Способ сварки плавлением

 

О П И С А Н И Е 074

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С %ЛИСТВУ (б.1) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 023429 (21) 2744348/25-27 (51)М. КЯ.

Союз Соеетскмк

Соцмаектммескнк

Рмттубавс с присоединением заявки HPВ 23 К 9/16

ГОстдбвстбеиный кбмитет

СССР ае делам изобретення б еткрмтмй (23)Приормтет—

Опубликовано 3008 8 1. ЬкМлеteéü " 3 2 (З) УДК 621.791 .75

<088.8) Дата опублйкования описания 300881 и Тульский ордена Трудового Красно политехнический институт (71) Заявители

I (54) СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Изобретение относится к сварке плавлением и может быть использовано при сварке различных металлов и сплавов.

Известно, что пластические свойства металла прн всех прочих равных условиях зависят от его строения, т.е. размеров, формы и ориентации кристаллитов. Наиболее предпочтительным является мелкозернистое строение металла (размер зерна не более 30 мкм1 так как при различных видах нагружения оно обеспечивает наибольшую .степень деформации за одну операцию. строение металла — результат про- 15 цесСа кристаллизации, определяемый характером отвода тепла от жидкой фазы и ее составом.

Известны способы дуговой сварки плавлением, в которых кристаллизация 20 металла сварочной ванны происходит в. Условиях отвода тепла во внешнюю .среду и в металл деталей (1).

Недостатком этих способов сварки является то, что металл шва имеет строение в виде крупных кристаллитов столбчатой формы, растущих с полуоплавленных зерен основного металла деталей. Указанная структура при всех. прочих равных условиях обеспечивает 30 высокую прочность металла шва, но низкие пластические свойства, что проявляется в растрескивании металла шва как в процессе сварки, так и в процессе последующей обработки. Это объясняется тем, что количество тепла, отводимого от жидкого металла сварочной ванны в массу металла деталей,вследствие его большой теплопроводности больше, чем количество тепла, отводимого во внешнюю (обычно газовую) среду с поверхностей ванны излучением или конвекцией.

Наиболее близким к предлагаемому является способ сварки хромоникелевых сталей и сплавов, заключающийся в том, что для повышения пластических свойств металла сварных соединений принудительно охлаждают кристаллизующийся металл сварочной ванны и металл деталей высокотемпературной области околошовнрй эоны двумя струями жидкого газа, направленных в сторону, противоположную найравлению сварки, и под углом к плоскости шва (2).

Недостаток известного способа сварки заключается в том, что здесь происходит одновременное охлаждение .металла сварочной ванны с ее поверх

859074.ности и охлаждение металла деталей из-за расположения струй газа углом назад к плоскости шва, которое приводит к отражению холодного газа от металла шва в сторону металла деталей. В этом случае в металле шва образуется два Вида структур: в центре шва — мелкозернистая, в участках металла, прилегающих к линии оплавления — столбчатая. При этом доля металла с мелкозернистым строением составляет не боЛее 303 от общего объема металла шва. Это говорит о том, что при данном способе сварки количество тепла, отводимого от жидкого металла сварочной ванны в металл деталей, больше, чем количество тепла, 15 отводимого во внешнюю среду с поверхности ванны. При таком способе сварки и из-за наличия доли металла с мелкозернистым строением пластические свойства металла шва несколь- щ ко повышаются. Однако этого повышения недостаточно для применения прогрессивных способов обработки металлов давлением, например деформирование в состоянии сверхпластичности, при изготовлении деталей .сложной геометрической формы из сварных заготовок, когда степень относительной деформации металла доЛжна составлять не ме.нее 50-100 %. При деформировании металла шва с такой структурой в состоянии сзерхпластичности, его разрушения наступает при степени деформации не более 37-39Ъ.

Цель изобретения — повышение пластических свойств металла шва путем 35 измельчения его строения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе сварки плавлением с отводом тепла от кристаллизующегося металла сварочной ванны, производят отвод тепла от нижней поверхности шва с помощью теплопоглощающего экрана,. устанавливаемого на )расстоянии 0,51 мм от нижней поверхности шва на всю его ширину, а свариваемые детали 4 сверху и снизу подогревают, при этом количество тепла, отводимого в детали, равно количеству тепла, отводимого во внешнюю среду.

На границе раздела металл сварочной. ванны — внешняя среда может идти активное образование центров кристаллизации на подложке из окисных плен к, если количество тепла, отводимого во внешнюю среду, достаточно для формирования переохлаждения жидкого металла сварочной ванны поверхности окисной пленки. ПоэтоУ му, регулнруя соотношение между кол оличествами тепла отводимых в металл деталей и во внешнюю среду, можно обес- 6О печить подавление роста столбчатых кристаллитов от поверхности сплавления и образование мелкозернистого

:строения металла шва за счет умень- шения количества тепла, отводимого

7 =т, () LrT йОА пл. Х ат где тпл температура плавления чистого металла или температура ликвидуса сплава, ОС; удельная скрытая теплота кристаллизации, выделяющаяся при фазовом переходе металла из жидкого состояния в твердое, кал/г; соответственно плотность (г/см ), коэффициенты температуропроводности (см 1/с) и тедлопроводности (кал/см

xc C) металла в твердом состоянии. туру среды Т у нижней пошва определяют по формуле

YT1ЮТ13 т

Темпера

I верхности

Рт од — (— Tk-d, Tð Г (О где скорость кристаллизации, см/с; коэффициент теплоотдачи с поверхности жидкого кристаллизующегося металла сварочной ванны Во внешнюю среду, кал/см<.с С; температура внешней среды, С в металл деталей, и образования дополнительных центров, кристаллизации при увеличении отвода тепла во внешнюю срецу.

Мелкозернистое строение металла шва в объеме 77-90% наблюдается, если поддерживается равенство количеств тепла, отводимых в металл .дета- лей, .q и во внешнюю среду до q< с т точностью +10-12Ъ. Если количество тепла, отводимого в металл деталей, больше, чем количество тепла, отводимого во .внешнюю среду, то доля металла с мелкозернистым строением резко уменьшается, что приводит к снижению пластических свойств металла шва. Если количество тепла, отводимого во внешнюю среду, много больше количества тепла, отводимого в металл деталей, то резко уменьшаются геометрические размеры шва, что приводит к уменьшению доли металла с мелкозернистым строением.

Это можно объяснить тем, что при уменьшении объема металла сварочной ванны вследствие теплоотвода во внешнюю среду переохлаждается практически весь объем металла хвостовой части. ванны, что обеспечивает преимущество в росте столбчатых кристаллитов с готовых центров кристаллизации полуоплавленных зерен металла деталей от- поверхности оплавления.

Для обеспечения выполнения указанного УсловиЯ { 1..=-суг) пРи сваРке необходимо температуру подогрева Тпд основного металла деталей выбирать по формуле

859074

Расстояние ь от продольной оси шва до изотермы подогрева в околошовной зоне свариваемых листов рассчитывают по формуле

Bar ат (3) 5

2 R

Предлагаемый способ опробован при сварке сплава АМг6 аргоно-дуговым способом с неплавящимся анодом плас.тин 2х120х250 мм на режимах 90A;

Ч 10 м/ч, U 168, обеспечивающих ширину шва 1,0-1,15 см.

Согласно зависимости .(1) температуру Т основного металла на расстоянии .Ь1,4 см оси шва поддерживают

55

Расчеты по формулам (1-3) для случая сварки пластин толщиной 2 мм из сплава AMr6 при заданной ширине шва, около 1 см,дают при скорости сварки 10 м/ч значения.

Тп, (подогрев) 28/ С

Т (охлаждения 45 С; с (расстояние) 1,4 см.

На чертеже изображено устройство, реализующее предлагаемый способ. 15

В устройстве соотношение тепловых потоков от сварочной ванны 1 во внешнюю среду q и в основной металл свариваемых деталей 2 qT регулируют нагревом свариваемых пластин до темпе- 0 ратуры Т через встроенные в губки 3 поА .нагревательные элементы 4 и охлаждением нижней поверхности.шва снижением температуры внешней среды Т с по-. мощью теплопоглощающего экрана 5.

Экран 5,. охлаждается хладагентом 6 и теплоизолируется керамическими вставками 7 от губок 3. С целью выполнения вышеуказанного условия (цг=

= 1г) шиРина экРана 5 выбиРаетсЯ Рав- У ной ширине шва В, и он устанавливается на расстоянии 0,5-1,0 мм от нижней поверхности шва. При меньшем расстоянии или в случае контакта поверхности экрана 5 с поверхностью жидкого металла сварочной ванны металл шва будет иметь крупнокристаллическое столбчатое строение.. Если экраны.5 располагать на большем расстоянии от нижней поверхности шва, то снижается эффективность охлаждения внешней среды, что приводит к росту ширины шва и увеличению доли металла, имеющего столбчатое строение. равной 270-300 C Температуру внешней среды Тс устанавливает равной от-30 до-45 С. Для этого теплопоглощающий экран размещают под нижней поверхностью шва на расстоянии 0,6 мм, а его ширина равна ширине шва 1,0 см.

В этом случае металл шва имеет мелкозернистое .строение, доля которого в объеме 75-80% при ширине шва 0 80,95 см.

Предлагаемый способ прост в реализации и надежен в эксплуатации. Он позволяет повысить стойкость металла шва против образования горячих трещин в процессе сварки и повысить деформационную способность металла сварного соединения, обеспечивая использование прогрессивной технологии изготовления деталей сложной геометрической формы из сварных заготовок путем деформирования в состоянии сверхпластичности.

Преимущества способа состоят в простоте технологии сварки, обеспечивающей измельчение зерна металла шва, в отличие от традиционного применения для этих же целей электромагнитного перемешивания сварочной ванны, вибрации изделия или электрода, введения ультразвука и т.д.

Формула изобретения

Способ сварки плавлением, при котором производят отвод тепла от кристаллизующегося металла сварочной ванны, отличающийся тем,,что,.с целью повышения пластических свойств металла путем измельчения его строения, отвод тепла производят от нижней поверхности шва с помощью теплопоглощающего экрана, устанавливае- мого на расстоянии 0,5-1 мм от нижней поверхности шва на всю его ширину, а свариваемые детали сверху и снизу подогревают, при этом количество тепла, отводимого в детали, равно количеству тепла, отводимого во внешнюю среду. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Думов С.И. Технология электрической сварки плавлением. N., Машинострьение, 1970, с.148-151.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 414066, кл. В 23 К 9/16, 1974 (прототип).

859074

Составитель Г.Тютченкова .

Редактор Е.Дичинская Техред Ж.Кастелевич Корректор Г.Назарова

Заказ 7421/25 Тираж 1148 ПОДПИСНОЕ

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делая изобретений и открыткой

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ппп патент, г.ужгород, ул.проектная 4