Способ дуговой сварки

(51) В 23 К 9/21 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ВТОРСК ВИДЕТЕП 31 . Л. Кархин, М. И. Рах- ий детельство С9/00, 1974.тельство СССК 9/00, 1972 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54) (57) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ включающий подогрев сформированного шва, отличающийся тем, что, с целью предотвращения образования горячих трещин в металле шва при сварке закаливающихся сталей, подогрев осуществляют локально до температуры ниже температуры плавления на участке шва, температура которого находится в пределах температурного интервала хрупкости.1109280 5 10 15 20 25 30 40 50 Изобретение относится к технологии дуговой сварки и может быть использовано при изготовлении толстостенных сварных конструкций различного назначения из закаливающихся сталей при сварке их преимущественно в щелевую разделку.Известен способ сварки закаливающихся сталей, при котором совместно с аустенитными сварочными материалами с целью повышения стойкости металла и предотвращения образования горячих трещин применяют дополнительный присадочный материал феррито-перлитного класса, вводимый в хвостовую часть сварочной ванны 1.Недостатком способа является то, что необходимый запас пластичности наплавленного металла создается при помощи применения металлического порошка или проволоки с повышенным содержанием легиругощих элементов, что повышает стоимость сварного шва и усложняет технологическии процесс. Указанный способ имеет также ограничения по производительности, так как количество вводимого дополнительного материала определяется запасом тепла перегрева металла сварочной ванны. Кроме того,при наличии большого количества примесей не исключено образование горячих трещин.Наиболее близким по технической сугцности и достигаемому результату к известному способу является способ, при котором с целью предупреждения образования трещин в сварном шве осуществляют сопутствующий подогрев свариваемых изделий, при этом нагрев изделий ведут пропусканием через них электрического тока в направлении, перпендикулярном оси шва, а силу тока изменяют пропорционально площади продольного сечения шва 2 . 35При использовании известного способа для сварки изделий из закаливаюпгихся сталей сопутствующий подогрев уменьшает градиент температуры на границе сцлавлеция и создает деформацию равномерного расширения всей сварной конструкции, включая и сварной шов. Деформация усадки металла шва разрушает межкристаллитные прослоики и приводит к образованию горячих трещин.Возникающие от сопутствующего подогрева в известном способе деформации равномерного расширения всего изделия и сварного шва в период кристаллизации сварочной ванны накладываются на деформациюрастяжения от усадки расплавленного металла, что способствует образованию горяи 1 их трещин. Кроме того, если известным способом свариваются изделия из предварительно закаленной стали, то в результате сопутствующего подогрева свариваемых изделий возможно появление структурных изменений в сварном соединении, которые приведу к изме- н нениям его механических своиств, а при сварке протяженных и крупнокалиберных швов энергоемкость сопутствующего подогрева существенно превысит энергоемкость непосредственно процесса сварки, что приводит к увеличеник) стоимости всего процесса.Таким образом, недостатком известного способа дуговой сварки является невозможность предотвращения образования горячих трещин в металле шва при сварке закаливающихся сталей.Целью изооретения является предотвращение образования горячих трещин в металле шва при сварке закаливающихся сталей.Эта цель достигается тем, что согласно сцосооу дуговой сварки, включаюгцему подогрев сформированного шва, подогрев осуществляют локально до температуры ниже температуры плавления на участке шва, температура которого находится в пределах температурного интервала хрупкости. Выполнение сопутствующего подогрева локально ца определенном участке шва, находящегося в температурном интервале хрупкости, создает деформацию расширения металла только на этом участке шва и, таким образом, предотвраигает образование горячих трецгиц.1 оскольку основной металл препятствует расширению металла шва, в последнем возникают напряжения сжатия. В результате сообщения подогреваемому участку шва определенного количества энергии возникающие усилия сжатия превышают растягивающие усилия, возцикаюгцие цри усадке кристаллов, и. тем самым, предотвращают разрушение жидких или твердых межкристаллитцых прослоек. При сварке изделий из предварительно закаленного металла структура основного металла не изменяется, а энергоемкость сопутствуюгцего подогрева значительно меньше энергии сварочной дуги, что уменьшает стоимость процесса сварки цо сравнению с известным.На фиг. 1 показана схема устройства, реализующего способ; ца фиг. 2 - графики кинетики деформаций металла ц:ваУстройство содержит плавящийся электрод 1 и ца реватель 2 для сопутствующего подогрева участка шва 3, установленного сзади электрода 1 по ходу его движения. В качестве нагревателя 2 использукт электрическую ду гх нецлавящегося электрода, иетлезой ицдуктор, газовук горелку и т. и.Способ заключается в следующем.После зажигация дх ги между электродом 1 и свариваемым изделием 4 электродцачинаюг перемещать вдоль щелевой разделки. В результате плавления электрода 1 и стыкуемых кромок изделия 4 образуется сварочная ванна 5, при кристаллизации которой образуется сварной шов 6, при этом участок шва 3 находится в температурном интервале хрупкости.1109280 тс,е Заказ 568Тираж 037 ПодписноеПП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИП Филиал На участке шва 3 включают нагреватель, который перемещают в направлении сварки вслед за перемещением электрода 1,Экспериментально определено, что тепловая энергия, сообщаемая нагревателем 2 участку 3, равная 0,12 - 0,20 энергии дуги электрода 1 создает тепловое расширение, вызывающее усилия сжатия, превышающее растягивающие усилия от кристаллизации металла шва, Превышение напряжений сжатия над растягивающими напряжениями от кристаллизации объясняется следующими причинами. После затвердевания металла шва его температура, характеризуемая зависимостью 7 (фиг. 2) понижается, что создает отрицательные температурные деформации, характеризуемые зависимостью 8. В результате взаимодействия температурных деформаций шва 8 с температурным деформациями основного металла (не показаны) в металле шва возникают пластические деформации, характеризуемые зависимостью 9. Сумма температурных деформаций 8 и пластических деформаций 9 представляет собой полную деформацию металла шва, характеризуемую зависимостью 10, За время пребывания шва в начале участка 3, находящегося в температурном интервале хрупкости, образуется приращение пластической деформации 11. Когда металл сварочной ванны 5 остывает до температур участка 3, то от воздействия на него нагревателя 2 температура участка 3 изменяется согласно зависимости 12, что вызывает появление полной деформации, представленной зависимостью 13. Полная деформация 13 является суммой температурных деформаций, характеризуемых зависимостью 14, и пластических деформаций, характеризуемых зависимостью 15.Приращение 16 полных деформаций 13 в температурном интервале хрупкости больше приращения 17 полных деформаций 10. В результате этого приращения 18 пластических деформаций 15 уменьшается или даже меняет знак, что и предотвращает образование трещин.Пример. Проводится дуговая сварка плитиз закаленной стали марки 30 Х 2 Н 2 М толщиной 80 мм за 16 проходов в щелевую разделку 11 мм с применением сварочной проволоки марки ЗСв 10 Х 20 Н 7 С. Сварка ведется на постоянном токе обратной полярности при Г = (29 - 32)В, 1 = 380 - 400)Л при скорости сварки 20 м/ч в среде защитного газа. На расстоянии 65 мм от оси основного электрода установлен нагреватель в виде неплавящегося электрода, на который 20 подается постоянный ток силой 110 Л и напряжением 20 В.В результате сварки плит с локальнымнагревом участка шва в каждом проходе получен сварной шов без видимых наружных дефектов. При исследовании микрошлифов сварного соединения горячих и холодных трещин не обнаружено, а ширина зоны термического влияния не превышает ширины зоны при сварке без сопутствующего подогрева.Использование предлагаемого способадуговой сварки обеспечивает предотвращение образования горячих трещин в металле шва.