Способ оценки склонности сварочных материалов к образованию пор

 

1. СПОСОБ ОЦЕНКИ СКЛОННОСТИ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ К ОБРАЗОВАНИЮ ПОР, включающий укладку на пластины дозированного количества порообразующего материала, наплавку их сварочным материалом и определение минимального массового количества порообразующего материала на едини .цу длины наплавки, при котором начинают появляться поры в наплавленном металле, и установление основного критерия оценки, о т л и ч.а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точнос и оценки и снижения трудоемкости изготовления пластин, сначала порообразующий материал помещают в термопластичную оболочку, укладывают его на пластину, нагревают порообразующий материал . те с пластиной до температуры плавления термопластичной оболочки, после растекания этой оболочки по поверхности пластины последнюю охлаждают до комнатной температуры, выполняют наплавку, дополнительно определяют количество наплавленно- , го сварочного материала на единицу длины наплавки и определяют критерий оценки склонности сварочных материалов к образованию.пор как отношение минимального массового количества порообразующего материа .ла на единицу длины наплавки, при котором начинаюпоявляться поры, к количеству наплавленного сварочно . го материала на единицу длины наплавки . 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ н и с я тем, что порообразующий материал вместе с пластиной нагре о @ вают до 150 - 300°С. 3.Способ по пп. 1 и 2, о т л и (Л чающийся тем, что в качестс ве порообразующего материала берут смесь азот-, водороди кислородсодержащих компонентов. 4.Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что в смесь со ел рообразующего материала вводят компоненты с температурой плавления, большей температуры плавления свароч4ib ного материала. 5.Способ попп. 1 -4, отличающийся тем, пластины берут с различной массой и определяют дополнительный критерий оценки склонности сварочных материалов к образованию пор из следующего соотношения: . ЛС где.дС - разность значений оптимального массового количества порообразующего материала на единицу длины наплавки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 В 23 К 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3769528/25-27 (22) 10.07.84 (46) 23. 12.85. Бюл. Р 47 (71) Краматорский индустриальный институт (72) Л.И. Куплевацкий (53) 621.791.75(088.8) (56) Вопросы теории сварочных процессов. Кн. 14, M.: Машгиз, 1948, с. 175-176.

Авторское свидетельство СССР

Р 910384, кл. В 23 К 28/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 634883, кл. В 23 К 28/00, 1978. (54)(57) 1. СПОСОБ ОЦЕНКИ СКЛОННОСТИ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ К ОБРАЗОВА-

НИЮ ПОР, включающий укладку на пластины. дозированного количества порообразующего материала, наплавку их сварочным материалом и определение минимального массового количества порообраэующего материала на едини.цу длины наплавки, при котсуом на« чинают появляться поры в наплавленном металле, и установление основного критерия оценки, о т л и ч.а юшийся тем, что, с целью повышения точности оценки и снижения трудоемкости изготовления пластик, сначала порообразующий материал помещают в термопластичную оболочку, укладывают его на пластину, нагревают порообраэующий материал вместе с пластиной до температуры плав ления термопластичной оболочки, после растекания этой оболочки по поверхности пластины последнюю охлаждают до комнатной температуры, .выполняют наплавку, дополнительно

ÄÄ SUÄÄ 1199549 А определяют количество наплавленно-, го сварочного материала на единицу длины наплавки и определяют критерий оценки склонности сварочных материалов к образованию пор как отношение минимального массового количества порообраэующего материала на единицу длины наплавки, при котором начинаю" появляться поры, J к количеству наплавленного сварочно. го материала на единицу длины на-! плавки.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юI шийся тем, что порообразующий материал вместе с пластиной нагре- Ф вают до 150 — 300 С.

З

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что в качестве порообразующего материала берут С смесь азот-, водород- и кислородсодержащих компонентов.

4. Способ по пп. 1 — 3, о т л ич а ю шийся .тем, что в смесь порообразующего материала вводят ком- CO поненты с температурой плавления, C© большей температуры плавления свароч- ф ного материала. 4йв

5. Способ по пп. 1 — 4, о т л и— ч а ю шийся тем, пластины берут с различной массой и определяют дополнительный критерий оценки склонности сварочных материалов к обра-

- зованию пор из следующего соотноше- ф ния: С

С, 1 ш . где.ьС - разность значений опгимального массового количества порообразующего материала на единицу длины наплавки

1199540 при котором начинают появляться поры, определяемых для одного и того же сварочного материЖта на пластинах с различной массой, г/100 мм;

С вЂ” количество наплавленного

I сварочного материала на едиИзобретение относится к дуговой сварке, в частности к способам оценки склонности сварочных материалов к образованию пор, и может быть использовано для выбора и разработки сварочных и наплавочных материалов..

Целью изобретения является повышение точности оценки и снижение трудоемкости изготовления пластин.

Способ осуществляется следующим образом.

Выбирают компоненты смеси порообразующего материала. В качестве водородобраэующих берут, например, ржавчину, азотсодержащих — нитриды, кислородсодержащих — окалину, перманганат калия. Можно принять также компоненты, диссоциирующие с выделением комплекса вредных газов. Соотношение i.îìïîíåíòîâ смеси выбирают в соответствии с конкретными условиями использования сварочных материалов.

Так, при оценке материалов, предназначенных для наплавки деталей, прошедших термообработку, основным компонентом в смеси берут окалину, для сварки на открытых площадках— нитриды, для сварки и наплавки по загрязненной поверхности — ржавчину.

Для оценки сварочных материалов на склонность к образованию пор от действия микроохладителей сварочной ванны в состав смеси порообразующего материала вводят компоненты с тем пературой плавлен я, большей температур плавления наплавленного металла, которая при сварке и наплавке сталей находится в пределах 1500—

1700 С. Такими компонентами могут быть карбиды титана, бора, ванадия, вольфрама.

Смесь порообраэующих компонентов заключают в термопластичный материницу длины наплавки, г/100 мм; дш — разность масс соответствующих пластин, кг.

6. Способ по .пп. 1 — 5, о т л ич а ю щ и и с. я тем, что пластины выполняют с отношением их масс, равным 1,2 — 2,0.

- ал, например, путем ее смешивания с расплавом термопластичного материала и последующего формирования по длине наплавляемого валика или пу5 тем засыпки смеси в пустотелый профиль из термопластичного материала.

Материал берут с температурой плавления 150 — 300 С, например полипропилен, ацетилцеллюлозный этрол. За10 тем готовят пластины из основного металла с массой, отличающейся в 1,2 — 2,0 раза, и на их необработанную поверхность укладывают порообразующий материал, обеспечивая дозиро15 ванное его количество вдоль пластин, например, путем использования профи- лей различного поперечного сечения. Пластины нагревают в печи до температуры плавления термпластично20 го материала и выдерживают до растекания этого материала по поверхности пластин, после чего охлаждают до комнатной температуры на воздухе . или в газовом потоке. Наплавляют

25 исследуемым сварочным материалом на заданных режимах горения дуги.

После наплавки контролируют и определяют критическое количество порообразующего материала на единицу

З0 длины наплавки, при котором появляются поры в наплавленном металле.

Определяют количество наплавленного металла на единицу длины наплавки путем взвешивания пластины до и после наплавки и вычисляют отноше" ние критического количества к этому количеству наплавленного металла.

Отношение принимают эа основной критерий оценки. Критерий определяют

40 для всех составов сварочных материалов и значения сравнивают между собой, при этом большим значениям критерия соответствует меньшая склон11995 з ность к образованию пор. По такой же методике определяют критерий склонности к образованию пор, вызванной микроохладителями сварочной ванны. 5

Кроме того, определяют разность отношений для одного и того же сос1тава при различной массе пластин и вычисляют значения дополнительных критериев. Эти значения сравнивают 10 между собой и по большим значениям прогнозируют большую склонность к образованию пор соответствующих сварочных материалов в условиях интенсивного охлаждения. 15

После определения значений всех критериев проводят комплексную оценку склонности к образованию пор путем сопоставления условий сварки и значений критериев. Лучшим по стойкости к образованию пор считают сварочный материал, который имеет меньшую склонность к образованию пор по большинству критериев.

Пример. Проводят комплексную 25 сравнительную оценку порошковых проволок ПП-10ХГСТ и ПП-35XI TP с целью выбора проволоки, обладающей лучшей стойкостью к образованию пор при наплавке опорных роликов вращающихся печей (масса 4,3 т), Диаметр порошковых проволок 2,4 и 3,0 мм. Ток наплавки первых двух слоев 80 — 90 А, а последующих — 250 — 280 А с подачей порошкообразного материала (же35 лезного порошка) в зону наплавки. На наплавляемой поверхности встречаются отколы, которые вызывают удлинение дуги и ухудшение газовой защиты расплавленного металла. Поверхность ролика загрязнена и покрыта ржавчиной.

В качестве порообразующего материала используют смесь порошков нитрида магния ржавчины и окалины в соЭ

45 отношении 2:2:1. Смесь засыпают в профиль трубчатого сечения, изготовленный из термопластичного материала с температурой плавления в указанных пределах — полипропилен ПП-2 (t„„=175 Ñ), ацетилцеллюлозный этрол

2ДТ-55 (t П„=150 С), дифлон К (t»

270 С), и за пределами значений— полиэтилен П-2020Т (t „„=105 Ñ), фторлон 4 (tä, =-330 С).

Для наплавки берут пластины из стали 40Х и на их необработанную поверхность укладывают порообразующий материал, обеспечивая при этом дозиро40 вание его количества по длине пластин. После этого пластины нагревают в печи до температуры плавления порообраэующего материала и выдерживают до растекания его по поверхности пластины с образованием соединения, после чего пластины охлаждают на воз0 духе до комнатной температуры (20 С) .

Наплавку проводят от сварочного выпрямителя ВДУ-504 с дополнительным подогревом электродной проволокой от трансформатора мощностью

2,8 кВт до температуры 550 — 750 С. о

Ток наплавки 80-90 А, напряжение 22

24 В.

После наплавки определяют количество порообразующего материала С„, кр при котором появляются поры, и количество наплавленного металла G„ на 100 мм валика. Вычисляют отношение и принимают его эа основной критерий оценки.

Оценку в соответствии с известным способом проводят. следующим образом.

В пластинах строгают продольные пазы сечением "х3 мм, в которые засыпают порошок ржавчины. Пазы зачеканивают проволокой Св28г2С диаметром 2 мм, После наплавки контролируют металл и определяют количество ржавчины G на 100 мм наплавленного валика, при котором появляются поры.

Сравнение способов проводят в следующей последовательности. Вначале определяют оптимальный диапазон температуры плавления термопластичного материала и качество переплавления порообраэующего материала по пятибальной системе. Определяют также относительную погрешность значений критических количеств порообразующего материала по результатам пяти параллельных опытов. Наплавку проводят проволокой ПП-10ХГСТ диаметром 2,4 мм на токе 90 А. Сравнивают также относительную трудоемкость подготовки пластин. Результаты приведены в табл. 1.

Из результатов, приведенных в табл. 1, видно, что при проведении опытов в соответствии с предлагаемым способом и изменении температуры плавления порообразующего материала в пределах указанных значений (опыты 3 — 5) наблюдается уменьшение погрешности значений в 1,2 — 2,0 раза по сравнению с известным способом. Фрезерование пластин показывает, что это вызвано более полным

5 11995 и стабильным переплавлением порообразующего материала. Снижается тру- доемкость проведения опытов в 1,82,2 раза за счет исключения выполнения пазов в пластинах. Оптимальное значение температуры плавления

175 С принято неизменным в дальнейших опытах.

Определяют критерии оценки различных составов и диаметров Й про- 10 волок, сравнивают погрешность значений критериев d". Результаты при- ведены в табл. 2.

Из табл. 2 следует, что при оценке по предлагаемому способу относи- 15 тельная погрешность критерия для проволок разного диаметра меньше, чем при оценке по известному способу, в 3 — 6 раз. Это значительно повышает точность оценки, позволяет 20 снизить количество параллельных

I опытов, а также расширяет возможности способа эа счет уменьшения влияния на результаты оценки размера электродных материалов. 25

Для оценки проволок на склонность к образованию пор при действии мик- роохладителей в состав смеси порообразующих материалов вводят компоненты с температурой плавления меньшей температуры плавления наплавленного металла (1540 С). — алюминиевый порошок (660 С), равной — железный порошок (1540 С), большей — карбид титана (3147 С), бора (2400 С). Количество этих компонентов выбирают равным

50 от массы смеси. Достоверность оценки по известному и предлагаемому способам сравнивают при наплавке пластин с подачей присадочного порош-4 кообразного материала в зону плавления. Определяют количество пор и на единицу длины наплавки. Результаты приведены в табл. 3.

Результаты оценки по,прецлагаемо- 45 . му способу показывают, что лучшей стойкостью к образованию пор обладает проволока ПП-35ХГТР (опыт 7), так как значение ее критерия больше, чем у проволоки ПП-10ХГСТ. Результатй подтверждены состоянием реальной пористости — количество пор больше у проволоки ПП-10ХГСТ. При оценке по известному способу (опыты 1 и 2) и

I при использовании компонентов порообразующей смеси за указанными пределами (опыты 3 и 4) результаты оцен40 6 ки не коррелируют с действительным порообразованием.

Проводят наплавку на пластины различной массы (m „ m ) и вычисляют значения дополнительного критерия для каждой из порошковых провос лок. Определяют также количество пор (и) при наплавке этими же проволоками опорных роликов и сравнивают точность известного и предлагаемого способов оценок. Результаты приведены в табл. 4.

Из результатов табл. 4 видно, что оптимальное отношение масс пластин лежит в пределах 1,2 — 2,0 (опыты 4, 5, 6 и 8). Лучшей стойкостью к образованию пор обладает ПП-35ХГТР, так как значение дополнительного критерия меньше. Результаты наплавки опорных роликов подтверждают оценку, поэтому предлагаемый способ позволяет более точно прогнозировать пористость при наплавке массивных деталей.

Используя основной и дополнительный критерии, проводят комплексную оценку исследуемых сварочных материалов к образованию пор применительно к наплавке опорных роликов: лучшую стойкость к пористости имеет порошковая проволока ПП-35ХГТР, так как у нее больше значение основного критерия при наплавке с микроохлаждения ми (табл. 3, опыты 6 и 7) и меньше значение дополнительного критерия (табл. 4, опыты 5 и 8).

Изобретение обеспечивает повышение точности оценки, особенно на малых токах, за счет лучшего переплавления порообраэующего материала и создания многокомпонентной фазы вредных. газов, близкой к реальному процессу. Улучшается избирательность оценки ввиду уменьшения влияния на ее результаты геометрических размеров электродных материалов. Повышается достоверность оценки при сварке и наплавке с микроохладителями. Появляется возможность прогнозирования порообразования при наплавке и сварке в условиях действия микроохладителей сварочной ванны и интенсивного теплоотвода в основной металл.

Это улучшает качество изделий. Снижается трудоемкость подготовки пластин эа счет исключения необходимости их механической обработки.

1199540

8 Та блица

d9 ХТ„, Ж

Способ

Опыт

06-1 3

Л, А. 0,95

2-3

1 Известный

073.-10

А 20,85

3-4

078-097 ь =л.

0,87

10 40

4-5

150

08-09 ь= л.

0,85

6 40

175

0 75 — 0 95

А --А-0,85

12 40

4-5

270

07-1 1

А А

3-4

23 40

330.

0,9

Т а б л и ц а 2

Сварочный d Gzp, Gyp/G материал мм г/100 мм г/100 мм

Способ

ПП-10ХГСТ 2,4

Известный

0,95

1,07

1,2

0,8

0,9

3,0, 1,0

0,85

0,05 2

0,049 2

Предлагаемый

1,0

3,0 21

0,62

ПП-35ХГТР 2,4 15

0,44 4,6) 0,92

3,0 20

0,046

2 Предлагаемый 150

3,0

ПП-35ХГТР 2)4

ПП-10ХГСТ 2,4 17, 1

37 100

15 40

Качество переплавления порообразующего материала, балл

0,048

0,,042

1199540

Т а б л и ц а 3

G, г/100 мм G /G„. ,ty С

Способ

Опыт

Сварочный материал и шт/м

Известный ПП-10ХГСТ

1,2

1,0

ПП-35ХГТР

1540

0,98

3147 0,67

0,032

2400 0,62

0,03

ПП-35ХГТР 2400

0,75

0,037

Та бл ица4

Сварочный материал

Критерий оценки

Способ

Опыт и шт f(p э н э г/100 мм г/100 мм

m1

Кг

mz

К, "J.

1,2

Известный ПП-10ХГСТ—

6-8

1,0

ПП-35XI TP

3 Предлагаемый

2,0 3,4 1,00 0,93 21

0,0024 .

Составитель З.Хаустова

Редактор О.Юрковецкая Техред Ж.Кастелевич Корректор A.ÇHìîêîñîâ

Заказ 7769/17 Тираж 1085 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент"„ г.ужгород, ул.Проектная, 4

Предлагаемый ПП-10ХГСТ 660 1,0

Результаты измерений

G p г/100

ПП-10ХГСТ .2,0 2,0 1,00 1 21

2,0 2,4 1,00 0,98 21

2,0 4,0 1,00 0,9 21

2,0 5,0 1,00 0,85 21

ПП-35ХГТР 2,0 3,4 0,92 0,86 20

0,048

0,047

0,00235

0,00230

0,0023

0,002