Способ выбора присадочного материаладля сварки

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ Св ЕТЕЛЬСТВУ

oii841834 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 0404.79 (21) 2747044/25-27 с присоединеннем заявки No (23) ПриоритетОпубликовано 30.06,81, Бюллетень М 24

Дата опубликования описания 300681 (З1) М. Кл.8

В 23 К 9/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 791. .75(088.8) В.В.Рощин, В.Б.Николаев, В. С.Гаврилюк, С.A.Òðèôoíîâ и Е.Г.Володин

| г р«р« -.,, .:, о (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВЫБОРА ПРИСАДОЧНОГО

МАТЕРИАЛА ДЛЯ СВАРКИ

Изобретение относится к сварке а именно к способам выбора присадочного материала с -повышенной стойкостью к трещинообразованию при сварке сталей и сплавов, и может быть использовано в химической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Одна из основных задач, возникающих при сварке аустенитных сталей и сплавов, заключается в выборе такого сочетания основного и сварочных материалов, которое обеспечивает получение бездефект- . ного металла шва, удовлетворякщего 15 по своим свойствам требованиям, предъявляемым к нему условиям эксплуа/, ««, ° тации кбнструкции.

Наиболее правильно указанная задача решалась бы путем получения 20 гомогенного по химическому составу сварного соединения, т.е. обеспечения в металле шва композиции сва, риваемого металла.

Однако во многих случаях это 25 решение неосуществимо и связано с тем, что для подавляющего большинства аустенитных сталей и сплавов воспроизведение композиции основного материала в металле шва ведет к обра- 30 зованию горячих трещин в процессе кристаллизации при сварке. Поэтому при подборе присадочных материалов для сварки аустенитных сталей и сплавов часто вынуждены ориентироваться на получение шва, по химическому составу значительно отличающегося от основного металла.

Известен способ выбора присадочной проволоки для сварки, заключающийся в том, что металл до изготовления из него сварочной проволоки непосредственно после его выплавки отливают в кокиле в виде V-образной решетки и по наличию трещин на стержнях решетки после их остывания судят о пригодности металла для изготовления сварочной проволоки 1),.

Недостатком этого способа является отсутствие при оценке учета влияния химического состава основного (свариваемого) металла.

Известен также способ выбора присадочного материала путем испытания наплавленного металла шва постоянного состава на составных клавишных образцах из исследуемого основного материала. В процессе сварки образцы последовательно деформируют с различной скоростью поперек-направления

841834

1 закрепленной оси 11; подпятник 12 с роликом 13, закрепляемые на рычаге

10, клин 14, установленный в ползуне

15, движущемся по винту 16 в направляющей 17, сворочная горелка 18, закрепленная с помощью консоли 19 на ползуне 15 и перемещаемая по винту

16 со скоростью, равной скорости перемещения клина 14, т.е. з - кли нгу, определяющая скорость деформации Ч4 клавиш 2 и 3, возвратная пружина 20.

Размеры присадочного материала 5 назначают такими, чтобы при совместном расплавлении присадочного материала и основного металла сварочной дугой обеспечивалось непрерывное изменение содержания заданных легирующих элементов согласно установленного ранее закона изменения химического состава металла шва б, при этом .>1 мм для обеспечения удобстО ва изготовЛения узкой части присадбчного материала,6440,9Ь для обеспечения максимального изменения долей участия основного и прнсадочного .> материала и полного их сплав- . ления. Присадочный материал 5 изготавливают иэ листа, поковки, литья и другого сортамента металла. Использование литья для получения заготовок присадочного материала 5 прайтически не ограничивает количественное содержание в нем необ ходимых легирующих элементов, так как для его изготовления из.литья достаточНо только механической обработки, а операции ковки и прокатки исключаются. Длина клавиш 1 должна обеспечить получение и испытание на каждой клавише определенного диапазона состава металла шва и определяется размером сварочной ванны

О Lg. Количество клавиш выбирают в зависимости от длины присадочного материала 5. Длину L пластины 1 выбирают с учетом длины присадочного материала 5 и длины0 крайних клавиш 2 из основного металла. Для обеспечеиия стабильной границы проплавления h ) 11, 2h„. Размеры В. и В и общая ширина В образца должны обеспечить возможность размещения зажимов 8 и 9 на пластине 1 и клавишах 2, 3 и выполнение сварки шва б.

Толщина Н образца зависит в основ ном от глубины проплавления h и мо, .2. жет быть назначена из отношения Н

5 1,5h Размеры выводных пластин должны обеспечить необходюеые условия начала и окончания сварки шва б . Все размеры образца выбирают и уточняют с учетом технических характеристик испытательной установки. Скорость деформации (растяжения) V клавиш 2 и З,которую сообщают им путем передачи усилия с клина

14 через ролики 13 и рычагй 10,рассчитывают.c учетом размеров испытательного устройства (фиг.б и 7 ) по известным формулам. сварки и в качестве критерия сопротивляемости металла шва образованию горячих трещин принимают наименьшую (критическую) скорость деформации, при которой в металле шва зарождается горячая трещина I2j.

Недостатком этого способа являет- . ся его трудоемкость, так как для определения оптимального состава металла шва требуется изготовление целогс ряда проволок с различным соста. вом с последующим их испытанием по указанной методике, Кроме того не обеспечивается достаточная точность, выбора присадочного материала.

Цель изобретения — повышение точности определения химического состава присадочного материала, обеспечивающего получение сварных швов, не склонных к образованию горячих трещин.

Поставленная цель достигается тем, что растяжение проводят со ско- 2 ростью, при которой в сварном шве об-: разуется трещина, и деформируют его до тех пор, пока эта трещина не исчезнет, при этом используют присадочный материал переменного сечения с 2 наперед заданным законом изменения его химического состава и эа оптимальный принимают тот состав, при КОТО» ром йсчезает трещина.

На фиг.1 гредставлена схема распределения скоростей деформации

bio длине клавишного образца и на от- дельных клавишах, на Фиг.2 — один из возможных вариантов клавишного образца, общий вид, на фиг.3 и 4 возможные варианты расположения присадочного материала на стыке клавиш с пластиной, на фиг.5 — возможное техническое решение клавишного образца, на фиг.б — устройство для испытания клавишного образца, на фиг.7 — 4 то же, разрез на фиг.8 — закон распределения легирующих элементов по длине шва, на фиг.9 и 10 — результаты испытаний образцов по предлагаемоМу способу.

На фигурах обозначена цельная не подви»чая пластина 1 из основного металла с длиной Ь,шириной В и толщи- ной Н, подвижная пластина (клавиша)

? иэ основного металла, способная деформироваться (растягиваться) со скорост ью V, c длиной )@,шириной

В> и толщиной Н, клавиша 3 из основного металла с участком присадочного материала; стык 4 между пластиной 1 и клавишами 2 и 3, исследуемый присадофцй материал 5 переменного сечения с длиной 1, начальной шириной

Ь, конечной шириной b и постоянной толщиной h ; сварной шов б шириной

Ь,глубиной прбплавления h и длиной gp сварочной ванны L>, выводйые пластины 7, зажимы 8 и 9 для крепления соответственно неподвижной пластины 1 и подвижных клавиш 2 и 3, рычаг 10 свободно поворачивающийся на жестко у

841834

Предлагаемый способ осуществляют следукшим образом.

Выбирают основной материал, и интересующий диапазон изменения содержания в нем легирующих элементов. Назйачают толщинУ Н основного металла и на цельной пластине выбранной толщины устанавливают режим. сварки, определяют размеры

I сварочной ванны и закон изменения, содержания в сварном шве легирующих компонентов на этом режиме. Затем с учетом технических характеристик испытательной установки устройства выбирают основные размеры образца для испытаний: размеры 1, Ь, b4, и

h исследуемого присадочного материа-

1 ла 5 в соответствии с выбрайййм" законом изменения состава шва, размеры

1 и В клавиш 2 и 3 и общее коли. Ъ чество клавиш, общие размеры L и В образца, ширину В цельной пластины 20

1, размеры выводных пластин 7.

После выбора размеров образца производят изготовление отдельных

его частей: пластины 1, клавиш 2 С и 3, присадочного материала 5 и выводных пластин 7. Количество изготавливаемых частей устанавливают в зависимости от количества комплектов образцов, отделяемых программой испытаний, при этом необходимо предусмотреть комплекты образцов для определения критической скорости деформации (V1 p ) основного металла без присадочного,материала. В случае углубления присадочного материала 5

/ в основной металл (фиг.3) в собран, ном комплекте образцов на стыке пластины 1 с клавишами 3 изготавливают по форме присадочного материа-. ла 5 канавку постоянной глубины, равной толщине h присадочного мате- 40 риала (фиг. 2 и 3) .

Готовые комплекты образцов испытывают в установке, устройство которой схематично показано на фиг.5 и 7. Вначале испытывают комплекты образцов для определения

Н1,р основного металла. Для этого в испытательное устройство последовательно устанавливают пластину 1 и клавишу 2 образца и надежно закрепляют О их зажимами 8 к неподвижной плите и зажимами 9 к подвижным рычагам f0.

Подпятники 12 с роликами 13 заменяют подпятниками с разнокалиберными клиньями 14, а вместо клина 14 в ползуне 15 устанавливают ролик 13. При обкатке клиньев роликом в процессе сварки образца по заданному режиму на каждой клавише получают различную скорость деформации Vg, что значИтельно ускоряет определение V,ъ для основного металла в условиях аналогичных испытанию образцов с присадочным материалом. После нахожденияЧ1 р для основного металла, при которой в металле шва зарождается 65 горячая трещина, производят испытание образцов. с присадочным материалом. Для испытаний используют образцы, подвИжная деформируемая часть которых выполнена в виде клавиш. Клавишное исполнение образца обеспечивает деформирование сварного шва б в одинаковых условиях на всей длине образца (фиг.2) . Составляющие образец (пластина 1 и клавйши 2 и 3) ус-, танавливают и крепят также, как и при испытании основного металла, без присадочного материала. Соприкосновение клавиш между собой и в стыке 4 с пластиной 1 осуществляют без видимого зазора. В стыке между клавийами

3 и пластиной 1 укладывают присадочный материал 5. При установке и креплении образца необходимо предусмотреть с каждой стороны присадочного материала 5 не менее одной клавиши

2 из основного металла без присадочного материала. Подпятники 12 с роликами 13 и клин 14 устанавливают на свои места (фиг.б и 7). Клин 14 выбирают таким, чтобы при обкатке им роликов 13 обеспечивалась постоянная скорость деформации НВ клавиш 2 и

3 (фиг.1), которая по крайней мере на 2-3% превышала бы V„ äëÿ основного металла. увеличение скорости деформации )В по сравнению с V< необходимо для получения стабильного образования и развития трещины в процессе сварки и деформации образца, так как едва зарождающаяся при V<> трещина из-за наличия микроскопической неоднородности распределения легирувщих компонентов в металле шва и возможного колебания режима сварки может завязнуть или исчезнуть совсем. Однако увеличение Vg не должно быть слишком значительным, чтобы не исказить результаты испытаний.

Сварку шва б на заданном режиме начинают на выводной пластине 7 на расстоянии 1 от края образца. Длину

1 -30-50 мм выбирают иэ расчета установления стабильного процесса сварки. Деформирование (растяжение) клавиши 2 начинают в момент пересечения оси электрода горелки 18 края клавиши (фиг.б) . В это время клин

14 своим коротким торцом входит в соприкосновение с роликом 13. Растяжение клавиши 2 в процессе сварки со скоростью Vg > Н1,р вызывает образование горячей трещины в металле шва, которая при последующем непрерывном деформировании распространяется в металл шва с присадочным материалом. Деформирование следующей клавиши 3 начинают после окончания деформирования клавиши 2 в момент выхода длинного торца клина 14. из соприкосновения с роликом 13 соседней клавиши при том же расположении оси электрода по краю клавиши 3. В такой последовательности производят деформирование всех имеющихся клавиш образца в процессе сварки шва б. Заканчивают сварку шва 6 после окончания деформирования последней клавиши 2 образца также на выводной пластине на расстоянии l от края образца. Наличие крайней клавиши 2 на конце образца необходимо для более четкого фиксирования участка

1 шва, свободного от трещины. После окончания процесса деформирования проводят контроль сварного шва б . на наличие в нем трещины (вйзуально с помощью микроскопа, ультразвуком и др. способами). В качестве присадочного принимают тот химичес-, кий состав (количественное содержание исследуемых легирующнх компонентов),при котором развитие трещины в сварном шве прекращается.

Горячие трещины в сварном шве являются результатом хрупкого межкристаллического разрушения металла шва, находящегося в процессе кристаллизации в твердо-жидком состоянии (в температурном интервале хрупкости — ТИХ). Сопротивляемость металла шва образованию горячих трещин определяется величиной пластичности межкристаллических прослоек в ТИХ и темпом нарастания деформации в процессе остывания. Пластичность межкристаллических прослоек зависит от их химического состава и от соотношения жидкой и твердой

Фаз в них. Таким образом, если в момент остывания шва его состав не будет обеспечивать необходимую пластичность межкристаллических прослоек при максимальном нарастании деформаций, то горячие трещины в

ТИХ непременно образуются. При повышенной пластичности межкристаллических прослоек в условиях измененного химического состава шва и при неизменных температурно-деформационных факторах горячие трещины в ТИХ не образуются. Поэтому в предлагаемом способе при наличии зада. н."го закона изменения состава шва и постоянного температурнодеформациойного фактора образовавшаяся в начальный момент испытания горячая трещина распространя-. ется в присадбчный материал до тех пор, пока изменяющийся химический состав шва не обеспечит необходймую пластичность межкристаллич@ских прослоек. В случае необходимости опрефедения запаса технологической прочности на интересующих участках образца путем подбора соответствующих клиньев определяют критические скорости деформации для этих участков (фиг.9 и 10). Для более тщательного исследования стойкости к образованию горячих трещин в металле шва определенного состава могут быть использованы образцы со ступенчатым

841834 расположением присадочного материала (фиг.5) .

Пример. В качестве основного металла выбирают сталь марки

12Х18Н10Т и задаются целью выбрать оптимальный состав присадочного материала с повышенной стойкостью к образованию горячих трещин при комплексном легировании металла шва хромом от 18 до 32%, никелем от 10 до 34% и молибденом от 0 до 10%.

На цельной пластине из основного металла толщиной 14 мм и размером

125Х300 мм режим автоматической проволоки аргоно-дуговой сварки вольфрамовым электродом без присадочной EIpo»

15 волоки выбирают следующим: сварочный ток 340 А, напряжение дуги 17 В, скорость сварки 2,85 м/ч. Размеры сварочной ванны: Ь=24 мм Ь =5 5 мм

=1 9 мм. Закон изменения концентраций хрома, никеля и молибдена для выбранного режима задают таким, как показано на фиг.8. С учетом технических характеристик испытательной установки определяют основные размеры образца для испытаний. Разме ры присадочного материала и его состав в соответствии с заданным законом изменения состава и режимом сварки назначают следующим:1 =200 мм

Ь 7 мм,41=18 мм, h„=3,5 мм, для изготовления присадочного материала используют бинарный сплав типа

Х50Н50 в виде листа толщиной. 4 мм.

Для дополнительного легирования метал35 ла шва молибденом на изготовленную по вышеуказанным размерам пластину присадочного материала укладывают молибденовую полоску переменного сечения толщиной 0,7 мм и закрепляют с помощью прихваток. Размеры клавиш

4р 2 и 3: 1„=30мм,8g=50 мм. Общее количество клавиш восемь,из них шесть клавиш 3 содержат присадочный материал, а две клавиши 2 по краям прйсадочного материала 5 только иэ основного металла. Общие размеры образца: L=240 мм, 8=125 мм,шири на пластины 18 =-75 мм. Выводные пластины из основного металла выбирают квадратной формы размером 50х50х14мм.

Согласно программе испытаний изготовлено 20 комплектов образцов с учетом выявленияЧкр для основного металла, критического состава металла шва, тормозящего развитие трещин и определения на различных участ55 ках образца с присадочным материалом. Присадочный материал 5 располагается в образце с углублением в основной металл (Фиг.3) . С этой целью в собранных комплектах образ о цов на стыке 4 клавиш 3 с пласти-,ной 1 изготавливают канавку по форме присадочного металла 5 глубиной 3,5 мм (фиг.2 и 3) .

Испытание изготовленных комплек .тов образцов производят на установ-, 1

841834

ФоРмУла изобретения

<е

Алина образца 4

Ф иг.! с/арки.ьиг. 2 сдарки ке, устройство которой схематично доВФвано на фиг.б и 7.

Результаты испытаний образцов (фиг.9 и 10) показывают, что предлагаемый способ позволяет значительно ускорить поиск оптимального состава присадочного материала с повышенной стойкостью к образованию горячих трещин и повысить точность такого поиска. При легировании металла шва только хромом и никелем трещина проходит почти через всю длину образца и исчезает только при максимальном содержании хрома

32,1% и никеля 34,3% (фиг.8 и 9) .

При дополнительном легировании при- садочного материала молибденом трещина в металле шва исчезает уже на расстоянии 110 мм от начала образца. (фиг.10), при этом оптимальный состав присадочного материала содержит 263 хрома, 23% никеля, 5,5% молибдена и остальное железо (фиг.8 и

10) .

Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить точность определения оптимального сос тава присадочного материала с повышенной стойкостью к образованию горячих трещин и снизить при этом расход металла. I

Способ выбора присадочного мета риала для,сварки, ° включающий испытание клавишного образца иэ основного металла с расплавлением исследуемого присадочного металла и растяжением сварного шва, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения химического состава присадочного метарйала, растяже ние проводят со скоростью, при которой в сварном шве образуется трещина и деформируют его.до тех пор, пока эта трещина не исчезнет, при этом используют присадочный материал переменного сечения с наперед заданным законом изменения его химического состава, и за оптимальный принимают тот состав, при котором исчезает трещина.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 183997, кл. G 01 М 33/20, 19б5.

2. Шоршоров М.Х. Испытания металлов на свариваемость. М., "Металлургия", 1972, с.119-121 (прототип).

841834

1 ,4

1 . з

1 к

Фю

Ф

М

t

Ю у

Редактор

К.Лембак

Заказ 4945/11 Тираж 1148 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитЕта СССР по делам изобретений и открытий

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

32 Ф

- 28

Ф . 20

Ъ

12

К

Фв ъ

2д +д 80 И 100 а0 1 вР 180 180 200 220

20 +0 М g0 r00 u0 res. reO т 200 220

20 +Ю М 00 100 ИО 1+О 160 r80 200 220

Длина исВи, мм

Фиа. 10

Составитль Г. Тртченкова

Техред Н. Ковалева,. -- Корректор,E.Ðîøêo.

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