання в 4-5 разів вище, ніж при дуговій при виготовленні аналогічних виробів, при цьому він не вимагає застосування присадних матеріалів і має низьке енергоспоживання.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
СПОСІБ ЗВАРЮВАННЯ ПЛАВЛЕННЯМ ЛИСТОВИХ ДЕТАЛІВ ПО ВІДБОРТУВАНИМ КРІМКАМ, які розводять відносно один одного і нагрівають у високочастотному електромагнітному полі, створюваному індуктором, що відрізняється тим, що відбортовують кромки в одну сторону відносно площини зіткнення. розміщують усередині цього контуру, при цьому зовнішню щодо індуктора крайку розташовують вище внутрішньої на 0,5 - 2,0 товщини листа, а максимальний технологічний зазор між розведеними відбортованими кромками вибирають в межах 0,25 - 1,2 товщини листа.