Способ дуговой сварки неплавящимся электродом

 

СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ, преимуществен я«| Г;4Т1;ГИК5- -3 ; i и.,р. ,,:,-:..;.,,,.Ы 1 . БЗБЛй Тл кА . - ( но изделий КЗ титана и его сплавов, с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну, которую предварительно очкцают, отличаю ц ийс я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения путем уменьшения количества пор в шве, .очистку проволоки ПРОИЗВОДЯТ: перед вводом ее в сварочную ванну путем нагрева до 1350-1400 С на участке, равном ;

(1Е (В

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕС(1УБ ЛИК

Ж0 B23Ê 916

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3330182/25-27 (22) 24 ° 08.81 (46) 23.07.83 ° Бюл. В 27 .(72) В.B.Редчиц (53) 621.791 75(088.8) (56) 1. Металлургия и технология сварки титана и его сплавов. Под ред, С.М.Гуревича. Наукова Думка,, 1979, с. 92-101.

2. Редчиц В.В.. и др. Оценка зф" фективности мер предупреждения пор в швах активных металлов при сварке плавлением различными способами. Сварочное производство, 1979, В 10, с. 12 (прототип). .(54)(57) СПОСОБ ДУГОВОЙ .СВАРКИ НЕ»

ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕК1РОДОК, пренмущественно. изделий из титана и его сплавов, с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну, которую предваритель. но очищают, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения путем уменьшения количества пор в шве, .очистку проволоки производят, перед вводом ее в сварочную ванну путем нагрева до

1350-140 С на участке, равном о (3-6). ° 15 Ч и Е, где V - скорость подачи присадочной проволоки, .cM/с1

6 - диаметр присадочной проволоки, см1 Š— модуль упругости материала проволоки, кгс/см, и подачей инертного газа, направленного встречно движению проволоки.

1030120

Изобретение относится к сварке, преймущественно дуговой сварке неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки сплавов на, основе титана, и касается проблемы уменьше" ния пористости металла сварных швов. 5

Известен способ сварки металлов с присадочной проволокой, при котором, с целью уменьшения пор в металле шва, проволоку в состоянии постав ки перед сваркой обезжиривают ацето- 10 ном или бензином, а затем обезвоживают спиртом (1).

Однако при этом способе очищают только поверхность проволоки и при: сварке устранить пористость в швах не удается. Это объясняется тем, что загрязнения, находящиеся в объеме дефектов прокатки (протяжки, волочения) проволоки, не удаляются при такой очистке.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ дуговой сварки неплавящимся электродом, преймущественно изделий иэ титана и его сплавов, с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну, при котором очищают проволоку перед вводом в сварочную ванну путем пропускания ее че.. рез бункер, эаполнянидийся галогенидным флюсом (2) .

Однако известный способ недостаточ- ) но эффективен при сварке с проволокой,имеющей глубоко залегаемые дефекты прокатки (закаты, закрытые полости) в поверхностном слое. Кроме того, способ отличается также сложностью технологии сварки, обусловленной применением активных флюсов. Причем применение.указанного металлургического способа обработки проволоки лимитиру-40 ет скорость подачи при сварке и тем самым сужает технологические возмож ности, Цель изобретения - повышение качестна сварного соединения путем 45 .Уменьшения количества пор в шве.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу дуговой сварки неплавящимся электродом очистку прово-, локи производят перед вводом в свароч-, 5О ную ванну путем нагрева до 1350, 1400 С на участке, равном (3-6) ° 10

Ч d Б, где V — скорость подачи приса". дочной проволоки, см/с d - диаметр . проволоки, см; Е - модуль упругости материала проволоки кгс/см, и подачей инертного газа, направленного . встречно движению проволоки, На чертеже изображена схема рвализации предлагаемого способа.

Присадочная проволока 1 подается 60 в сварочную ванну механизмом 2 подачи. Перед вводом в сварочную ванну проволока 1 очищается за счет прогрева ее до 1300-1350ОС в нагревательном устройстве, выполненном в виде 65 цанги 3 с кожухом 4 для приема инерт. ного газа. На цанге 3 со стороны выхода присадочной проволоки 1 выполнены отверстия 5 для выхода инертного газа. Отверстия 5 направлены под углом 35-40 против движения проволоо ки 1. При этом ввод газа осуществляется в начале цанги 3 со стороны входа проволоки l благодаря чему гаэ предварительно прогревается. Нагрев проволоки осуществляется индуктором 6.

Присадочная проволока направляется в зону сварочной дуги 7 примерно на равном расстоянии от неплавящегося катода 8 до. зеркала сварочной ванны 9.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

В начале устанавливают длину .Учаса ка нагрева присадочной проволоки по расчетной формуле ((6) î,), где 1 - длина участка нагрева. См

V - -скорость подачи проволоки, см/с; и " диаметр проволоки, см

Е - модуль упругости материала проволоки кгс/см.

O.

При этом скорость подачи проволоки выбирают в зависимости от режима сварки.

Затем подают инертный газ в сварочную горелку и нагревательное устройство. Включают источник нагрева проволоки, возбуждают дуги, включают механизм подачи проволоки и начинают процесс сварки..

Физическая сущность данного способа заключается в термической очистке сварочной проволоки от газообраэующих веществ непосредственно перед сваркой. Это достигается нагревом проволоки до 1350-1400. Выбор оптиа мальной температуры нагрева обоснован с учетом протекания на поверхности проволоки различных химических реакций, термомеханических процессов, адсобционных процессов, пиролиза веществ и десорбционных процессов. При укаэанных температурах металл имеет очень низкую прочность, а давление образующихся в закрытых полостях проволоки газов настолько велико, что легко деформирует поверхностный слой металла;, и газы прорываются наружу в атмосферу. Такой механизм прорыва поверхностного слоя проволоки, закрывающего дефект, и ее дегазации уста- ° новлен экспериментально при нагреве проволоки из сплава ВТ20-2, при различных температурах.

При нагреве газы образуются в результате пиролиза загрязнений и, в основном, за счет протекания реакций я О+Тз =Т10а+ Н и и

H g.0+ C C0 + H q.

1030120

Из этого следует, что нагрев нужно вести таким образом, чтобы преимущественное развитие имела вторая реакция, поскольку первая приводит к окислению металла. Термодинамическими расчетами изобарно-изотермическо го потенциала Гиббса установлено, что вероятность протекания второй реакции выше при нагреве до температур о фолее 1300. Кроме того, при выбранной оптимальной температуре растворимость(0 водорода в титане становится. низкой, .и меньшая его часть растворяется B металле.

С этих позиций для повышения эффективности процесса температура на- )5 грева проволоки должна быть как можно выше. Однако эксперименты показа» ли, что при увеличении температуры выше 1400 проволока становится настолько пластичной, что теряет свою устойчивость в процессе подачи ее в сварочную ванну, и сварка становится невозможной.

Эмпирическим путем установлена оп. тимальная зависимость длины нагревав. 25 мого участка от скорости подачи проволоки, ее диаметра и модуля нормаль- ной упругости

Предлагаемый способ позволяет исключить влияние присадочной проволоки на пористость сварных швов титановых и других сплавов и имеет высокую эффективность.

Тираж 1106 Подписное

ВНИИПИ Заказ 506;3/15

Филиал ППП "Патент", r.Óêãopoä ул.Проектная,4 е=(ъ-ь)(о чар.

В этом соотношении коэффициент

K (3-6) 106 имеет размерность смс/кг.

Экспериментальным путем выбраны оптимальные пределы варьирования коэффи, циента К. 35

Уменьшение длины нагреваемого участка (при (K<3 ° 10 <) приводит к тому, .что проволока, движущаяся на участке нагрева, за время ее прохождения не успевает дегазироваться. Увеличение этой длины (при К(6 ° 10 ) приводит к потере устойчивости проволоки, независимости осуществления процесса, излишним затратам энергии и к конструктивным усложнениям устройства для нагрева. 45

Выделяжциеся при нагреве проволоки газы не должны попадать в сварочную ванну, чтобы не снизить механических свойств металла (шва). Для выполнения этого условия предлагаемый 5() способ предусматривает удаление этих газов ламинарным потокам инертного газа, направленным против движения проволоки. По опытным данным наибо,лее оптимальные значения относитель- 55 ной скорости потока газа лежат в пределах 2-2,5 V. Величина скорости потока инертного газа обусловлена не только интенсивными и экстенсивными факторами отвода газов, но и обвспечиванием условия ламинарности потока. При более низких скоростях потока инерционные силы выделяющихся газов нарушают его ламинарность, а при подаче газа .с большей скоростью начина" вт проявляться его охлаждающее воздействие. Последнее приводит к излишнему расходу газа и энергии.

Нагрев проволоки согласно предлагаемому способу благоприятен еще и поТому, что она в плавильную зону поступает предварительно разогретой, и при дальнейшем расплавлении темпе ратура капли выше, чем в известном способе. Это дополнительно улучшает условия дегазации капли. Для повышения эффективности способа при сварке с проволокой, имеющей высокий модуль упругости, рекомендуется подавать проволоку не непосредственно в ванну, а в зону дуги на некотором расстоянии от зеркала ванны (порядка 2 d). Проходя дуговой промежуток, капля разогревается до высоких тем-. ператур, при, которых поверхностное натяжение жидкого металла мало, и это способствует. удалению из нее газов (водорода) и последних пузырьков .

В качестве инертного газа рекомендуется использовать аргон, которым легче стабилизируется ламинарность. потока, он менее дефицитен, чем, например, гелий.

Нагрев проволоки лучше осуществлять гибким кольцевым индуктором с охлаждающей системой или джоулевым теплом за счет пропускания через нее тока от отдельного источника питания.

Пример. Сваривают пластины из титанового сплава ВТ20 толщиной

10 мм с V-..îáðàçíîé разделкой кромок.

Марка присадочной проволоки ВТ20-2 диаметром 0,2 см, Š— 1,2 ° 106кгс/см.

Скорость подачи присадочной проволоки 0,6 см/с; сварки 0,2 см/с, величи-. на участка нагрева проволоки 6 сму диаметр цанги 0,4 см; нагрев проволоки - индукционный; расстояние проволоки от зеркала ванны 0,5 см; величина сварочного тока 200 А,; напряжение дуги 12-1.4 Ву установочная длина дуги 0,6 см) диаметр вольфрамового электрода 0,3 см; расход защитного газа (аргон)у для защиты ванныI

20 л/мин; для защиты обратной стороны шва 5 л/мин; для отвода десорбированных газов (в цангу) 6 л/мин.