Способ сварки неплавящимся электродом со сквозным проплавлением

(56) 1. Патент США Кф 3584187,кл 219- 137, 1971.2. Сварка в среде защитных и активных газов. МПНТП им.Ф.Э;Дзержин. ского. Сб 2, М., 1966, с. 118.3. Раймонд Э,Д. и др. Сварка тонколистовой высокопрочной стали в потолочном положении.-"Сварочное производство", 1969, У 5, с. 21-22 (прототий).(54)(57) 1. СПОСОБ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ СО СКВОЗНЫМ ПРОПЛАВЛЕНИЕМ, преимущественно низко- исреднелегированных сталей в потолочном и полупотолочном положениях,при котором металл сварочной ванныудерживают за счет сил поверхностного натяжения, создаваемых с помощью окисла, находящегося на поверхности стыка со стороны корня,шва, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений материалов толщиной свыше 3,0 мм путем увеличения сил поверхностного натяжения, в качестве окисла используют окислы с температурой плавления не ггиже 2000 фС, не вступающие во взаимодействие с основным металлом.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью снижения стоимости процесса, в качестве окисла используют окисел магния.3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю-, Ящ и й с я тем, что с целью снижения , стоимости процесса, в качестве окисла используют окись алгОминияе4. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью снижения а стоимости процесса, в качестве окиссла используют окись циркония.1 О 15 20 Известен способ сварки нержавеющих теплостойких сталей и жаропрочных сплавов на никелевой основе, при котором на обратную сторону сварнваемых кромок наносят Флюс Нжв виде эмульсии. Согласно этому способу в составе Флюса применяются окислы в виде порошка, которые в сочетании с другими компонентами служат для защиты от атмосферного влияния, металлургической обработки металла шва, предупреждения непроваров и несплавлений, а также включений окисных пленок, т.е. используется свойство Флюсов хорошо смачивать металл. В процессе сварки эти Фгпосы вступают в реакцию с окисными пленками и подпленками, образуя шлаки 1 2 . Изобретение относится к технологии сварки беэ разделки кромок продольных и поворотных кольцевых швов иэделий из низко- и среднелегированных сталей толщиной до 6,0 мм,Известен способ сварки нержавею" щих сталей, при котором на поверхность кромок с лицевой стороны наносят покрытие по крайней мере иэ одного окисла, например окислов железа, хрома, кремния, титана, мар,ганца, никеля, кобальта, молибдена или кальция, Этот способ служит для улучшения свариваемости и увеличения глубины проплавления при сварке, аустенитных нержавеющих сталей толщиной до 3 мм 1.Однако известный способ невозможно использовать для сварки сталей толщиной 3-6 мм беэ разделки кромок за один проход при сквозном проплавлении беэ значительного провисания при сварке в нижнем положении или утопания металла корня шва при сварке в потолочном положении. .,".роме того, использование в качестве Флюса порошка одного из окислов может ухудшить качество шва эа счет ,загрязнения металла шва, что для некоторых марок нержавеющих сталей недопустимо. К недостаткам данного способа "чедует отнести невозможность удеркания металла сварочной ванны при .".варке в потолочном и полупотолочяом положениях, а также образование шлаков лри использовании укаанного Флюса н необходимость ого 25 35 40 45 50 55 удаления механическим путем или химическим травлением.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ сварки в потолочном положении, обеспечивающий удержание металла ванны от вытекания и исключающий ослабление корня шва за счет окисления металла корня шва окислительнымгазом СО и.смесью О с аргоном Г 33.Известный способ применим.для сварки кольцевых швов деталей из сталей при толщине свариваемых кромок до 2,5 мм, а при большей толщине необходима разделка кромок с притуплением не более 4 мм, т.е, до той толщины, которую можно проплавить за один проход, Удержание металла ванны производится кроме сил давления дуги силами поверхностного натяжения литого металла, увеличенными эа счет применения окислительного газа, подаваемого со стороны корня шва и создающего окислы на поверхности. Поверхность проплава при этом получается практически эаподлицо с основным металлом. Кроме того, необходимо окисление металлашва и наличие шлака со стороны корня шва, имеющего хорошее сцепление с по-верхностью литого металла, что требует специальной очистки поверхности перед нанесением защитного покрытия, и невозможно производить сварку металла толщиной более 4 мм. В связи с этим указанный способ весьма ограничен по своим технологическим возможностям из-за необходимости подведения окисляющего газа со сторо-, ны корня шва, что не позволяет производить сварку в атмосфере инертного газа, например в камере с контролируемой атмосферой или в вакууме.Цель изобретения - повышение качества сварных соединений материалов толщиной свыше 3,0 мм путем увеличения сил поверхностного натяжения.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу сварки неплавящимся электродом преимущественно низко- и среднелегированных сталей в потолочном и полупотолочном положениях, при котором металл сварочной ванны удерживают за счет поверхностного натяжения, создаваемых с помощью окисла, находящегося25 Порошки окислов, применяемые в способе, должны отвечать двум условиям: температура плавления окислов должна быть выше температуры пе регрева сварочной ванны, которая по экспериментальным данным превына поверхности стыка со стороны корня шва, в качестве окисла используют окислы с температурой плавления.не ниже 2000 С, не вступающие во взаимодействие с основным металлом.В качестве окисла используют окись магния, окись алюминия или окись циркония.Применение неразлагающегося и не О расплавляемого окисла на поверхности жидкого металла с целью увеличения сил поверхностного натяжения основано на явлении электрического взаимодействия двух различных фаз: твер дых частиц окисла с жидким металлом. В результате контакта окисла и жидкого металла, как это имеет место при соприкосновении различных фаз, возникает разность электрических 20 потенциалов между фазами. В поверхностном слое жидкого металла с одной стороны и в частицах порошка окисла с другой стороны возникают различные заряды - образуется двойной электрический слой, который существенно изменяет силы поверхностного натяжения на поверхности жидкого металла, Изменение сил поверхностного натяжения жидкого металла вызвано тем, что из-за различной электри,ческой проницаемости металла и 1атмосферы относительно поверхности раздела возникает момент силы, изгибающий поверхность в сторону атмос 35 феры. Поэтому, попытка перемещения поверхности жидкого металла внутрь.металла вызывает дополнительно сопротивление, т.е. для этого требует" ся увеличение затраты энергии. Этим 40 объясняется увеличение сил поверхностного натяжения при прогибе жидкой поверхности ванны в сторону основного металла, имеющей на поверхности окислы. Поэтому поверхность ванны вплоть до затвердевания сохраняется на уровне поверхности основного металла. Так как частицы окисла не претерпели расплавления, то после остывания ванны они легко удаляются с поверхности металла протиркой или промывкой. ш ает температуру плавления основногс металла на 20-257, окисел не должен вступать в реакцию или взаимо. действовать сосновным металлом, т.е. с элементом - железом.Был выбран ряд окислов. имеющих последовательный ряд возрастающих температур плавления и содержа" щих металлы различных периодов таблицы Менделеева. В этот ряд не были вклочены окислы металлов, обладающих токсичностью (Ве и элементы 7 периода), а также окислы, разлагающиеся при нагреве, т.е. не имеющие температуры плавления. Эксперименталь" ная проверка поведения окислов в пРедлагаемом способе показала (см. таблицу), что необходимо превышение температуры плавления окисла над температурой плавления основного металла не менее чем на 460 ОС, т.е. начиная с окисла алюминия (А 1 0). Это соответствует границе температурного интервала окислов, пригодных для использования в предлагаемом изобретении.Требованию отсутствия химического взаимодействия и требованию удержания проплава заподлицо с основным металлом отвечают окислы элементов, обладающих высокой восстановительной способностью и не склонные к образованию комплексных соединений, в которые входит железо и другие элементы, используемые в качестве легирующих.,В соответствии с экспериментальными данными этому условию отвечают элементы 3 и 5 периодов таблицы Менделеева. В качестве окислов металлов, увеличивающих силы поверхностного натяжения, могут быть использованы пять окислов: А 10, ЧО, 2 гО , ЯгО, МяО. Использовать смеси окислов не рекомендуется по тем соображениям, что некоторые з них могут вызвать появление в металле электрического слоя противоположного знака, или приводит к обра зованию шлака, обладающего электрическими свойствами, что уменьшает эффект увеличения сил поверхностного натяжения или сводит его к нулю. Порошок можно наносить в виде суспензии на летучем растворителе для лучшего сцепления порошка окислов с поверхностью металла. П р и м е р 1. Продольный стыкс толщиной кромок 3,5 мм из стали1123807 Составитель А. ГавриловРедактор Т. Парфенова Техред И.Асталош Корректор Н. Король Заказ 8180/13. Тираж 1036ВНЯЛИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1 1 3035 р Иосквар Ж 35 р Раушская наб д. 4/5 1 ПодписноеФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 30 ХГСА был сварен в потолочном положении.1 Стык предварительно собирался в приспособлении, которое обеспечивало плотную стыковку свариваемых кромок, На поверхность 5 состыкованных кромок наносился порошок двуокиси алюминия А 1 Ор. Предварительно порошок был просеян через сито Ф 0355-0,18, имеющее 400-1040 отверстий на 1 сми р по ГОСТУ 3584-73 10 (в остальных примерах использовалось то же сито). Плотность нанесенно" го слоя порошка составляла приблизительно 10 Р-4 г-моль/см .Аргоно-дуговая сварка неплавящим 15 ся электродом п,юизводилась на режимах: 1 180 А, Б 10 В, Ч 10 м/ч, Корень шва защищался аргоном. Арго- но-дуговая сварка велась по Флюсу ФН. Сварное соединение при этом имело Формирование корня шва заподлица с основным материалом. Окислы после сварки практически не имеют сцепления с поверхностью и при необходимости легко удаляются промывкой25 водой или продувкой сжатым воздухом.П р и и е р 2. Кольцевые швы из сталя ЗОХГСА толщиной 6 мм и диаметром 250 мы были сварены в полупотолочном положении. Аргоно-дуговая сварка пи активирующему Флюсу ФНнегдавящимся электродом проводилась эа один проход на режимах: 1 220 А, П 12 В, Ч 9 м/ч.Расплавленный металл сварочной 35 ванны находится в равновесии под действием сил поверхностного натяжения и радиальной составляющей веса расплавленного металла. Для уменьшения составляющей веса и удер. жания металла сварочной ванны большего объема положение ванны было изменено с потолочного на полупотолочное. В данном случае оптимальные углы отклонения свариваемой поверхности от горизонтального положения составили 30-60 при направлении сварки "на подъем",Со стороны корня шва наносился порошок окиси магния (на спирте), а защита осуществлялась аргоном. Поверхность шва .со стороны корня шва не имела утопаний. Окись магния удалялась промывкой и протиркой ветошью. П.р и м е р 3. Продольный стык с толщиной кромок 3,5 мм иэ ст, ЗОХ 2 ГСНВМ был сварен в потолочном положении. На корневую поверхность собранного стыка наносился слой порошка (суспензия на ацетоне) окисла двуокиси циркония - 2 гО, Аргонодуговая сварка как и в предыдущих случаях велась по активирующему Флюсу ФНна режиме: 1 180 А, Б р 11,В, Чсв 9 м/ч.Корень шва защищался аргоном. Сварные соединения имели Формирование корня шва заподлицо с поверхностью основчого металла. Порошок окисла после сварки удалялся промывкой и протиркой ветошью.Таким образом, для увеличения сил поверхностного натяжения достаточен тонкий слой окисла толщиной 0,1 мм, что приблизительно соответс вует плотности 1 СГ - 10 г-моль/см .Э 4Уменьшение толщины слоя приводит к занижению корня шва по- отношению к поверхности основного металла. При увеличении толщины слоя в 2-3 раза изменений в формировании корня шва не наблюдается.