Способ электродуговой наплавки модулированным током

Изобретение относится к способу электродуговой наплавки коррозионно-защитного покрытия модулированным током и может быть использовано при изготовлении оборудования из аустенитных хромоникелевых сталей, предназначенного для переработки облученного ядерного топлива, а также оборудования химического производства. Наплавку покрытия выполняют с наложением на дуговой промежуток дополнительного активирующего импульса тока. Наложение дополнительного активирующего импульса тока осуществляют непосредственно перед рабочим импульсом после протекания тока паузы с амплитудой 250-300 А и продолжительностью 0.001-0.0015 сек. Кроме того, наплавку осуществляют плавящимся электродом диаметром до 4 мм. В результате получают мелкодисперсное покрытие с высокой коррозионной стойкостью. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к электродуговой наплавке на металлы покрытия и может быть использовано для ручной дуговой наплавки покрытия с коррозионно-защитными свойствами штучными электродами в различных пространственных положениях, а также для автоматической и полуавтоматической наплавки покрытия с коррозионно-защитными свойствами в защитных газах.

Известны способы нанесения покрытия постоянным сварочным током, при котором наплавленное покрытие для коррозионно-защитных целей наносится посредством ручной аргонодуговой сварки (РАД) неплавящимся электродом (А.с. 1796386 (РФ), МПК В23К 28/00. Способ электродуговой сварки. / В.Я.Елизаров, В.В.Кривоногов, М.Г.Курганов-Носов, А.В.Шептухин, В.П.Сентюрев, Бюл №7, 23.02.93). Основным преимуществом аргонодуговой наплавки является надежная защита металла от окружающего воздуха и, как следствие, высокое качество наплавляемого металла.

Недостатком этого способа является большое тепловложение в зону термического влияния, что приводит к значительному росту зерна в данной зоне и, как следствие, ее коррозионному разрушению в агрессивных средах в виде ножевой коррозии. Средняя скорость сварки РАД составляет в среднем 10 м/ч. Недостатком применения такой технологии является низкий темп и высокая трудоемкость сварочных работ.

Известен способ ручной дуговой сварки модулированным током, при котором ток импульса отключают удлинением дуги, а длительность паузы автоматически устанавливают в обратной зависимости от длительности предшествующего импульса тока. Частота следования импульсов сварочного тока согласно способу находится в пределах от долей Гц до единиц Гц (А.с. 904934 СССР, МПК В23К 9/14. Способ ручной дуговой сварки модулированным током. / А.Ф.Князьков, А.Г.Мазель, Р.И.Дедюх и др. Бюл. №6, 15.02.82). Этому способу присущи следующие недостатки: возможность "примерзания" электрода в паузе во время перехода капли в сварочную ванну во время короткого замыкания, т.к. ток паузы мал.

Известен способ электродуговой сварки модулированным током, плавящимся электродом с импульсной модуляцией сварочного тока с регулированием длительности импульсов и пауз сварочного тока и наложением во время пауз дополнительных импульсов тока, при котором частоту дополнительных импульсов выбирают большей 50 Гц, а длительность от 0,5 до 2 мс, причем длительность основных импульсов и пауз регулируют автоматически в функции отклонения среднего напряжения дугового промежутка от заданного изменением длины дуги (Патент RU 2268809 С1, МПК В23К 9/095. Способ электродуговой сварки плавящимся электродом с импульсной модуляцией тока. / А.Ф.Князьков, С.А.Князьков, В.П.Князьков (27.01.2006). Недостатком этого способа является то, что амплитуда тока дополнительного и рабочего импульсов одинакова, что добавляет энергии процессу сварки, не позволяя точно регулировать тепловложение.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технологической сущности является способ электродуговой сварки (РДС) модулированным током, при котором во время прохождения тока паузы налагают дополнительные импульсы переменной продолжительности, но одинаковой с рабочим импульсом амплитуды, момент их включения определяют в зависимости от текучести ванны, которую определяют по изменению напряжения на дуге от заданного, а продолжительность дополнительных импульсов устанавливают в обратной зависимости от времени стекания металла до критического положения. Частота дополнительных импульсов не превышает 10-15 Гц. Данным способом можно также наносить наплавленное покрытие на поверхности, подверженные износу в виде механической эрозии (А.с. СССР 1131618, МПК В23К 9/14. Способ электродуговой сварки модулированным током. / Р.И.Дедюх, А.Ф.Князьков, Н.А.Азаров, А.Г.Мазель. Бюл. №48, 30.12.84. Прототип).

Недостатком прототипа является появление дефектов сварки в виде несплавлений как отдельными валиками покрытия, так и несплавлений с защищаемой поверхностью при нанесении покрытия на поверхность, подверженную коррозионному износу, что проявляется в виде несплошностей. Указанные дефекты на оборудовании радиохимического производства являются недопустимыми.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности защиты основного металла и металла сварных соединений от коррозионного разрушения.

Решение задачи достигается тем, что в способе электродуговой наплавки модулированным током с наложением дополнительного импульса дополнительный активирующий импульс накладывают с амплитудой 250÷300 А и продолжительностью от 0.001÷0.0015 сек после протекания тока паузы непосредственно перед рабочим импульсом.

Наплавку осуществляют плавящимся электродом диаметром до 4 мм.

Сложение энергии активирующего и рабочего импульсов является необходимым и достаточным условием для надежного формирования наплавленной поверхности на защищаемом участке металла.

На чертеже представлена эпюра тока, где:

Ia - ток активирующего импульса;

Iи - ток рабочего импульса;

Iб - базовый ток;

ta - время активирующего импульса;

tи - время рабочего импульса;

tп - время паузы.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Дуговой промежуток питают импульсами постоянного тока, в промежутке между которыми горит дежурная дуга (ток паузы). В конце тока паузы, непосредственно перед рабочим импульсом, накладывают дополнительный активирующий импульс постоянной частоты и длительности, который задается перед началом процесса наплавки. Частота дополнительных импульсов должна быть равной частоте рабочего импульса, а длительность 0.001÷0.0015 сек. Ток рабочего импульса может достигать 70 А, а дополнительный активирующий импульс должен находиться в пределах 250÷300 А. При таких параметрах обеспечивается гарантированный физический контакт наплавленной поверхности с защищаемой поверхностью, исключающий дефект наплавки в виде несплавлений.

Примеры:

1. Наносится коррозионно-защитное наплавленное покрытие на поверхность сварного соединения со стороны рабочей среды в вертикальном положении. Толщина основного металла составляет 3 мм. Наплавку выполняют электродами ОЗЛ-36 диаметром 3 мм посредством РДС модулированным током с дополнительным активирующим импульсом.

Ток рабочего импульса для данного электрода устанавливают 60 А. Ток дополнительного активирующего импульса устанавливают 250 А. Базовый ток должен составлять 30 А. Длительность паузы - 0.3 с, а длительность рабочего импульса - 0.2 с. Длительность дополнительного активирующего импульса в этом случае составляет - 0.001 сек.

Наплавленное покрытие выполняется узкими валиками 3-4 мм, высотой 2 мм, равномерно перемещаемым электродом (без поперечных колебательных движений). Длина дуги удерживается в пределах 0.5-0.8 мм. Скорость нанесения покрытия необходимо удерживать 25 м/ч.

Такой процесс нанесения наплавленного покрытия целесообразно применять при толщине основного металла до 3 мм и вертикальном либо потолочном положении защищаемой поверхности.

2. Длительность рабочего импульса устанавливается 0.3 с, а скорость нанесения покрытия возрастает до 35 м/ч при неизменном состоянии всех остальных параметров.

3. При нанесении наплавленного покрытия в горизонтальном положении на поверхность с толщиной 10 мм и более устанавливаются следующие параметры процесса.

Ток рабочего импульса для данного электрода устанавливают 70 А. Ток дополнительного активирующего импульса устанавливают 300 А. Базовый ток должен составлять 30 А. Длительность паузы - 0.3 с, а длительность рабочего импульса - 0.6 с. Длительность дополнительного активирующего импульса составляет 0.001 сек.

Наплавленное покрытие выполняется узкими валиками 3-4 мм, высотой 2 мм, равномерно перемещаемым электродом (без поперечных колебательных движений). Длина дуги удерживается в пределах 0.5-0.8 мм. Скорость нанесения покрытия необходимо удерживать 25 м/ч.

Проведены сравнительные коррозионные испытания проб сварных соединений с наплавленными поверхностями в 65% водном растворе азотной кислоты при температуре 95°С. Сравнительные испытания проведены на сварных соединениях, стали 12Х18Н10Т с наплавленными покрытиями, сформированными с помощью двух способов: РДС модулированным сварочным током (прототип) и РДС модулированным сварочным током с дополнительным активирующим импульсом. В качестве сварочного материала применены штучные электроды ОЗЛ-36 диаметром 3 мм. Испытания состояли из 8 циклов по 6 часов каждый. Испытания проводились на пробах размером 80Х15Х10 мм с поперечным сечением сварного шва.

В таблице представлены значения скоростей коррозии образцов, находившихся в жидкой, газовой фазе коррозионной среды и на ватерлинии (линия раздела двух фаз).

Из таблицы видно, что независимо от места нахождения образцов наплавка, нанесенная РДС модулированным сварочным током с дополнительным активирующим импульсом, позволяет уменьшить скорость коррозионного износа по сравнению с прототипом.

Предлагаемый способ нанесения наплавленного покрытия посредством РДС модулированным током с дополнительным активирующим импульсом обеспечивают следующие преимущества по сравнению с известными:

- формируется структура наплавки, характеризующаяся мелкодисперстным строением с размером зерен 1-8 мкм;

- зона термического влияния составляет в среднем 0.3 мм, что в 1.5-2 раза ниже зоны термического влияния сварного соединения выполненного РДС;

- возрастает коррозионная стойкость наплавленной поверхности и зоны термического влияния в агрессивной среде;

- обеспечивается гарантированный физический контакт наплавленной поверхности с защищаемой поверхностью, исключающий дефект наплавки в виде несплавлений, а также несовершенств структуры шва.

Для получения высокоэффективного наплавленного покрытия не требуется применение дополнительных сплавов либо высоколегированных присадок.

Способ сварки	Фаза среды	Скорость коррозии по циклам, г/м2час
К1	К2	КЗ	К4	К5	К6	К7	К8
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
РДС модулированным сварочным током	Жидкая	35.8	40.5	38.1	39.8	29.7	49.0	43.9	46.0
	Раздел фаз	20.0	22.8	24.3	23.5	18.1	28.2	27.8	27.9
Парогазовая	5.16	4.45	4.9	4.1	4.4	4.8	5.8	5.2
РДС модулированным сварочным током с дополнительным активирующим импульсом	Жидкая	36.7	37.4	39.2	36.4	35.1	38.3	39.1	42.7
	Раздел фаз	23.5	21.9	23.1	23.0	21.3	24.6	22.5	25.4
Парогазовая	5.8	4.8	3.9	3.8	4.0	5.7	4.3	4.9

1. Способ электродуговой наплавки коррозионно-защитного покрытия модулированным током с наложением на дуговой промежуток дополнительного активирующего импульса тока, отличающийся тем, что наложение дополнительного активирующего импульса тока осуществляют непосредственно перед рабочим импульсом после протекания тока паузы с амплитудой 250-300 А и продолжительностью 0,001-0,0015 с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что наплавку осуществляют плавящимся электродом диаметром до 4 мм.