Способ дуговой наплавки ленточным электродом

 

Изобретение относится к технологии сварки и может быть использовано при дуговой наплавке ленточным электродом. Цель изобретения - повышение качества изделий с рабочим слоем, наплавленным ленточным электродом, за счет коммутации токоподвода с сохранением стабильным сопротивлением вылета электрода. Способ включает коммутацию местоположения клавишного токоподвода на вылете электрода при помощи ключа. При этом осуществляется синхронное перемещение токоподвода и активного пятна дуги. Токоподвод может постоянно располагаться в процессе перемещения поперек ленточного электрода непосредственно над активным пятном дуги или смещаться вдоль оси ленточного электрода таким образом, что при движении активного пятна дуги от края торца электрода к центру величина вылета в вертикальной плоскости увеличивается, а при движении активного пятна дуги от центра торца электрода к краям - вылет уменьшается. 2 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 В 23 К 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (2)) 4497992/31-27 (22) 25.10,88

1 (46) 23.08.90. Бюл. № 31 (71) Мариупольский металлургический институт (72) О.Д. Темирбек и С.В. Гулаков (53) 621.791.75(088.8)

{56) Авторское свидетельство СССР № 522925, кл. В 23 К 9/04, !974.

Авторское свидетельство СССР № 1217601, кл. В 23 .К 9/10, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 433980, кл. В 23 К 9/1О, 1972. (54) СПОСОБ ДУГОВОЙ НАПЛАВКИ ЛЕНТОЧНЫМ ЭЛЕКТРОДОМ (57) Изобретение относится к технологии сварки и может быть использовано при дуговой наплавке ленточным электродом. Цель изобретения — повы шение качества изделий с рабочим . слоем, наплавленным ленточным электИзобретение относится к сварке и может быть использовано при дуговой наплавке ленточным электродом.

Цель изобретения — повышение качества изделий с рабочим слоем, наплавленным ленточным электродом.

На фиг. 1-3 показан порядок коммутации точки токоподвода по ширине вылета электрода при перемещении дуги слева направо; на фиг. 4-6 — профиль проплавления основного металла при различном характере токоподвода; на фиг. 7-9 — порядок коммутации точки подвода тока по высоте вылета электрода при перемещении дуги по. торцу слева направо.

„„SU„„1586868 А 1 родом, за счет коммутации токоподвода с сохранением стабильного сопротивления вылета электрода. Способ включает коммутацию местоположения клавишного токоподвода на вылете электрода при помощи ключа. При этом осуществляется синхронное перемещение токоподвода и активного пятна дуги. Токоподвод может постоянно располагаться в процессе перемещения поперек ленточного электрода непосредственно над активным пятном дуги или смещаться вдоль оси ленточного электрода таким образом, что при движении активного пятна дуги от края торца электрода к центру величина вылета в вертикальной плоскости увеличивается, а при движении активного пятна дуги от центра торца электрода к краям вылет уменьшается. 2 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

На фиг. 1 показаны дуга 1, ленточный электрод 2, коммутатор 3, точки 4 © токоподвода. Q6

Процесс наплавки ленточным элект- 1 Ь родом характеризуется непрерывной Я) подачей ленты в зону сварки. В реаль- ф;} ных условиях стабильность места токо- (" ) подвода по ширине вылета низка из-за силовой и тепловой деформации ленты, наличия на ее поверхности окислов, за- Ф" грязнений, локальной деформации по- -.- Ь дающими роликами, перекосов элементов токоподвода и других факторов. В результате подвод тока осуществляется не по всей ширине ленты, а локально, в различных точках. Случайный

1586868 характер изменения координат токоподвода по ширине ленты и периодическое перемещение дуги по ее торцу приводит к различному распределению тока в вылете электрода, что в известной степени влияет на качество формирования наплавленного валика и служебные характеристики.

При горении дуги с торца ленточно- 10

ro электрода характер распределения падения напряжения по ширине его вылета (энергетическое поле) постоянно меняется и зависит от координат активного пятна дуги и подвода тока к ленте в данный момент времени. Это связано с периодическими непрогнозируемыми перемещениями дуги по тсрцу электрода при его оплавлении и нестабильностью подвода тока по ширине электрода в процессе его перемещения относительно продольной оси через токоподвод.

Рассмотрим для примера два наиболее типичных случая взаимного расно- д5 ложения активного пятна дуги и точки подвода тока к ленточному электроду и влияния координат этих параметров на энергетические характеристики всей системы.

При горении дуги в центре торца ленточного электрода и нахождении точки токоподвода также в центре над дугой расстояние между точкой токоподвода и дугой наименьшее, при этом мало сказываются и краевые эффекты, искажающие распределение тока в вылете электрода. Сопротивление вылета электрода в этом случае минимальное.

В случае горения дуги у одного края торца электрода и расположения точки токоподвода у его противоположного края сопротивление вылета электрода максимальное и может превышать сопротивление, которое имеет место в предыдущем случае, в 2-4 раза. Такое изменение сопротивления вылЕта электрода, включенного последовательно в цепь источник питания — дуга, меняет в существенной степени вольт50 амперную характеристику (ВАХ ) системы источник питания — токоподвоцящие элементы. Если питать дугу от источника с жесткими ВАХ, то наличие сопротивления, включенного после55 довательно в цепь дуги (кабели, электрические контакты, сопротивление вылета электрода), приводит к формированию падающих ВАХ сиатемы источник питания — токоподводы. Наличие элементов, нестабильных во времени по сопротивлению и включенных последова1 тельно в цепь источник питания — дуга, ведет к колебаниям угла наклона

ВАХ системы источник питания — дуга, отрицательно сказываясь на качестве формирования.наплавленного слоя. Устранить или в значительной степени снизить указанный недостаток процесса дуговой наплавки ленточным электродом можно, застабилизировав сопротивление вылета при перемещении дуги по торцу ленты, путем регламентированногс переключения точки локального токоподвода синхронно с перемещениями дуги. Причем такое переключение можно выполнить при расположении клавишного токоподвода поперек ленты так, чтобы точка токоподвода все время находилась над местом горения дуги.

Стабилизация сопротивления вылета может быть реализована и переключением точки.токоподвода по высоте вылета ленточного электрода так, что при перемещении дуги к центру торца величину вылета увеличивают, а при перемещении ее к краю уменьшают.

В процессе плавления ленточного электрода дуга периодически перемещается по его торцу, а координаты подвода тока к вылету произвольно изменяются. Если токоподвод в данный момент времени осуществляется по оси электрода и дуга горит в центре торца электрода, то падение напряжения в вылете распределяется симметрично и относительно равномерно. При перемещении дуги к одному из краев электрода возникает неравномерность распределения падения напряжения в вылете. Основная доля тока протекает по той половине электрода, у которой горит дуга. Еще в большей степени этот эффект проявляется, если токоподвод смещается к одному из краев.

В этом случае до 85-90Х тока протекает по той части электрода, у края которой в данный момент времени горит дуга. По остальной части электрода ток практически не течет. Это равнозначно уменьшению поперечного сечения вылета электрода, т.е ° увеличению его электрического сопротивления.

5 15

Увеличение сопротивления вылета влечет за собой рост напряжения на нем, так как

86868 6

Н

US=I eeb j3 «F где F - поперечное сечение электрода;

U — падение напряжения на в..лете

В электрода;

I > — ток, протекающий через электсВ род;

1 — удельное электросопротивление материала электрода;

Н вЂ” величина вылета электрода.

Кроме того, росту падения напряжения способствует увеличение реально го вылета электрода Н (фиг.1), обусловленное перемещением активного пятна дуги. Таким образом, при перемещении дуги по торцу, а также при изменении точки токоподвода меняется падение напряжения на вылете электрода.

Токоведущий участок ленточного электрода является элементом цепи источник питания — /;уга, влияющим на угол наклона ВАХ системы источник питания — токоподвод. Поэтому с изменением сопротивления вылета электрода прямо пропорционально меняется угол наклона ВАХ (увеличение сопротивления вылета электрода приводит к увеличению угла наклона ВАХ).

При дуговой наплавке ленточным электродом имеет место следующий эффект, влияющий на качество сплавления наплавленного слоя с основным металлом. При осуществлении локального токоподвода у одного из краев ленточног0 электрода (фиг.1 и 3) характер проплавления основного металла несим -, метричен — максимум проплавления смещен к краю под точкой токоподвода (фиг.4). У противоположного края ванны глубина проплавления минимальна и здесь возможно появление дефектов сплавления. Аналогичный характер проплавления имеет место и при локальном токоподводе в центре ленточного электрода (фиг.2); При этом глубина проплавления основного металла имеет максимум в центре (под точкой токоподвода), интенсивно уменьшаясь к краям (фиг. 5).

В процессе наплавки при подаче ленточного. электрода в зону горения дуги и подводе энергии при помощи сплошного токоподвода происходит

:самопроизвольное изменение места

15 реального токоподвода, вызванное неровностями электрода и другими факторами (дефектами поверхности и др.).

Постоянное беспорядочное изменение координат токоподвода с учетом неуп- равляемого периодического перемещения дуги приводит к случайному изменению сопротивления вылета, а следовательно, и к неуправляемому изменению угла наклона ВАХ системы источник питания — токоподвод. Переход от жестких ВАХ к пологопадающим при наплавке ленточным электродом ведет к ухудшению проплавляющей способности дуги и снижению качества широкополосной наплавки. Например, при наплавке ленточным электродом из стали

G7X25H13 сечением 0,5 50 мм (вылет

20 электрода 40 мм, режим наплавки:

V =30 В; Iд-=500...550 А; Чп=10 M/÷; флюс ОФ-10) при изменении ВАХ источника питания от жестких на пологопадающие проплавляющая способность

25 дуги снизилась в два раза.

Обеспечить высокое качество на-. плавленного слоя можно при помощи стабилизации сопротивления вылета электрода при перемещении дуги по

30 .торцу. Для этого расстояние между точкой токоподвода и активным пятном дуги на торце ленты следует поддерживать постоянным в любой момент времени. Если в процессе наплавки контролировать положение дуги 1 на

35 торце ленточного электрода 2 и переключать точку локального токоподвода с помощью коммутатора 3 синхронно с перемещениями дуги (т.е ° так, чтобы

4О точка 4 токоподвода всегда находилась над активным пятном дуги 1, горящей с торца электрода 2 (фиг.1-3).

Пример последовательности переключения точки токоподвода коммутато45 ром 3 показан на фиг.1-3. При перемещении дуги с левого края торца электрода (фиг.1) через его- середину (фиг.2) к иравому краю (фиг.3) последовательно перемещается и точка токоподвода так,, что расстояние от нее по дуги остается постоянным. При этом проплавление основного металла по шиЪ рине ванны равномерно (фиг. 6), стаI билизируется надежность проплавления, 55 повьппается качество наплавленного слоя благодаря отсутствию несплавления, зашлаковок и других дефектов, . Аналогичного результата можно достичь, если при перемещении дуги по торцу

1586868

1 электрода точку локального токоподвода переключать по высоте вылета так, что при движении дуги от центра торца электрода к его краю величину вылета уменьшают (приближают точку ло5 кального токоподвода к плавящемуся .торцу электроде) и наоборот (фиг ° 7.-9}.

Текущий контроль положения дуги на торце ленточного электрода можно осуществлять с помощью специального устройства. Сущность контроля заключается в том, что измеряют в процессе наплавки с помощью специальных датчиков характер распределения по- . тенциалов по ширине вылета электрода и определяют датчик с максимальным сигналом на выходе, координата которого соответствует текущему положению дуги на торце электрода. Обработку информации с датчикоц и выделение максимального сигнала осуществляет специальное электронное

l устройство.

Если число элементов клавишного 25 токоподвода не превышает трех, то операцию. контроля положения дуги на торце ленты можно упростить, опреде ляя падение напряжения на противоположных краях вылета ленточного элект- 30 рода. Если они равны, дуга горит в центре торца ленты, если один из сигналов больше другого, то дуга приближается или горит у того края ленты, датчик у которого показывает

35 большее напряжение. Коммутацию,точки токоподвода можно. осуществлять мощными электронными ключами, выполненными на полупроводниковых тиристорах или транзисторах.

Пример. Наплавку производят по трем вариантам ленточным электродом сечением 0, 5х45 мм из стали

07Х25Н13 под слоем флюса ОФ-10. Режимы наплавки: 0 =30 В; I =450...5ООА; 45 сь

VH=10 м/ч, Источник питания — ВДУ1201, включенный на работу с жесткими ВАХ, В первом варианте наплавку осуществляют по известной технологии, а

50 токоподвод к ленте — по всей ширине двумя медными подпружиненными губками.

Во втором варианте подключение тока производят с помощью клавишного токоподвода с тремя медными подпружиненными изолированными друг от друга клавишами, расположенными по краям в центре ленточного электрода (фиг.1—

3) на расстоянии 50 мм от торца, Коммутацию клавиш осуществляют с помощью тиристоров ТЛ-500, переключение которых производят с помощью специального устройства управления. Сигнал г о месте горения дуги поступает на коммутирующее устройство с контактных датчиков, расположенных по краям вылета электрода на 10 мм ниже токоподвода. Когда сигналы датчиков равны между собой (уровни сигналов составляют 10...70 кВ), что свидетельствует о нахождении дуги в центре электрода, устройство отпирает тиристор, подключавший среднюю клавишу токоподвода в сварочную цепь. При увеличении сигнала на одном из контактных датчиков выше определенной величины, что свидетельствует о перемещении дуги к соответствующему краю торца электрода (сигнал с датчика, у которого выше), управляющий импульс поступает на тиристор, подключенный к клавише, расположенной у этого же края торца электрода. Предыдущий тиристор запирается за счет разряда через него коммутирующего конденсатора. Таким образом, токоподвод всегда находится над активным пятном дуги.

В третьем варианте подключение тока к ленточному электроду осуществляют с помощью двух клавиш (фиг.7-. 9), расположенных на оси вылета электрода на расстоянии 20 мм одна от другой, Коммутацию клавиш производят при помощи указанного устройства. Клавиши коммутируют .в следующей последовательности: при приближении дуги к одному из краев электрода ток подводится к нижней клавише, при-приближении дуги к центру торца точка токоподвода переключается на верхнюю клавишу, .В процессе исследований оценивают проплавляющую способность дуги, характеризующую надежность пронлавления основного металла, равномерность проплавления основного металла по ширине шва и наличие шлаковых включений. Проплавляющую способность дуги оценивают по методике, заключающейся в расплавлении экранирующей прослойки в виде клина из порошка СаСО> скрепленного жидким стеклом, с углом при вершине 10 и.высотой 1,5 мм,, расположенной на поверхности, подвергаемой наплавке. Критерием оценки является длина переплавляемого дугой

1586868

30

Наличие шлаНеравномерПроплавляющая способХарактер токоподвода

Вариант ковых включений ность проплавления по ширине шва, 7 ность дуги, мм

Отдельные включения

30

Сплошной по всей ширине электрода

Локальный по

Включения отсутствуют

60 ширине электрода

Локальный по

Включения отсутствуют

48 высоте электрода клина, т.е. расстояние от его вершины до места появления первого дефекта в наплавленном слое.

Равномерность проплавления опреде5 ляют на поперечных макрошлифах, измеряя глубину проплавления по ширине шва, исключая краевые области шириной 5 мм от линии сплавления. Критерием служит отклонение замеров глуби- 10 ны в процентах от среднего значения.

Шлаковые включения оценивают методом послойной сошлифовки с последующим травлением образцов.

Результаты опытов приведены в таблице.

Из таблицы видно, что применение предлагаемого способа наплавки позволяет существенно увеличить проплавление по ширине шва и повысить качестве наплавленных изделий.

По сравнению с известным применение предлагаемого способа дуговой наплавки ленточным электродом позволяет расширить номенклатуру наплавленных изделий, снизить трудоемкость их изготовления (или восстановления) за счет уменьшения ремонтных работ по удалению дефектов в наплавленном слое.

Формула изобретения

1. Способ дуговой наплавки ленточным электродом, заключающийся в том, что коммутируют в определенном порядке элементы локального клавишного подвода тока, о т л и ч а ю ш:; и с я тем, что, с целью повышения качества наплавленных иэделий, коммутируют точки подвода тока, поддерживая стабильным сопротивление вылета электрода при перемещении дуги по торцу ленточного электрода.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что коммутируют места подвода тока по ширине ленты синхронно с перемещением дуги по ее торцу, располагая токоповод над активным пятном дуги.

3. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что коммутируют точки подвода тока по высоте вылета элек» трода, при этом величину вылета увеличивают при движении активного пятна дуги от края торца электрода к центру, а при движении активного пятна дуги от центра торца электрода к краям вылет уменьшают.

1586868

4 исиючнику литания

11

CM L

4Ы7 4Ьг. В Фиг У

Составитель В, Пучинский

Редактор И. Шулла Тех ред М, Дидьи Корректор Н. Король

Заказ 2389 Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101