Способ контактной стыковой сварки

 

I. СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СЕАРКИ, при котором осуществляют оплавление свариваемых торцов, чередуя цикл с паузой, увеличивая и уменьшая в цикле скорость сближения свариваемых торцов, и последующую осадку, отличающийся тем, что, с целью улучшения ка .чества сварки при coeJiHHeHHH полос, продолЖитьность каждой паузы постепенно от цикла к циклу сокращают от 0,2 до 0,007 с. а затем за 1-2 с до начала осадки плавно в течение, а затем за 1-2 с до начала осадки плавно переходят к непрерывному сближению полос. 2. Способ по п. I, отличающийся тем, что величину перемещения полос за один цикл постепенно уменьшают от. цикла к циклу в интервале 0,15-0,025 мм.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОткРытий (21 ) 34 18467/25-27 (22) 05.04.82 (46) 23.02.84. Бюл. № 7 (72) Н. С.-Кабанов, М. Ф. Кареев, А. Ф. Новицкий, Б. А. Рысс, А. В. Пискунов и Н. А. Стрекалин (7l ) Всесоюзный ордена Ленина научноисследовательский .и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения. (53) 621.791.762.5(088.8) . (56) I. «Автоматическая сварка, 1974, № 2, с. 12 — 15. . 2. Авторское свидетельство СССР № 226745, кл. В 23 К 11 / 04, 1963, 3. Авторское свидетельство СССР № 633689, кл. В 23 К II 04, 1977 (прототип).

„.SU„„1074683 А (54) (57) 1. СПОСОБ КОНТАКТНОЙ CTblK0BOPI СВАРКИ, при котором осуществляют оплавление свариваемых торцов, чередуя цикл с паузой, увеличивая и уменьшая в цикле скорость сближения сваринаемых торцов, и последующую осадку, отличающийся тем, что, с целью улучшения ка.чества сварки при соединении полос, продолжитьность каждой паузы постепенно от цикла к циклу сокращают от 0,2 до 0,007 с, а затем за 1 — 2 с до начала осадки плавно в течение, а затем за 1 — 2 с до начала осад. ки плавно переходят к непрерывному сближению полос.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величину перемещения полос за один цикл постепенно уменьшают от. цикла к циклу в интервале 0,15 — 0,025 мм. 3

1074683

Изобретение относится к сварке и может быть использовано в металлургии и машиностроении, преимущественно для контактной стыковой сварки оплавлением тонких полос и других изделий развитого сечения из нержавеющих, жаропрочных сталей и сплавов.

Известен способ контактной стыковой сварки непрерывным оплавлением полос из углеродистых и конструкционных сталей !1), Однако способ не .всегда пригоден для ,сварки нержавеющих жаропрочных сталей из-за невозможности обеспечения требуемого распределения температур вблизи торцов перед осадкой.

Известен способ контактной стыковой сварки оплавлеиием, при котором скорость оплавления периодически, через равные промежутки времени кратковременно повышают !2).

Недостатком способа при реализации его на полосах является то, что кратковременное повышение скорости оплавления через равные промежутки времени, без учета стадий и скоростей непрерывного оплавления, приводит к нарушению устойчивости процесса оплавления, проявляющееся либо в закорачиваниях торцов, либо в выбросе крупных об ьемов нагретого металла с образованием глубоких кратеров на торцах.

Даже кратковременное (0,02 с) нарушение устойчивости оплавления, особенно перед осадкой, приводит к заметному снижению качества сварного соединения, а выброс крупных объемов нагретого металла снижает эффективность нагрева торцов при оплавлении и получение необходимого для достижения высокого качества равномерного слоя расплава на торцах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ контактной стыковой сварки, при котором осуществляют оглавление свариваемых торцов, чередуя цикл с паузой, увеличивая и уменьшая в цикле скорость сближения свариваемых торцов и последующую осадку !3).

Основным недостатком известногр способа является низкое качество сварного соединения при и-.ïîëüçîâàíèè его для сварки полос, объясняющееся тем, что сближение концов деталей возобновляют только после полного выброса расплавленных частиц с образованием зазора между свариваемыми торцами. При сварке волос это приводит к нарушению газовой защиты нагретых торцов и к их окислению. а также к быстрому охлаждению концов полос. Толстые окисные пленки, например, на железе при высоких температурах образуются уже за 0,01 с. Для полного удаления образовавшихся окисных пленок из стыка температура на торцах не должна опускаться ниже температуры плавления окислов. Время охлаждения оплавленных торцов до этих температур зависит от толщины слоя расплава и градиента температур нагретых концов, а также от разницы между средними температурами оплавляемых торцов и температурами плавления окислов, При сварке полос с толщиной слоя расплава О,!в

0,3 мм время охлаждения составляет 0,02—

0,1 с, а на полосах из нержавеющих сталей разница температур нагретых торцов и плавления тугоплавких окислов меньше, и время

1О охлаждения уменьшается.

Вытеснение из стыка окисных пленок, образовавшихся при использовании известного способа контактной стыковой сварки на полосах, возможно, но для этого требуется значительное увеличение припусков и давлений осадки. В свою очередь, это приведет к большому искривлению текстуры в стыке, а также к поперечной ориентации структуры вблизи стыка и в конечном итоге — к ослаблению прочности соединения после зачистки грата.

Цель изобретения повышение качества сварки при соединении полос.

Сущность изобретения заключается в том, что повторное (последующее) сближение концов полос производят, не допуская

40 образования зазора и прекращения импульса тока. Прн кратковременном повышении скорости сближения свариваемых торцов растет поперечное сечение перемычек, из-за чего плотность тока в перемычках падает, увеличивается время их существования, т. е. большая доля тепла отводится вглубь деталей. С уменьшением плотности тока в перемычках снижается интенсивность их разрушения, в результате чего больше расплавленного металла остается на торцах, и он распределяется на торцах более равномерно. Кроме того, при повышении скорости, сближения наряду с основными перемычками появляются новые более мелкие, и среднее эффективное значение тока растет.

При уменьшении скорости сближения с

Поставленная, цель достигается тем, что согласно способу укбнтактной стыковой сварки, при котором осуществляют оплавление свариваемых торцов, чередуя цикл с паузой, увеличивая и уменьшая в цикле скорость сближения свариваемых торцов, и последующую осадку, продолжительность каждой паузы постепенно сокращают от цикла к циклу с 0,2 до 0,007 с, а затем за

1 — 2 с до начала осадки переходят к непрерывному сближению полос.

При этом величину взаимного перемещения полос за один цикл постепенно уменьшают от цикла к циклу в пределах 0,15—

0,025 мм. обеспечением паузы (остановки) разрушаются перемычки, достигшие критического размера. Остановка предупреждает залипание торцов, продолжительность оста1074б88 новки (паузы) постепенно уменьшают от цикла к циклу в пределах 0,2 — 0,007 с (что соизмеримо с длительностью существования перемычек). В начале, оплавления в холодных торцах время нагрева до взрыва перемычки составляет 0,2 — 0,1 с в зависимости от толщины полос. С нагревом торцов. растет электрическое сопротивление в контакте, снижается время, необходимое для нагрева и разрушения перемычек. Соответственно этому и уменьшают продолжительность пауз до 0,007 с вплоть до перехода к непрерывному сближению концов полос за 1 — 2 с до начала осадки. Если электрическое сопротивление свариваемого металла высокое, как, например, у нержавеющей стали, перемычки греются быстрее, поэтому кроме снижения продолжительности пауз постепенно уменьшают от цикла к циклу в nðeëåëàõ 0,15 — 0,025 мм величину взаимного сближения концов полос за . один цикл в зависимости от толщины и теплофизических свойств материала.

Таким образом; постепенное уменьшение продолжительности пауз и величины взаимного сближения концов полос от цикла к циклу при определенной электрической мощности облегчает образование и разрушение перемычек в единицу времени, усиливает глубинный прогрев и позволяет плавно перейти к непрерывному сближению концов полос. Это необходимо для обеспечения локальной устойчивости процесса оплавления, так как нарушение локальной устойчивости процесса перед осадкой даже на время 0,02 с приводит к снижению качества соединения. Соответствующий подбор электрической мощности и программ кратковременных циклических повышений и уменьшений скорости сближения свариваемых торцов с обеспечением пауз в сближении постепенного уменьшения величины взаимного сближения концов для каждой толщины и ширины полос исключают появление больших неровностей на торцах, расширяют зону нагрева, предупреждают быструю кристаллизацию расплава, и позволяют снизить припускй на оплавление и осадку на ЗОО/о. Получаемая при этом высокая пластичность сварных соединений, благодаря малому искажению структуры в стыке (из-за уменьшенной величины осадки) позволяет прокатывать полосы со сварными соединениями ..более успешно, чем после сварки непрерывным оплавлением, широко применяемой в настоящее время в металлургии. Предлагаемый способ легко реализуется на известных стыкосварочных машинах с гидравлическим приводом подвижной станины при управлении им двумя шаговыми двигателями от программаторов частот.

Рекомендуемый диапазон продолжительности пауз в сближении торцов свариваемых полос с 0,007 до 0,2 .с охватывает сварку полос толщиной 2 — 8 мм, Это.

25 разно, так как процесс приближается к непрерывному оплавлению и эффективность подогрева свариваемых концов полос снижается.

Для обеспечения локальной. устойчивости процесса оплавления и, тем самым, уменьшения вероятности закрытия зазоров при прекращении оплавления в момент пауз, непрерывное сближение концов полос доста35

40 потребует больших припусков и на осадку.

При этом для сталей с высоким электричЕским сопротивлением, например нержавеющих, одновременно с уменьшением длительности пауз от цикла к циклу рекомендуется уменьшать и величину взаимного сбли45 жения концов полос в пределах 0,15—

0,025 мм.

Взаимное сближение полос за цикл на величину более 0,15 мм нецелесообразно, так как в этом случае возможно закорачивание торцов с образованием глубоких кратеров при выбросе расплавленного металла, затрудняющих качественное формирование соединений без больших припусков на осадку. При величине сближения менее чем

0,025 мм нагрев неинтенсивен, так как сближение .в этом случае происходит практи. чески непрерывно из-за демпфирования гидравлической системы перемещения подвижной станины стыкосварочной машины.

15 обусловлено длительностью существования образующихся металлических иерем ы:и к, а также условиями. охлаждения торцов, которые связаны с толщиной полос.

При этом для всего диапазона толщин полос проложительность начальной паузы в сближении концов полос устанавливают одинаковой и равной верхнему значению иэ указанного интервала пауз, т. е. 0 2 с:

Продолжительность же конечной паэуы перед непрерывным сближением концов полос устанавливают. различной в зависимости от толщины полос. Для более толстых из вышеуказанного интервала толщин полос она должна быть ближе к верхнему пределу, для тонких — к нижнему (0,007 с) а для полос средней толщины (4 — 5 мм)— в середине интервала.

Продолжительность начальной паузы более 0,2 с устанавливать нецелесообразно, так как при сварке даже толстых полос в этом случае тепловыделение в контакте соизмеримо с теплоотдачей в Электроды и атмосферу.

Длительность конечных пауз менее

0,007 с даже на тонких полосах нецелесообточно производить за 1 с до начала осадки.

При длительности непрерывног.. сближения более 2 с увеличивается необходимый припуск на оплавление и, вместе с тем, сужается эона нагрева, полученная при шаговом сближении концов полос иэ-за выброса из зазора перегретого металла, что!

074683

Предлагаемый

О, 2-0, 02 О, 05-0, 025 (Оптимальный режим) 180

0,2-0,007 0,05-0,025

110-120

90-95

1 10 3

О, 2-0, 02 О, 05-0, 020 1 10 3

0,2-0, 02 0,2

Составитель Л. Лапина

Редактор A. Козориз Texpeë И. Верее Корректор О. Билак

Заказ 204/l3 Тираж 103т Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж--35. Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r У ж гeоoр о д, ул. Проектная. 4

Сварка в лабораторных условиях полос из сплава ЭИ435 толщиной 3 мм и шириной 400 мм проводится на режиме с постепенными уменьшением пауз от 0,2 до 0,02 с и снижением величины взаимного сближения концов полос от 005 до 0,025 мм при 40 циклах повышения и уменыпения скорости сближения. Припуски на onлавление и осадку составляют !О и 3 мм соответственно.

Образцы, вырезанные нз сое/1инений. сваренных на этом режиме, выдерживают без

Известный Непрерывное оплавление

Предлагаемый способ эффективен не только для нержавеющих, но и для низкоуглеродИстых полос, тем более что может быть легко реализован на работающих сварочных машинах. При сварке полос из низкоуглеродистых сталей толщиной 2,8 — 4 мм и шириной 900 — l900 мм предлагаемым споразрушения угол загиба на !80". Образны, сваренные на обычном режиме, разрушаются при углах загиба 40 — -бО . Угол за, гиба сварных соединений, как показывает опыт прокатки, наиболее близко коррелирует г их прокатываемостыо.

Результаты выполнения способа на оптимальном режиме при сварке полос из сплава ЭИ435 толшиной 3 мм н шириной

400 мм представлены в таблице.

Процесс перекрытия в начальной стадии из-за закорачивания торцов

12 10 3 40-60 собом повышает прокатываемость сварных соединений без обрывов с 95--9б"/о, что увеличивает выход годного металла, повышает производительность станов и уменьшает расход валков и электроэнергии. Годовой эффект от внедрения нового способа 200 тыс. руб.