Способ импульсно-дуговой сварки неплавящимся электродом

 

Союз Советски к

Социалнстнческнк

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 01. 06.81 (2 I ) 3293715/25-27 (51)М. Кл.

В 23 K 9/16 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

Геаудврстееккый кеиктет

СССР ае елен кзееретеккк и етерытик (53) УДК621.791. . 754(088.8>

Опубликовано 15. 01. 83. Бюллетень № 2

Дата опубликования описания 15. 01. 83

В. А. Букаров, С. А. Агеев, В. А. Хаванов и Н. H. Лихачев (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИМПУЛЬСНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ

ЭЛЕКТРОДОМ

Изобретение относится к способам импульсной дуговой сварки присадочной проволокой стыковых соединений с разделкой кромок из различных металлов и может найти применение в судостроительной области, энергетической и других отраслях промышленности.

Во многих отраслях народного хозяйства сваривают стыковые соединения толщиной 4-20 мм с разделкой кромок и последующим заполнением присадочным металлом.

Известен способ автоматической сварки горизонтальных стыковых соединений на вертикальной плоскости с полупринудительным формированием шва, при котором сварку ведут одновременно двумя расщепленными дугами в общую сварочную ванну с использованием самозащитной порошковой проволоки1 11.

Однако для осуществления данного способа сварки необходимо использовать оборудование, которое громоздко1 что не позволяет производить процесс сварки в труднодоступных местах, в частности, сварку изнутри труб небольшого диаметра.

Известен способ дуговой сварки.в

5 среде защитных газов плавящимся электродом, при котором сварку осуществляют без поперечных колебаний электрода и при ступенчатом наложении валиков с перекрытием соседнего валика на половину или третью часть его ширины последовательно у каждой из кромок (2).

Недостатки этого способа заключаются в том, что при сварке ответ-ственных конструкций и изделий не допускается наличие брызг на поверхности основного металла, что невозможно избежать при осуществлении спо20 соба. Кроме того, в процессе сварки после каждого прохода необходимо производить настройку сварочной горелки то на одну кромку разделки, то на другую, что снижает производитель3 9884 ность процесса сварки особенно s стесненных условиях.

Наиболее близким к предлагаемому является способ дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защит,ных газов с присадочной проволокой, при котором неплавящийся электрод имеет изоляцию от стенок разделки и совершает синусоидальные поперечные колебания относительно середины 16 шва $ 3).

Недостатком известного способа является появление непроваров и несплавлений в связи с неточностью расположения электрода у кромок. 13

Цель изобретения — повышение производительности и качества сварного шва при сварке стыков в горизонтальной плоскости при нестандартной разделке за счет увеличения объема наплавляемого металла за один проход и сокращения времени настройки перед каждым проходом.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу импульсной дуговой сварки неплавящимся электродом стыковых соединений с разделкой кромок и подачей присадочной прово" локи, при котором в начале процесса электрод располагают в угол разделки в начале процесса перемещают электрод по высоте разделки с одновременной подачей присадочной проволоки со скоростью в 1,5-2 раза меньше оптимальной и после получения высо- Зз ты валика, равной 0,7-0,9 диаметра активного пятна дуги в импульсе, смещают дугу, располагая ее активное пятно по высоте валика на его боковой поверхности, и осуществляют 40 сварку при соотношении времени импульса t> к времени паузы t, рав- ном.- 2.

-Ь .и вв

tn I и 0Аи

45 где д " диаметр присадочной про(lP волоки; / - скорость подачи присадочной проволоки при оптималь" ном режиме; ,U — - сварочный ток и напряжение

И Аи дуги в импульсе соответственно;

К - коэффициент, учитывающий скорость кристаллизации металла, при этом разделку заполняют валиками расположенными параллельно разделке, 89 ф последовательно перемещая электрод от кромки к кромке и изменяя угол наклона Q N электрода относительно гоЯ,6(45-N) ривоитвли ло условию ††вЂ,срв

Й- номер слоя, а проволоку подают под углом 70-80 к зеркалу сварочной ванны со смещением на 2-3 диаметра проволоки от оси электрода в зону ванны с минимальной скоростью кристаллизации.

На фиг. 1 и 2 показаны схемы выполнения начала сварки стыкового соединения с разделкой кромок; на фиг. 3 - схема процесса сварки; на фиг. 4 — циклограмма процесса сварки; на фиг. 5 и 6 - последовательность наложения валиков при многопроходной сварке.

Способ импульсной дуговой сварки, плавлением осуществляется следующим образом.

Предварительно на стыках 1 и 2 выполняют ступенчатую разделку. Затем электрод 3 выставляют под углом сК в угол разделки, образованной кромками 4 и 5 и осью электрода 3 (фиг.1)..

Затем зажигают дугу между электродом и кромками 4 и 5 и по истечении времени прогрева и (фиг.4) в образовавшуюся сварочную ванну подают со скоростью в 1,5-2 раза меньше оптимальной V o присадочную проволоку 6 со смещением на (2-3) d -„ от оси элекИ у трода 3 в зону А ванны с минимальной скоростью .кристаллизации. Электрод 3 перемещают параллельно кромке 4 в течение времени t> (фиг.4) .

При достижении высоты валика за время и НЪ=(0,7-0.9) 0 вэлектрод 3 перемещают со скоростью Ч ена величину.

$S в направлении сварки (фиг.2) так, что активное пятно дуги располагают по высоте валика íà его боковой поверхности. При этом увеличивают скорость подачи V pä присадочной проволоки 6 до оптимальной !„ и подают ее под углом 70-80 © к зеркалу сварочной ванны. Параметры импульсного режима выбирают из условия так, что ток в импульсе 1и должен обеспечивать расплавление преимущественно присадочной проволоки б.

Длительность импульса tö выбирают из условия образования критических размеров сварочной ванны, т.е. НЪ= (0 7-0 9) 0 0. Для сокращения йи, увеличения скорости кристаллизации сва5 9884 рочной ванны и соответствующего увеличения производительности в предлагаемом способе в период паузы tfI присадочную проволоку 6 подают со смещением на (2-3)d> от оси электрода 3 в зону ванны с минимальной скоростью кристаллизации (фиг.3) с той же скоростью, что и во время импульса И, а именно Мявом . При этом расплавление проволоки 6 происходит только за счет 1В выделяемого тепла при кристаллизации сварочной ванны так как ток в паузе

IN--20 А, что явно недостаточно для плавления присадочной проволокие .Это позволяет улучшать качество сварного шва,так как при увеличении скорости кристаллизации образуется мелкозернистая структура металла шва.После наложения первого валика. накладывают второй валик так.,как показано на фиг.5. 2в

Для этого электрод 3 смещают поперек кромки 4 таким образом, чтобы процесс наложения второго. валика происходил с перекрытием первого на половину или третью часть его ширины, т.е. в точке В. Порядок ступенчатого заполнения разделки взаимодействующимися валиками 01, 0,...0 показан на фиг. 6. Для достижения этой цели электрод 3 в процессе последовательного наложения валиков 0, 0 ...0 переме- щают от слоя к слою с установочным и изменением при этом угла наклона электрода 3 от c(4 до ot g . Качество сварного шва и производительность процесса сварки во многом зависят от правильного выбора тока сварки 1, скорости подачи присадочной проволоки Чп, времени импульса t 11 и времени паузы t>. На основе многочис.ленных экспериментов получают следующие зависимости:

IN r |6 „= К я.11н 9дм

43

IIIpy "Ъ |чпр и ее щит .

1 II,ДН

I где К,К,К - эмпирические коэффици«:енты соответственно численно равные

К = 8 - 12+/си)

К,=0,95-1,2 <Ю» ) т1

К> 7-14 мм

К = 2,2-3,0 „„ - эмпирический мм коэффициент, учйтывающий скорость кристаллизации металла.

89 6

Пример. Способ импульснодуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов осуществляют при сварке изнутри стыков вертикально расположенных труб из стали 12Х 8 Н10Т размеров 160 х 10 мм.

Предварительно на стыках труб выполняют ступенчатую разделку со следующими размерами: высота разделки стыка 7,5-8 мм; ширина разделки стыка 10-12 мм; /=45; / =15 .

Сварку производят сварочной головкой СА-374 с применением аппаратуры управления СА-198, источника питания ТИр-200 В. Предварительно перед сваркой с использованием указанных соотношений получают значения

T>, V, t t„ для каждого прохода.

Сварка- первого прохода. Перед пер" вым проходом электрод устанавливают в разделку под углом Ы./=30 ниже горизонтали и зажигают дугу между электродом и кромками разделки. Угол а(1

37ф (46-М). выбирают из условия где N - номер слоя. Если величина углами(g при наложении каждого слоя меньше своей оптимальной величины, определенной из указанного условия, то накладываемые валики имеют бочко- . образную форму, наличие которой ведет к появлению непроваров и несплавлений в местах перекрытия валиков. ът,е (4е-N

4,5 осли и ит,то ороисходит стекание расплавленного присадочного металла с вертикальной стенки, что создает трудность в удержании сввроч" ной ванны на вертикальной стенке разделки. После того, как зажигают дугу в начале процесса сварки электрод перемещают по высоте разделки с

1 одновременной подачей присадочной проволоки со скоростью 1,5-2-,0 раза . меньшей оптимальной, а именно Ч„р

19 м/ч. Скорость подачи присадочной проволоки /пры в начале процесса сварки выбирают, исходя их следующих соображений. Если †"Е сЧп «1/ 2. то происходит неполное расплавлен е присадочной проволоки s процессе начала сварки, ведущее к появлению металлических включений в сварном шве.

При Ч. < -1Ж появляется вероятность

4ри прожога, к тому же присадочная проволока расплавляется столбом сварочной дуги.и, не поступая в сварочную ванну, разбрызгивается каплями, что

988489 приводит к замыканиям. По истечении времени = !О с с начала процесса сварки получают валик высотой, равной(О, 7-9, 9) О 1, что составляет

5-6 мм. В этот момент электрод перемещают в направлении сварки са скоростьо Ч и подают присадочную проволоку в зону сварки со скороc7blo Uq)p . BblcoTa Hb должна лежать в пределах НЬ=(0,7"0,9)О,„, ;в так как при НЬ< 0,7 0, уменьшается объем наплавляемого металла, что ведет к понижению производительности процесса сварки. При НЬ 7 0,9 D, накладываемые валики имеют бочкообраз- 3 ную форму, наличие которой, в свою очередь, затрудняет процесс последовательного наложения валиков, а так же ведет к появлению непроваров и неисплавлений в местах перекрытия валиков. Присадочную проволоку подают под углом 70-80О к зеркалу сва° рочной ванны со смещением на (2-3)d„ что составляет 2,5-3,0 мм от оси электрода в зону ванны с минимальной скоростью кристаллизации. Если при-, садочную проволоку подают к зеркалу ванны под углом большим 80о или меньшим 70, то появляется вероятность возникновения непровара и .металличес" ких включений из-за неполного расплавления присадочного металла. Приеадочную проволоку подают со смещением на (2-3} d от оси электрода в зону сварочной ванны с минимальной скоро-. стью кристаллизации по следующим со3$ ображениям; если смещение присадочной проволоки больше 3дп, то время кристаллизации сварочной ванны возрастает. что приводит к росту зерен ао металла, перегреву основного и присадочного металла в зоне сварки. Для того чтобы процесс сварки был стабильным при таком смещении присадоч" ной проволоки, последнюю подают с меньшей скоростью во избежании неполного расплавления присадочной проволоки. Все это отрицательно влияет на качество сварного шва и снижает производительность процесса сварки.

При смещении, меньшем чем 2дп затруд- 3 няется процесс наложения валика на вертикальную стенку разделки из-за того, что расплавленный присадочный металл стекает вниз и образует несплавления в местах перекрытия верти- И кальной стенки наплавляемым валиком, ухудшая тем самым качественное форми. рование шва.

Режим сварки пврвого прохода:

t25-13О А; ь в 7,0 м/ч, t>

1,0 С; Ip, 20А; 1{тР= 34,5 м/ч; t

0,2 С; Ip 2,0:мм.

Время прогрева иэделия 3,0 с.

Время наложения одного валика составляет 16,5 мин.

Сварка вТорого прохода.

Не изменяя местоположения электрода начинают сварку второго прохода. В начале процесса сварки электрод перемещают по высоте разделки аналогично первому проходу.

Режим сварки второго прохода:

l =110 А; 9 g, 7,0 м/ч;й =1у0 С;

Ip =20A; Чпро= 3 1 м/ч 1 йп =О, 2 С

1 =2,0 мм.

* После сварки первого слоя, состоящего из двух валиков, приступает к сварке следующих слоев.

Сварка третьего и четвертого проходов.

Для сварки этих проходов электрод устанавливают под углом

Режим сварки третьего и четвертого проходов: Iи- — 130Л; в=7,0 м/ч; и=1 0 С; 1. =2,0 мм; I =20 А У о

34,5 м/ч; t 0,2 С

Сварка пятого прохода.

Процесс сварки аналогичен процессу сварки первого. прохода, но отличается лишь тем, что в данном случае установочный угол электрода с †вЂ

Сварка шестого прохода.

Перед сваркой шестого прохода элек трод устанавливают под угломЫ4 =5 ниже горизонтали в угол, образованный верхней кромкой разделки и поверхностью металла, наплавленного при пятом проходе.

Режим сварки шестого прохода:

lg = 120 А; в7,0 м/ч; tg= I,Î С;

lp =2,0 мм; 1„= 20 А; V = 8 м/ч; „=0,2 C

После сварки образцы подвергают внешнему осмотру, рентгенопросвечиванию и металлографическим исследованиям. Качество формирования и защиты шва хорошие. Несплавлений, пор, неметаллических включений не обнаружено.

Применение способа позволяет при высоком качестве, швов увеличить про

988489 йзводительность процесса сварки, снизить остаточные деформации. Например, при сварке изнутри стыков вертикаль". но расположенных труб ф 160х10 мм непрерывной дугой с присадочной проволокой требуется 13-14 сварочных про- . ходов, в то время как предлагаемый способ позволяет совершить сварку за

6 проходов и за время, которое в

1,$ раза меньше времени, требуемого для сварки непрерывной дугой. Экономический эффект от применения предлагаемого способа составляет 0,5 р. яа 1 стык.

1S

Формула изобретения

Способ импульсной дуговой сварки неплавлящимся электродом стыковых 20 соединений с разделкой кромок и подачей присадочной,проволоки, при котором в начале процесса электрод располагают в угол разделки, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества соединения при сварке стыков в горизонтальной плоскости при нестандартной разделке, в начале процесса перемещают электрод ЗО по высоте разделки с одновременной подачей присадочной проволоки со скоростью в 1,5-2 раза меньше оптимальной и после получения высоты валика, равной 0,7-0,9 диаметра актив- з .ного пятна .дуги в импульсе, смещают дугу, располагая ее активное пятно по высоте,валика на его боковой по" верхности, и осуществляют сварку при соотношении времени импульса t к времени паузы йП, равном „р Р, tn 1 UAN где d диаметр присадочной проволоки;

Ч - скорость подачи присадочной проволоки при оптимальном режиме;

I,,ц — сварочный ток и напряжение дуги в импульсе соответственно;

К - коэффициент, учитывающий скорость кристаллизации металла, при этом разделку заполняют валиками, -расположенными параллельно разделке, последовательно перемещая электрод от кромки к кромке и изменяя угол наклона с Ь1 электрода относительно Мб(4 - й)" горизонтали по условию где Й - номер слоя, а проволоку подают под углом 70-80 к зеркалу сварочной ванны со смещением на 2-3 диаметра проволоки от оси электрода в зону ванны с минимальной скоростью . кристаллизации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1..Экспресс-информация. Информэнерго серия "Сварочные работы в энергетическом строительстве" И 8; 1980, стр. 12.

2. Сварочное производство вып.б

И. ИИКИИ, 1979, с 33/34.

3. Патент США М 364311, кл. 219137 I972 г. (прототип .

988489

Составитель Г. Тютченкова

Редактор А. Гулько Техред К,Иыцьо Корректор А. Дэятко

Заказ 10957/15 Тираж 1104 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, M-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная, 4