Способ получения сплава переменного химического состава

 

Использование: при разработке сварочных материалов и технологии сварки изделий машиностроения Сущность изобретения: наплавку производят плавящимся электродом с базовым химическим составом, а изменение химического состава по длине наплавки осуществляют изменением по заданному закону скорости подачи присадочной проволоки, содержащей легирующие регулируемые элементы. ПрисадочИзобретение относится к способам получения переменного химического состава может быть использовано при получении сплава переменного химического состава электродуговым или другими способами многопроходной сварки и наплавки в любой отрасли машиностроения. Известен способ получения сваркой сплава переманного химического состава путем образования сварного шва при соединении двух пластин встык, между которыми устанавливаются различные металлические вставки содержащие легирующие элементы . Однако при многопроходной сварке практически не представляется возможным ную проволоку подают в головную часть сварочной ванны. При этом подачу присадочной проволоки в каждом последующем слое по отношению к предыдущему начинают со смещением на среднюю длину сварочной ванны в сторону обратную направлению наплавки . Заданный закон изменения скорости подали присадочной проволоки определяют по формуле VH(X) Ун°(Х) К(Х), где К о(Х)/а (X) + 1 Ун°(Х) а0 X - закон изменения скорости подачи присадочной проволоки для 1-го наплавленного слоя, см/м, ао - коэффициент, определяемый градиентом изменения химического состава сплава, о(Х) - соотношение площадей наплавленного и проплавленного металла в каждом слое, VH - скорость подачи присадочной проволоки в 1 слое, VH - скорость подачи присадочной проволоки для последующих слоев, при этом параметры режима наплавки плавящимся электродом постоянны в течение всего процесса наплавки. 2 табл., 4 ил. сл С размещать вставки в зоне сварки перед каждым кроме первого прохода. Наиболее близким к изобретению является способ получения сплава переменного состава путем регулирования скоростей плавления двух или более электродов из металлов различного состава. Недостатки этого способа заключаются в том, что расплавленный металл электродов проходит через высокотемпературную зону дугового разряда, что приводит к значительному выгоранию высокоактивных элементов и исключает возможность варьирования их концентрацией в металле шва, а также регулирование скорости подачи электродов -ч xj ю сл о со

сокл сои тг ких

СОЦИАЛИСТИЧ -СкИХ

РЕСГ1УБЛИК (51>s В 23 К 9/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4813782/08 (22) 16.04.90 (46) 07.12,92. Бюл. М 45 (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения "ЦНИИТМАШ" (72) H.Ï,Àíîñîâ, С.Н,Земляков, Н.А,Таланова и Л.А.Горлачев (56) Авторское свидетельство СССР

N 500930,,кл, В 23 P 3/10, 1973, Авторское свидетельство СССР

N507428,,кл. В 23 РЗ/10,,1971. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВА ПЕРЕМЕННОГО ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА (57) Использование: при разработке сварочных материалов и технологии сварки изделий машиностроения. Сущность изобретения: наплавку производят плавящимся электродом с базовым химическим составом, а изменение химического состава по длине наплавки осуществляют изменением по.заданному закону скорости подачи присадочной проволоки, содержащей легирующие регулируемые элементы. ПрисадочИзобретение относится к способам получения переменного химического состава может быть использовано при получении сплава переменного химического состава электродуговым или другими способами многопроходной сварки и наплавки в любой отрасли машиностроения, Известен способ получения сваркой сплава переменного химического состава путем образования сварного шва при соединении двух пластин встык, между которыми устанавливаются различные металлические, вставки содержащие легирующие элементы. Однако при многопроходной сварке практически не представляется возможным

„„50 „„1779503 А1 ную проволоку подают в головную часть сварочной ванны, При этом подачу присадочной проволоки в каждом последующем слое по отношению к предыдущему начинают со смещением на среднюю длину сварочной ванны в сторону обратную направлению наплавки. Заданный закон изменения скорости подачи присадочной проволоки определяют по формуле Чч(Х) = =Чн (Х) К(Х), где К = а(Х)/а(X) + 1 Чн (X) = ap X — закон изменения скорости подачи присадочной проволоки для 1-го наплавленного слоя., см/м, ao — коэффициент, определяемый градиентом изменения химического состава сплава, a(X) — соотношение площадей наплавленного и проплавленного металла в каждом слое, Чн — скорость подачи присао дочной проволоки в 1 слое, 1/н — скорость подачи присадочной проволоки для последующих слоев, при этом параметры режима наплавки плавящимся электродом постоянны в течение всего процесса наплавки. 2 табл„4 ил. размещать вставки в зоне сварки перед каждым кроме первого прохода.

Наиболее близким к изобретению является способ получения сплава переменного состава путем регулирования скоростей . плавления двух или более электродов из металлов различного состава. Недостатки этого способа заключаются в том, что расплавленный металл электродов проходит через высокотемпературную зону дугового разряда. что приводит к значительному выгоранию высокоактивных элементов и исключает возможность варьирования их концентрацией в металле шва, а также регулирование скорости подачи электродов

1779503 невозможно без изменения параметров режима сварки. В связи с этим не представляется возможным получить требуемое распределение регулируемых элементов в сплаве перемечного химического состава при многопроходной наплавке.

Цель изобретения — повышение качества сплава переменного состава при многопроходной наплавке.

Поставленная цель достигается тем, что наплавку производят плавящимся электродом с базовым химическим составом, а изменение химического состава llo длине наплавки осуществляют плавным изменением по заданному закону скорости подачи присадочной проволоки, содержащей легирующие (регулируемые) элементы, которую подают в головную часть сварочной ванны, При этом подачу присадочной проволоки в каждом последующем слое начинают со смещением на среднюю длину сварочной ванны в сторону обратную направлению наплавки. Заданный закон изменения скорости подачи присадочной проволоки определяют по формуле

VH(x) = VH (х) х К(х), где

К = ", V (х) = ap(x);

VH (x) — закон изменения скорости подо ачи присадочной проволоки для 1-го наплавленного слоя, см/с; а (х) — соотношение площадей наплавленного и проплавленного металла в каждом слое; ао- коэффициент, определяемый градиентом изменения химического состава сплава.

На фиг.1 представлена схема сплава переменного состава, полученного с использованием предлагаемого способа, РЭ вЂ” содержание регулируемых элементов в металле швов, ; х — направление скорости наплавки; у — ширина наплавки;

z — высота наплавки; а — распределение регулируемых элементов s наплавке;

- - --- заданное. расп редел ение ре гул и руемых элементов; — распределение регулируемых элементов при наплавке; без смещения начала легирования б — наплавка переменного состава.

На фиг.2, 3. 4, представлена схема способа получения сплава переменного химического сос1ава при многопроходной наплавке.

На заготовку наплавляют первый валик

АВ (фиг.2).

Начало введения регулируемых элементов соответствует точке О.

Длина отрезка АО выбирается более я. (n-1), где Icp. — средняя длина сварочной ванны, и — число наплавленных валиков.

Введение регулируемых элементов при наплавке первого валика осуществляют путем изменения скорости подачи присадочной проволоки по закону V< (x).

Перед наплавкой второго валика заготовку располагают таким образом, чтоб направление сварки соответствовало плоскости поверхности первого валика.

На первый валик АВ наплавляют 2 валик

А В (фиг.3).

Начало введения регулируемых элементов соответствует точке 0 смещенной относительно точки 0 по оси Х на среднюю длину сварочной ванны в сторону противоположную направлению сварки.

Скорость подачи присадочной проволоки при наплавке второго валика определяют по формуле

V„„= V„„P K(x) где К(х) = — ( а(х1 а(х)+1

Аналогично проводится наплавка всех остальных валиков включая г-ный (фиг.4).

При необходимости наплавка производится в разделку свариваемых кромок.

При подаче присадочной проволоки в головную часть сварочной ванны достигается полная идентичность свойств наплавленного металла обычной сварке под флюсом по химическому составу, формированию и механическим свойствам, что объясняется одинаковой металлургией сварки, так как дополнительный металл проходит через сварочную дугу.

При подаче присадочной проволоки непосредственно в дугу (центральная часть ванны) иэ-за сильного электромагнитного взаимодействия резко нарушается формирование.

При подаче в хвостовую часть сварочной ванны дополнительный металл, плавится за счет избыточной теплоты сварочной ванны, что приводит к изменению металлургических процессов, в частности к изменению окислительно восстановительных реакций, степени угара легирующих элементов. Кроме того, ухудшается воспрои;,водимость данного процесса, т.к. описанный эффект зависит от места подачи электрода в хвостовую часть ванны. При подаче холодного дополнительного металла в хвостовую часть сильно меняется структура. в частности измельчается зерно. «то приво1779503

I дит к резкому улучшению механических свойств наплавленного металла.

Пример, Наплавку производили на сталь марки ст.3. Флюс марки ФЦ-16, Основной дугонесущий электрод 5 мм марки

СВ-10ХГНМАА, Режим сварки следующий; сварочный ток = 600 — 650 А, напряжение дуги U = 30 — 32 В, скорость сварки 24 м/ч. В головную часть сварочной ванны подавалась дополнительная присадочная проволока 2 мм марки СВ-08 ГСН1МА. Скорость ее подачи меняли от 0 до 10,5 см/с по закону

V< = 0,2х. Во всех случаях площадь проплавления составляла 58 мм: Площадь наплав2 ленного металла изменялась в соответствии со скоростью подачи дополнительной проволоки по формуле

Ен = 2 К(х)Чн + 33, FH 2 К (х ) Ч„+ 33 тогда (х) = ——

Рп 58 где 33 мм — площадь наплавленного метал2 ла при сварке без присадки, 2ЧН+33

2 Чн +91

В таблице 1 приведен пример определения максимальных значений и различных законов подачи присадочной проволоки.

Средняя длина сварочной ванны составляла 40 — 45 мм поэтому при каждом последующем и роходе начало подачи дополнительной присадочной проволоки смещалось на среднюю длину сварочной ванны в сторону обратную направлению наплавки.

B табл. 2 приведены результаты оценки влияния величины смещения начала подачи дополнительной проволоки на искажение распределения регулируемых элементов в металле наплавки, и обоснование выбора максимального значения коэффициента К(Х) в условиях рассматриваемого примера, При отклонении величины смещения от средней длины сварочной ванны наблюдается искажение распределения регулируемых элементов.

Сравнение заданного и экспериментального распределений кремния и марганца по длине валиков, расположенных в различных слоях наплавки производилось с применением экспертных оценок по пятибальной шкале желательности.

При смешении начала подачи присадочной проволоки на расстояние равное средней длине сварочной ванны и максимальных значениях К(х) 0,43-0,48 обеспечивается высокое качество распределения регулируемых элементов (не ниже 4) в металле переменного химического состава, при высоком качестве формирования наплавки.

Положительный эффект от применения

10 способа получения сплава переменного химического состава состоит в том, что обеспечивается высокая степень имитации процессов протекающих при многопроходной наплавке, и соответственно повышается точность и информативность проводимых исследований.

Формула изобретения

Способ получения сплава переменного химического состава наплавкой, при кото15

20 ром процесс расплавления ведут плавящимся электродом и присадочной проволокой различного химического состава с непрерывным изменением скорости подачи присадочной проволоки, о т л и ч ю шийся тем, что, с целью повышения качества сплава переменного состава при многопроходной наплавке, присадочную проволоку при наплавке первогс слоя подают в головную часть сварочной ванны со смещением относительно плавящегося электрода, при этом

30 начало его подачи при наплавке второго и каждого последующего слоя по отношению к предыдущему смещают на среднюю длину сварочной ванны, в сторону, обратную напроволоки для второго и последующих наплавленных слоев определяют по формуле

Ч„(х) = Ч (х) К(х), а х где К=, +1, а х +1

Ч, (x) = аох — закон изменения скорости о подачи присадочной проволоки для первого наплавленного слоя, cM/с; ао — коэффициент, определяемый градиентом изменения химического состава сплава; а (х) — соотношение площадей наплавленного и проплавленного металла в каж40

50 дом слое, при этом параметры режима наплавки плавящимся электродом поддерживают постоянными в течение всего процесса наплавки.

35. правлению наплавки, причем закон изменения скорости подачи присадочной

1779503

Таблица1

Максимальные значения К(х) при различных скоростях подачи электрода и присадочной проволоки

Таблица2

Влияние характеристик процесса наплавки на качество сплава переменного химического состава

Максимальное значение К(х) =

М и/и

Формирование шва а х +1

40-45

60-65

2

4

6

Средняя длина сварочной ванны, мм

Смещение начала подачи присадочной проволоки, мм

20 — 25

40 — 45

40-45

40-45

Закон подачи присадочной . проволоки

0,20х

0.25х

0,20х

0,15х

0,10х

0,20х

0,48

0,50

0,48

0,46

0,43

0,40

0,48

Соответствие полученного распределения заданном, балл

0

5

0

Удо влет в.

Неудовлетв.

Удовлетв.

Хорошее

Хорошее

Хорошее

Удовлетв.

1779503

Составитель Н. Аносов

РедаКтор Т. Никольская Техред М.Моргентал

Корректор Н, Милюкова роизводственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4408 Тираж Подписное

8 ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

8НИИПИ

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5