Способ сварки плавлением

(22)Заявлено 02 Я 4,79 (21) 2744848/25-27 (51)М. Ка. Союз Соеетскмк Сфцюектюескнк РесвубевспрмсоедмнениемзаявкмйфВ 23 К 9/16 Геетдарствеиный комитет СССР ае дедам изобретення я еткрмтмЮ(088.8) Дата рпублйкования описания 300881 и Тульский ордена Трудового Красно политехнический институт(54) СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ Изобретение относится к сварке плавлением и может быть использовано при сварке различных металлов и сплавов.Известно, что пластические свойства металла при всех прочих равных условиях зависят от его строения, т.е. размеров, формы и ориентации кристаллитов. Наиболее предпочтитель" ным является мелкозернистое строение металла (размер зерна не более 30 мкм(, так как при различных видах нагружения оно обеспечивает наибольшую .степень деформации за одну операцию.Строение металла - результат про цеста 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 25 строение в виде крупных кристаллитов столбчатой формы, растущих с полу- оплавленных зерен основного металла деталей. Указанная структура при всех. прочих равных условиях обеспечивает 30 высокуюпрочность 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 плоскостишва Г 2)Недостаток известного способа сварки заключается в том, что здесь происходит одновременное охлаждение .металла сварочной ванны с ее поверх 1.ности и охлаждение металла деталейиэ-эа расположения струй газа угломназад к плоскости шва, котороеприводит к отражению холодного газаот металла шва в сторону металла деталей, В этом случае в металле шваобразуется цва Вида структур: в центре шва - мелкозернистая, в участкахметалла, прилегающих к линии оплавления - столбчатая. При этом доля металла с мелкозернистым строением составляет не боЛее 30 от общего объемаметалла шва, Это говорит о том, чтопри данном способе сварки количествотепла, отводимого от жидкого металласварочной ванны в металл деталей,больше, чем количество тепла, 15отводимого во внешнюю средус поверхности ванны, При таком способесварки и иэ-за наличия доли металлас мелкозернистым строением пластические свойства металла шва несколь Око повышаются. Однако этого повышениянедостаточно для применения прогрессивных способов обработки металловдавлением, например деформирование всостоянии 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 деформациине более 37-39,Цель изобретения - повышение пластических свойств металла шва путем 35измельчения его строения.Поставленная цель достигается тем,что в способе сварки плавлением с отводом тепла от кристаллиэующегосяметалла сварочной ванны, производятотвод тепла от нижней поверхности швас помощью теплопоглощающего экрана,.устанавливаемого на Расстоянии 0,51 мм от нижней поверхности шва навсю его ширину, а свариваемые детали 4сверху и снизу подогревают, при этомколичество тепла, отводимого в детали,равно количеству тепла, отводимогово внешнюю среду.На границе раздела металл свароч Оной. ванны - внешняя среда можетидти активное образование центровкристаллизации на подложке из окисных пленок, если количество тепла,отводимого во внешнюю среду, достаточно для формирования переохлаждения жидкого металла сварочной ванныповерхности окисной пленки. Поэтоуму, регулируя соотношение между кололичествами тепла отводимых в металл деталей и во внешнюю среду, можно обес Опечить подавление роста столбчатыхкристаллитов от поверхности сплавления и образование мелкозернистого:строения металла шва за счет умень-шения количества тепла, отводимогоТ:т, (1) 1 Ут йОА пи Х Отгде Т температура плавления чистого металла или температура ликвидуса сплава, С;удельная скрытая теплотакристаллизации, выделяющаяся при фазовом переходе металла из жидкого состояния в твердое, кал/г;соответственно плотность (г/см ), коэффициенты температуропроводности (см 1/с) и теллопроводности (кал/см хсС) металла в твердом состоянии.ТУРУ среды Т у нижней пошва определяют по формуле, тРт Темпераверхности КТ о (й 1 тп с(,гс 1 я)где Я скорость кристаллизации, см/скоэфФициент теплоотдачи с поверхности жидкого кристаллизующегося металла сварочной ванны во внешнюю среду,кал/см 1 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, ц и во внешнюю среду до Чсф тточностью +10-12. 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 .=-сг) пРи сваРке необходимо температуру подогрева Тпд основного металла деталей выбирать по формулеПредлагаемый способ опробован при сварке сплава АМгб аргоно-дуговым способом с неплавящимся анодом плас.тин 2 х 120 х 250 мм нарежимах Г 90 А; Ч 10 м/ч, 0 16 В,обеспечивающих ширину шва 1,0-1,15 см.Согласно зависимости .(1) температуру Т основного металла на расстоянии .Ь 1,4 см оси шва поддерживают 50 55 Расстояние ь от продольной оси шва до изотермы подогрева в околошовной зоне свариваемых листов рассчитывают по формуле(3)52 ВРасчеты по Формулам (1-3) для случая сварки пластин толциной 2 ммиз сплава АМгб при заданной ширинешва, около 1 см,дают при скоростисварки 10 м/ч значения,Тд (подогрев) 28/ОС;Т (охлаждения 45 С,с(расстояние) 1,4 см.На чертеже изображено устройство,реализующее предлагаемый способ. 15В устройстве соотношение тепловыхпотоков от сварочной ванны 1 во внешнюю среду ) и в основной металл свариваемых деталей 2 цг регулируют нагревом свариваемых пластин до температуры Т через встроенные в губки 3под.нагревательные элементы 4 и охлаждением нижней поверхности шва снижением температуры внешней среды Тс по-.мощью теплопоглошающего экрана 5. 25Экран 5, охлаждается хладагентом би теплоизолируется керамическимивставками 7 от губок 3. Сцелью выполнения вышеуказанного условия (цг==1 г) шиРина экРана 5 выбиРаетсЯ Рав- З 0ной ширине шва В , и он устанавливается на расстоянии 0,5-1,0 мм от нижней поверхности шва. При меньшемрасстоянии или в случае контакта поверхности экрана 5 с поверхностьюжидкого металла сварочной ванны металл шва будет иметь крупнокристаллическое столбчатое строение Еслиэкраны.5 располагать на большем расстоянии от нижней поверхности шва,то снижается эффективность охлаждения внешней среды, что приводит кросту ширины шва и увеличению долиметалла, имеюцего столбчатое строение.45 равной 270-30 КС. Температуру внешней среды Тс станавливает равной от- -30 доС. Для этого теплопоглощаюший экран размешают 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 0,8- ,0,95 см.Предлагаемый способ прост в реализации и надежен в эксплуатации. Он позволяет повысить стойкость металла шва против образования горячих трещин в проце се сварки и повысить деформационную способность металла сварного соединения, обеспечивая использование прогрессивной технологии изготовления деталей сложной геометрической формы из сварных заготовок путем деформирования в состоянии сверх- пластичности.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 изобретенияСпособ сварки плавлением, при котором производят отвод тепла от кристаллизующегося металла сварочной ванны, о т л и ч а ю щ и й с я тем,,что,.с целью повышения пластическихсвойств металла путем измельчения егостроения, отводтепла производят отнижней поверхности шва с помощью теплопоглощающего экрана, устанавливае-мого на расстоянии 0,5-1 мм от нижнейповерхности шва на всю его ширину,а свариваемые детали сверху и снизуподогревают, при этом количествотепла, отводимого в детали,равноколичеству тепла, отводимого во внешнюю среду.. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Думов С.И. Технология электрической сварки плавлением. М., Машиностроение, 1970, с.148-151.2. Авторское свидетельство СССРР 414066, кл, В 23 К 9/16, 1974 (прототип).859074 Составитель Г.Тютченковачинская Техред Ж,Кастелвэич Корректор аров акт свое д 4/5 филиал ппп патентф, г.ужгород, ул.проектная, 4 Закаэ 7421/25 Ти ВНИИПИ Госуда по делай и 113035, Москаж 1148 ственного комитета ССС обретений и открыткойа, Ж, Раушская наб,