Способ контактной стыковой сварки труб с газообразным флюсом

Авторы патента:

B23K11/04 - стыковая сварка оплавлением

B23K101/06 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2554240:

Паршин Сергей Георгиевич (RU)

Изобретение может быть использовано при контактной стыковой сварке труб из углеродистых и легированных сталей. Во внутреннюю полость труб перед сваркой подают инертный газ, в который вводят газообразные галогениды при следующем соотношении инертного газа и газообразных галогенидов, мас.%: инертный газ 80…97, газообразные галогениды 3…20. Инертный газ выбирают из группы: аргон, гелий. Газообразный галогенид выбирают из группы: фторид кремния, хлорид кремния, фторид бора, фторид серы, фреон. Способ контактной стыковой сварки позволяет улучшить качество сварных соединений и механические характеристики сварных соединений труб. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено при контактной стыковой сварке длинномерных изделий, профильного проката и труб.

Известен способ электродуговой сварки (см. Паршин С.Г. Способ электродуговой сварки. Патент РФ №2187415, В23K 9/235 от 01.10.2001 г. Опубликовано 20.08.2002 г.), при котором на внешнюю поверхность свариваемых кромок наносят активирующий флюс, а торцевой поверхности размещают смесь хлористых солей на основе щелочных и щелочноземельных металлов. После нанесения флюса производят дуговую сварку по слою флюса, активирующий флюс и хлористые соли испаряются, воздействуют на процесс плавления металла и формирование сварного шва, что позволяет повысить качество сварных соединений, уменьшить количество газовых пор и окисных шлаковых включений. Однако указанный способ предназначен для дуговой сварки. Наличие на торцевой поверхности хлористых солей, являющихся диэлектриками, не позволяет применить данный способ для контактной стыковой сварки профильного проката и труб.

Известна защитная газовая смесь для дуговой сварки (см. Бадьянов Б.Н., Давыдов В.А., Колупаев Ю.Ф. и др. Защитная газовая смесь. Авторское свидетельство СССР №1199548, В23K 35/38 от 12.03.1981 г. Опубликовано 23.12.1985 г.), состоящая из смеси инертного газа с ацетиленом и гексафторидом серы. Применение газовой смеси позволяет улучшить механические свойства сварного шва при дуговой сварке легированных сталей. Однако указанная смесь разработана для дуговой сварки вольфрамовым электродом. Кроме того, в смеси содержится ацетилен, который является углеводородом и способен насыщать сварной шов водородом и снижать сопротивление образованию холодных трещин. Эти недостатки не позволяют применить указанную смесь для контактно-стыковой сварки труб из закаливающихся легированных сталей.

Известен способ контактной стыковой сварки оплавлением (см. Пасечник Н.В., Сивак Б.А., Новицкий А.Ф. и др. Способ контактной стыковой сварки оплавлением полос с подачей защитного газа в зону сварки и устройство для его осуществления. Патент РФ №2424094, В23K 11/04 от 03.03.2010 г. Опубликовано 20.07.2011 г.), который принят за прототип. Согласно этому способу, контактную стыковую сварку стальных полос осуществляют в устройстве, которое обеспечивает газовую защиту свариваемых кромок за счет подачи в зону сварки восстановительного или нейтрального газа. Указанный способ позволяет предупредить образование окисных пленок на торцах свариваемых деталей и улучшить качество сварных соединений. Однако указанный способ по прототипу предназначен для контактной стыковой сварки проката сплошного сечения - полос на специализированных металлургических линиях. Кроме того, указанный способ предполагает применение при сварке водорода, углеводородов, азота и их смесей, что может приводить к насыщению водородом и азотом сварных соединений из легированных сталей. Эти недостатки не позволяют использовать указанный способ для контактной стыковой сварки труб из легированных сталей.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение механических характеристик сварного шва при контактной стыковой сварке труб за счет подачи внутрь свариваемых труб смеси инертного газа с газообразным галогенидом.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что во внутреннюю полость труб перед сваркой подают смесь инертного газа с газообразным галогенидом или смесью газообразных галогенидов, при следующем соотношении инертного газа и газообразных галогенидов, %, масс., доли смеси:

Инертный газ - 80…97;

Газообразные галогениды - 3…20.

В качестве инертного газа применяют аргон, гелий или смесь аргона с гелием. Газообразный галогенид выбирают из группы: фторид кремния, хлорид кремния, фторид бора, фторид серы, фреон. Инертный газ и газообразный галогенид подают из стальных баллонов через редуктор в газовый смеситель, где образуется газовая смесь. Из газового смесителя газовая смесь подается во внутреннюю полость труб. После заполнения внутренней полости труб газовой смесью производится контактная стыковая сварка труб оплавлением.

Насыщение сварного шва водородом является основной причиной водородной хрупкости (см. стр.321 в монографии: Походня И.К., Явдошин И.Р., Пальцевич А.П. и др. Металлургия дуговой сварки. / И.К. Походня, И.Р. Явдошин, А.П. Пальцевич и др. - Киев: Наукова Думка, 2004. - 445 с.). Водородная хрупкость приводит к снижению пластичности, ударной вязкости, снижению предела текучести сварного шва.

Для удаления водорода из сварного шва при контактной сварке можно применить способ химического связывания водорода и водяного пара в нерастворимые в сварочной ванне соединения HF, HCl (см. стр.32-36 в монографии: Походня И.К., Явдошин И.Р., Пальцевич А.П. и др. Металлургия дуговой сварки. Взаимодействие металла с газами / И.К. Походня, И.Р. Явдошин, А.П. Пальцевич и др. - Киев: Наукова Думка, 2004. - 445 с.).

Расчеты констант равновесия металлургических реакций водорода и водяного пара с фторидом кремния, хлоридом кремния, фторидом бора, фторидом серы, фреоном-12 (CF₂Cl₂), фреона-13 (CF₃Cl) и другими фреонами показывают высокую вероятность реакций по удалению водорода при формировании сварного шва:

SiF₄+2Н₂=Si+4HF; lgK(T)=-27856/Т+8,93

SiF₄+2H₂O=SiO₂+4HF; lgK(T)=-5484/Т+4,17

SiCl₄+4Н₂=SiH₄+4HCl; lgK(T)=15384/T+2,7

SiCl₄+H₂=SiH₂+2HCl; lgK(T)=15600/T+8,84

BF₃+H₂=BHF₂+HF; lgK(T)=-6579/T+1,148;

3BF₃+6H₂+3O₂=(HBO₂)₃+9HF; lgK(T)=-9150/T+4,596;

BF₃+2H₂O=HBO₂+3HF; lgK(T)=-12614/T+7,029;

2BF₃+4H₂O+H₂=B₂(OH)₄+6HF; lgK(T)=17574/T+1,409;

BF₃+H₂O=BOHF₂+HF; lgK(T)=-1006/T+0,103;

2BF₃+3H₂=2B+6HF; lgK(T)=-34002/T+62,7;

2BF₃+3H₂O=B₂O₃+6HF; lgK(T)=-5340/T+55,7;

3SF₆+7H₂=2HS+12HF; lgK(T)=32164/T+47,195;

3SF₆+4H₂=H₂S+6HF; lgK(T)=24382/T+19,81.

2CF₂Cl₂+2H₂=CCl₄+4HF+C; lgK(T)=13168/T+7,252;

2CF₂Cl₂+2H₂=CF₄+4HCl+C; lgK(T)=18172/T+6,33;

CF₃Cl+H₂=CHF₃+HCl; lgK(T)=5299/T+0,558;

2CF₃Cl+2H₂=CF₄+2HF+2HCl; lgK(T)=14856/T+6,71;

CCl₄+2H₂=С+4HCl; lgK(T)=12057/T+14,5;

CCl₄+2H₂O=CO₂+4HCl; lgK(T)=7339,5/T+19,3.

Газообразные галогениды: фторид кремния, хлорид кремния, фторид бора, фторид серы, а также фреоны, состоящие из фторуглеродов и хлоруглеродов, имеют высокую химическую активность по связыванию водорода и водяного пара.

Их введение в зону формирования сварного шва по отдельности или в виде многокомпонентной смеси, способствует снижению содержания остаточного диффузионного водорода в сварном шве. Уменьшение остаточного водорода в шве способствует снижению твердости, повышению пластичности, ударной вязкости и предела текучести сварных соединений.

Оптимальное содержание газообразного галогенида в газовой смеси составляет 3…20% масс., доли смеси. При содержании в газовой смеси галогенидов менее 3% масс., доли смеси не происходит заметного улучшения механических характеристик сварного шва. При содержании в газовой смеси галогенидов более 20% масс., доли смеси происходит ухудшение формирования и механических характеристик сварного шва.

Примером применения данного способа может служить сварка труб конвективного пароперегревателя энергетического котла ТГМ-96, диаметром 36 мм с толщиной стенки 6 мм из теплоустойчивой стали марки 12Х1МФ.

Соединяемые трубы зажимали в электродах машины для контактной стыковой сварки оплавлением МСО-604-УХЛ4. Аргона высшего сорта по ГОСТ 10157-79 и газообразный галогенид: гексафторид серы SF₆ по ТУ 6-02-1249-83 смешивали с помощью газового смесителя и подавали через шланг внутрь свариваемых труб при давлении 3 кгс/см². После продувки газовой смесью газовой магистрали и труб в течение 15 секунд включали сварочную машину и производили сварку труб оплавлением по заданной циклограмме. Для сравнения, по аналогичному режиму сваривали трубы в воздухе без подачи газовой смеси.

Из полученных сварных соединений, изготавливали образцы по ГОСТ 6996-66, которые подвергали механическим испытаниям на разрывной машине ИР 6055-500-0 и измеряли твердость сварного шва ультразвуковым твердомером «УЗИТ-3» с алмазной пирамидой Виккерса при нагрузке 20 Н, табл.1.

Таблица 1
Механические свойства сварных соединений труб из стали 12Х1МФ
Условия сварки	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение, %	Твердость шва, НВ
На воздухе без газообразного флюса	31,5	15	270
В смеси: аргон + 3% SF₆	38,5	18,2	255
В смеси: аргон + 10% SF₆	40,8	25	220
В смеси: аргон + 20% SF₆	39,4	19,8	245
В смеси: аргон + 25% SF₆	33,1	15,3	266

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает технический эффект, который выражается в улучшении механических характеристик сварных соединений труб, может быть применен с использованием известных в технике средств, следовательно, он обладает промышленной применимостью.

1. Способ контактной стыковой сварки труб, включающий подачу во внутреннюю полость труб инертного газа, отличающийся тем, что в инертный газ дополнительно вводят газообразный галогенид или смесь газообразных галогенидов при следующем соотношении инертного газа и газообразных галогенидов, мас.%:

инертный газ	80-97
газообразные галогениды	3-20

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инертный газ или смесь инертных газов выбирают из группы, включающей аргон и гелий.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, газообразный галогенид или смесь газообразных галогенидов выбирают из группы, включающей фторид кремния, хлорид кремния, фторид бора, фторид серы и фреон.

Изобретение относится к строительству трубопроводов и может быть использовано при укладке с баржи подводных трубопроводов большого диаметра из стальных труб с бетонной изоляцией.

Способ удаления грата после контактной стыковой сварки оплавлением изделий круглого сечения // 2515864

Изобретение может быть использовано для контактной стыковой сварки оплавлением прутков или стержней, выполняемых на специализированных сварочных машинах, устанавливаемых в волочильном производстве, для укрупнения бунтов проволоки, а также в строительстве при соединении арматурных стержней.

Способ изготовления моноколеса турбомашины // 2513491

Изобретение относится к области авиационной и энергетической промышленности и может быть использовано при изготовлении и ремонте моноколес турбомашин методами стыковой сварки с оплавлением, при этом части моноколес могут быть сделаны как из одинакового, так и из разного материала.

Способ стыковой сварки оплавлением // 2510315

Изобретение может быть использовано при стыковой сварке оплавлением деталей из одинаковых или различных материалов. Между торцами деталей, площадью Sторц дет, размещают прокладку.

Способ стыковой сварки оплавлением рельсовой стали // 2507045

Способ может быть использован при соединении контактной сваркой оплавлением железнодорожных стальных рельсов, в частности из заэвтектоидной рельсовой стали с высоким содержанием углерода.

Способ контактной стыковой сварки с предварительным подогревом и измерением температуры образцов изделий различного сечения // 2504462

Изобретение относится к сварочному производству, к способам контактной стыковой сварки оплавлением изделий различного сечения. Способ включает установку и зажатие в сварочных губках свариваемых изделий, предварительное оплавление и сжатие свариваемых торцов, предварительный подогрев проходящим током, контроль распределения температуры, нагрев изделий и последующие оплавление и осадку.

Способ центровки рельсов в машине для контактной стыковой сварки // 2503529

Изобретение может быть использовано для центровки рельсов в машине контактной стыковой сварки. В зону стыкуемых торцов рельсов вводят манипулятор с расположенными на нем датчиками расстояния и корректируют с помощью сервомеханизмов положение зажатия концов свариваемых рельсов путем их вертикального и горизонтального перемещения.

Сварочная головка для сварки рельсов // 2503526

Сварочная головка может быть использована для соединения контактной стыковой сваркой оплавлением крайних участков двух секций рельсового пути. Две полуголовки (10) сварочной головки расположены одна напротив другой с возможностью скольжения одной относительно другой в продольном направлении.

Машина для контактной стыковой сварки рельсов // 2503525

Изобретение относится к машине для контактной стыковой сварки рельсов и может использоваться как при сварке отдельных рельсов, так и при сварке длинных рельсовых секций с предварительным натяжением, а также при ремонте рельсовых путей в полевых условиях.

Способ измерения усилия осадки при контактной стыковой сварке // 2486998

Способ автоматической сварки токами высокой частоты профиля типа "ребро-поверхность" // 2554237

Способ может быть использован при получении сварных изделий, имеющих протяженную поверхность с привариваемыми ребрами, в частности, оребренных труб, например, при изготовлении теплообменных аппаратов.

Способ импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов // 2553769

Изобретение относится к способу импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов. Изобретение может быть использовано в судостроении, авиастроении, ракетостроении и других отраслях машиностроения.

Способ соединения пайкой деталей из алюминия // 2553146

Способ может быть использован для соединения алюминиевых деталей пайкой, например, при изготовлении радиотехнических устройств. Осуществляют предварительную подготовку деталей путем нанесения гальванического покрытия из никеля, меди и олово-цинка.

Способ изготовления стальной трубы лазерной сваркой // 2552826

Изобретение относится к способу изготовления сваренной лазером стальной трубы. Лазерная сварка включает испускание двух лазерных лучей вдоль краев на верхней поверхности открытой трубы.

Способ получения сталеалюминиевого соединения сваркой плавлением // 2552614

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способу получения сварного сталеалюминиевого соединения, и может быть использовано в судостроении, при строительстве железнодорожного транспорта и автомобилестроении.

Способ электрошлаковой наплавки покрытия на внутреннюю поверхность трубы // 2550982

Изобретение относится к способу электрошлаковой наплавки покрытия на внутреннюю поверхность трубы и может найти применение при нанесении защитных актикоррозионных покрытий на внутреннюю поверхность труб для оборудования атомной и химической промышленности.

Способ изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением // 2549809

Изобретение относится к способу изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением, состоящей из обечайки со сферическим дном и горловины.

Способ соединения металлов на основе алюминия // 2549783

Изобретение может быть использовано для соединения материалов на основе алюминия. Между двумя соединяемыми материалами прокладывают материал прокладки, состоящий из сплава, содержащего в качестве основных компонентов цинк и алюминий; или цинк и магний; или цинк, магний и алюминий; или цинк, медь и алюминий; или цинк, олово, алюминий; или цинк, серебро и алюминий.

Модуль лазерно-дуговой для орбитальной сварки неповоротных кольцевых стыков труб // 2548842

Изобретение относится к автоматической сварке и наплавке неповоротных кольцевых стыков труб. Модуль содержит направляющий пояс, подвижную орбитальную каретку, установленную на направляющем поясе с возможностью перемещения вдоль направляющего пояса.

Способ изготовления крупногабаритной плоской конструкции // 2548336

Изобретение относится к способу изготовления крупногабаритной плоской конструкции из фрагментов, полученных литьем из латуни, и может быть использовано в машиностроении.

Способ контактной стыковой сварки труб с активирующим флюсом // 2554241

Изобретение может быть использовано при контактной стыковой сварке длинномерных изделий, в т.ч. профильного проката и труб. На поверхность свариваемых труб наносят активирующий флюс. На внешнюю поверхность наносят слой соли или смеси солей, выбранных из группы фтористых солей щелочных и щелочноземельных металлов. На внутреннюю поверхность наносят слой соли или смеси солей, выбранных из группы хлористых солей щелочных и щелочноземельных металлов. Щелочные металлы выбирают из группы: литий, калий, натрий, а щелочноземельные металлы выбирают из группы: кальций, барий, магний. Способ контактной стыковой сварки позволяет улучшить качество сварных соединений и механические характеристики сварных соединений труб. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.