Способ дуговой сварки

 

СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ, включающий подогрев сформированного шва, отличающийся тем, что, с целью иредотвращения образования горячих трещин в металле шва при сварке закаливающихся сталей, подогрев осуществляют локально до температуры ниже те.мпературы п,1авления на участке щва, температура которого находится в пределах температурного интервала хрупкости. (Л 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1109280 з(5у B 23 К 9/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3224505, 25-27 (22) 29.12.80 (46) 23.08.84. Бюл. ¹ 31 (72) В. Г. 11!умилин, В. A. Кархин, М. И. Рахман и К. Ч. Гатовский (53 ) 621. 791 ..75 (088.8 ) (." 6) Лвторс кое свидетельство СССР

Хе 5255!1, кл, В 23 К 9/00, 1974.

2..злторское свидетельство СССР л 452456, кл. В 23 К 9/00, 1972 (прото(54) (57) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ, включающий подогрев сформированного шва. отличающийся тем, что, с целью предотвращения образования горячих трещин в металле шва при сварке закаливающихся сталей, подогрев осуществляют локально до температуры ниже температуры плавления на участке шва, температура которого находится в пределах температурного интервала хрупкости.

1109280

10

20

40

Изобретение относится к технологии дуговой сварки и может быпгь использовано при изготовлении толстостенных сварных конструкций различного назначения из закаливающихся сталей при сварке их преимущественно в щелевую разделку.

Известен способ сварки закаливающихся сталей, при котором совместно с аустенитными сварочными материалами с целью повышения стойкости металла и предотвращения образования горячих трещин применяют дополнительный присадочный материал феррито-перлитного класса, вводимый в хвостовую часть сварочной ванны (1).

Недостатком способа является то, что необходимый запас пластичности наплавленного металла создается при помощи применения металлического порошка или проволоки с повышенным содержанием легирующих элементов, что повышает стоимость сварного шва и усложняет технологическии процесс. Указанный способ имеет также ограничения по производительности, так как количество вводимого дополнительного материала определяется запасом тепла перегрева металла сварочной ванны. Кроме того, при наличии большого количества примесей не исключено образование горячих трещин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к известному способу является способ, при котором с целью предупреждения образования трещин в сварном шве осуществляют сопутствующий подогрев свариваемых изделий, при этом нагрев изделий ведут пропусканием «ерез них электрического тока в направлении, перпендикулярном оси шва, а силу тока изменяют пропорционально площади продольного сечения шва (2) .

При использовании известного способа для сварки изделий из закаливающихся сталей сопутствующий подогрев уменьшает градиент температуры на границе сплавления и создает деформацию равномерного расширения всей сварной конструкции, включая и сварной шов. Деформация усадки металла шва разрушает межкристаллитные прослоики и приводит к образованию горячих трещин.

Возникающие от сопутствующего подогрева в известном способе деформации равномерного расширения всего изделия и сварного шва в период кристаллизации сварочной ванны накладываются на деформацию растяжения от усадки расплавленного металла, что способствует образованию горящих трещин.

Кроме того, если известным способом свариваются изделия из предварительно закаленной стали, то в результате сопутствующего подогрева свариваемых изделий возможно появление структурных изменений в сварном соединении, которые приведут к изменениям его механических своиств, а при сварке протяженных и крупнокалиберных швов энергоемкость сопутствующего подогрева существенно превысит энергоемкость непосредственно процесса сварки, что приводит к увеличеник) стоимости всего процесса.

Таким образом, недостатком известного способа дуговой сварки является невозможность предотвращения образования горячих трещин в металле шва при сварке закаливающихся сталей.

Целью изобретения является предотвращение образования горячих трещин в металле шва при сварке закаливающихся сталей.

Эта цель достигается тем, что согласно спосооу дуговой сварки, включаюгцему подогрев сформированного шва, подогрев осуществляют локально до температуры ниже температуры плавления на участке шва, температура которого находится в пределах температурного интервала хрупкости.

Выполнение сопутствующего подогрева локально на определенном участке шва, находящегося в температурном интервале хрупкости, создает деформацию расширения металла только на этом участке шва и, таким образом, предотврагцает образование горячих трещин.! !оскольку основной металл препятствует расширению металла шва, в последнем возникают напряжения сжатия. В результате сообщения rloдогреваемому участку шва

oIIpe;reленного количества энергии возникающие усилия сжатия превышают растя, ивающие усилия, возникаюгцие при усадке кристалloB, и, тем самым, предотвращают разрушение жидких или твердых межкристаллитных прослоек. При сварке изделий из предварительно закаленного металла структура основного металла не изменяется, а энергоемкость сопутствуюгцего по d or pena значительно меньше энергии сварочной дуги, что уменьшает стоимость процесса сварки по сравнению с известным.

На фиг. 1 показана схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 — графики кинетики деформаций металла II:âà.

Устройство содержит плавягцийся электрод 1 и IIBI реватель 2 для сопутствующего

IIozor рева участка шва 3, установленного сзади электрода 1 по ходу его движения.

В качестве нагревателя 2 использук)т электрическую ду гх неплавящегося электрода, иетлезой индуктор, газовуro горелку и т. и.

Способ заключается в следующем.

После зажигания дуги между электродом 1 и свариваемым изделием 4 электрод начинаю г перемещать вдоль щелевой разделки. В результате плавления электрода 1 и стыкуемых кромок изделия 4 образуется сварочная ванна 5, при кристаллизации которой образуется сварной шов 6, при этом участок шва 3 находится в температурном интервале хрупкости.

1109280 т с,е

l8!

ВНИИПИ Заказ 568!/! Тираж !037 Подписное

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

На участке шва 3 включают нагреватель2, который перемещают в направлении сварки вслед за перемещением электрода 1.

Экспериментально определено, что тепловая энергия, сообщаемая нагревателем 2 участку 3, равная 0,12 — 0,20 энергии дуги электрода 1 создает тепловое расширение, вызывающее усилия сжатия, превышающее растягивающие усилия от кристаллизации металла шва. Превышение напряжений сжатия над растягивающими напряжениями от кристаллизации объясняется следующими причинами. После затвердевания металла шва его температура, характеризуемая зависимостью 7 (фиг. 2) понижается, что создает отрицательные температурные деформации, характеризуемые зависимостью 8.

В результате взаимодействия температурных деформаций шва 8 с температурным деформациями основного металла (не показаны) в металле шва возникают пластические деформации, характеризуемые зависимостью 9.

Сумма температурных деформаций 8 и пластических деформаций 9 представляет собой полную деформацию металла шва, характеризуемую зависимостью 10. 3а время пребывания шва в начале участка 3, находящегося в температурном интервале хрупкости, образуется приращение пластической деформации 11. Когда металл сварочной ванны 5 остывает до температур участка 3, то от воздействия на него нагревателя 2 температура участка 3 изменяется согласно зависимости 12, что вызывает появление полной деформации, представленной зависимостью

13. Полная деформация 13 является суммой температурных деформаций, характеризуемых зависимостью 14, и пластических деформаций, характеризуемых зависимостью 15.

Приращение 16 полных деформаций 13 в температурном интервале хрупкости больше приращения 17 полных деформаций 10. В результате этого приращения 18 пластических деформаций 15 уменьшается или даже меняет знак, что и предотвращает образование трещин.

Пример. Проводится дуговая сварка плит из закаленной стали марки 30 X 2Н2М толщиной 80 мм за 16 проходов в щелевую разделку 11 мм с применением сварочной проволоки марки ЗСв10 X 20Н7С. Сварка ведется на постоянном токе обратной полярности при U = (29 — 32) В, J = (380 — 400) Л при скорости сварки 20 м/ч в среде защитного газа. На расстоянии 65 мм от оси основного электрода установлен нагреватель в виде неплавящегося электрода, на который

20 подается постоянный ток силой 110А и напряжением 20В.

В результате сварки плит с локальным нагревом участка шва в каждом проходе получен сварной шов без видимых наружных дефектов. При исследовании микрошлифов сварного соединения горячих и холодных трещин не обнаружено, а ширина зоны термического влияния не превышает ширины зоны при сварке без сопутствующего подогрева.

Использование предлагаемого способа дуговой сварки обеспечивает предотвращение образования горячих трещин в металле шва.