Способ сварки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1)5 В 21 С 37/08 САНИ ОБ ТЕН ПАТЕНТ ский отни- енева ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) СПОСОБ СВАРКИ Изобретение относится к металлургии, в частности к сварочному производству, и может быть использовано при сварке с одновременной защитой сварного соединения от воздействия коррозионной среды,Особенно эффективно применение этого способа для защиты от коррозии швов, расположенных в труднодоступных местах, на внутренних поверхностях замкнутых обьемов, например, для защиты внутренних продольных, стыковых и монтажных швов труб, а также для защиты швов сварных соединений, выполненных из листа, плакированного нержавеющей сталью.Известен способ сварки тонких стальных листов, включающий стыковку кромок листов, фиксацию их в зажимном приспособлении, напыление поверх стыка металлического порошка; сварку неплавящимся электродом в инертном газе. Напиленный 1797505 А(57) Использование; для сварки с одновременной защитой сварного соединения от воздействия коррозионной среды деталей из углеродистой стали, плакированной нержавеющей сталью, с использованием индукционного или дугового нагрева, Сущность изобретения: на поверхность стыка свариваемых деталей наносят слой защитного покрытия заданной толщины и ширины и производят сварочный нагрев со стороны, противоположной нанесенному слою, В качестве защитного материала используют сэмофлюсующийся материал нэ основе хрома и никеля, Наносят защитный материал со стороны плакирующего слоя. Самофлюсующийся материал можно наносить в виде пасты, 2 э.п,ф-лы, 2 табл. порошок в этом случае играет роль присадочното материала.Недостатками способа являются низкая коррозионная стойкость сварного соедине- ния и необходимость использования инертного газа при сварке,Известен способ сварки труб из углеродистой стали, плакированных изнутри нержавеющей сталью, который включает разделку кромок, предварительную наплавку на поверхность разделки в один или несколько слоев материала, идентичного плакирующему слою, механическую обработку фаски, стыковку кромок и сварку стыка. Предварительная наплавка выполняется неплэвящимся электродом в ийертном газе с присадочной проволокой или ручной дуговой сваркой.Недостатками способа являются: недостаточная коррозионная стойкость сварно 1797505го соединения, сложность нанесения защитного материала на шов и невозможность полного удаления возникших при сваркедефектов, вызванных радиальным смещени.ем кромок, 5Известен также способ местной"защитытитановых сплавов с обратной стороны швапри сварке, принятый эа прототип, при котором самоудерживающееся покрытие в виде флюс-пасты наносят в два слоя назащищаемые поверхности, причем первыйслой наносят узкой полосой на свариваемыекромки только в зоне требуемого провара ивыполняют на основе титанового порошка,Первый слой покрытия препятствует 15проникновению значительной части кислорода к кромкам и их окислению, что обеспечивает дополнительную защиту шва испособствует формированию обратного валика, Причем расход титанового порошка 20выбирается таким образом, чтобы осуществляемая дополнительная защита обеспечи-вала сплавление кромок и качественноеформирование обратной стороны шва, После сварки оставшуюся часть покрытия удаляют механическим путем.Недостатком способа местной защитыявляется его трудоемкость, Нанесениефлюс-пасты проводят в два этапа, каждыйслой сушат в течение 8 ч или при 200 С 20 30мин, что ограничивает область его применения, например, при сварке труб или кольцевых монтажных швов в трубопроводах. Ктому же после сварки первый слой удаляется вместе с остальной частью покрытия механическим путем, что также ограничиваетобласть применения указанного способа,Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости при сварке деталей из углеродистой стали, плакированной 40нержавеющей сталью, с использованиеминдукционного или дугового нагрева,Поставленная цель достигается тем, чтов способе сварки, при котором на поверхность стыка свариваемых деталей наносят 45слой защитного покрытия определеннойтолщины и ширины и проводят сварочныйнагрев со стороны, противоположной нанесенному защитному материалу, в качестве .защитного материала используют самофлюсующийся материал на основе хрома и никеля, а наносят защитный материал состороны плакирующего слоя, причем самофлюсующийся материал наносят шириной5-10 мм и толщиной 0,2 - 0,5 мм. Кроме того, 55самофлюсующийся материал наносят в виде пасты.При сварке по предлагаемому способу врезультате разогрева свариваемых кромокпроисходит оплавление самофлюсующего 4,5 2,5 1,0 200 ся материала, нанесенного со стороны плакирующего слоя, за счет выделяющегося тепла с образованием защитного покрытия в области свариваемых кромок в виде полосы хромоникелевого сплава. За счет капиллярных сил часть расплава самофлюсующегося материала втягивается между свариваемыми кромками, сплавляя их между собой, Оплавившийся слой перекрывает сплошной. полосой зону термического влияния и шов одновременно,Самофлюсующиеся материалы представляют собой сфероидезированный порошок сплава на никелевой основе системы Ю-Сг - В - 51 - С - Ре, При нагреве газотермических покрытий из этих сплавов до 980- 1080 С происходит их оплавление, бор и кремний превращаются в окислы В 20 э и ЯЮ 2, которые растворяются с образованием стекловидных шлаков, всплывающих на поверхность оплавленного покрытия,Таким образом, одновременно обеспечивается высокое качество сварного соединения с его защитой сплошной полоской сплава на основе никеля и хрома. При этом исключается использование аргона, необходимого при других способах сварки иэделий, плакированных нержавеющей сталью, не обязательна предварительная разделка кромок, не требуется тщательного совмещения свариваемых слоев, сварку можнО производить в один этап (одностороннюю) и получать при этом высокое качество шва.Все это делает возможным применять при изготовлении труб иэ плакированной нержавеющей стали ленты высокопроизводительную сварку на станах высокочастотной сварки,Аналогичные процессы происходят со слоем самофлюсующегося материала, нанесенного на кромки в виде пасты,Предлагаемый способ реализован следующим образом,На кромки листа из углеродистой стали ст,3 толщиной 4 мм, плакированной нержавеющим слоем толщиной 0,4 мм, наносили самофлюсующийся порошок марки ПГН, ПГН, ПГН. Напыление производили на установке УПТР-85, при следующих технологических параметрах:Фракция порошка, мкм 50 - 160 Давление, МПакислорода 0,5пропан-бутана 0,3 воздуха 0,1Расход газов, м /ч:кислородапропан-бутанавоздухаДистанция напыления, ммДавление, МПа 0,5 0,3 0,1 кислородапропан-бутана воздухаРасход газов, м /ч 55 Каждой иэ марок было напылено 25 паробразцов по следующим вариантам (табл.1). Затем производится сварка каждой пары встык на себя электродом диаметром 3мм, сварочный ток 120 А,Слой самофлюсующегося материалатолщиной свыше 500 мкм (образцы 21 - 25)напылить на кромки не удалось, т.к. он самопроизвольно отслаивался, Толщина слоясамофлюсующегося порошка менее 200мкм не обеспечивает при сварке надежнойизоляции сварного шва, материала расплавившегося самофлюса не хватает для того,чтобы при оплавлении образовать плотныйи ровный слой сплава на поверхности шва,Сварной шов низкого качества, со стороныполоски самофлюсующегося порошка видны несплавившиеся кромки образцов листа,Полученные сварные соединений оценивали по внешнему виду и наличию зонытермического влияния, не закрытой слоемсамофлюсующегося материала.Наличие и ширину зоны термическоговлияния определяли наложением фильтровальной бумаги, смоченной в растворе 10%ного хлорида натрия и 3%-ного калияжелезосинеродистого, После выдержки втечение 3 мин по цвету фильтоовальной бу. маги определяли ширину зоны термического влияния: ее ширина соответствовалаширине зоны наиболее интенсивного синего окрашивания,Данные результатов эксперимента приведены в табл.2, из которой следует:Оптимальная ширина слоя самофлюсующегося порошка на кромках изделия составляет 5-10 мм, т.к, при этом весь слойпорошка оплавляется в процессе сварки,закрывая ровным плотным слоем как самшов, так и зону термического влияния - участок, наиболее подверженный воздействиюкоррозионной среды. При этом достигаетсяповышение качества сварного соединения.Превышение оптимальной шириныслОя самофлюсующегося порошка на кромках изделия свыше 10 мм ведет к непроизводительному расходу этого порошка; частьего при сварке не сплавляется, кроме эонышва и зоны термического влияния слой самофлюсующегося порошка покрывает участок основного металла, т.е, расходуетсябез пользы,При нанесении слоя самофлюсующегося порошка меньше оптимальной толщины зоны шва защищена самофлюсующимся сплавом, однако наименее коррозионностойкая зона термического влияния оказывается незащищенной, о чем свидетельствует узкая полоска интенсивно-синего окрашивания по 5 10 20 25 30 35 40 50 кромке сварного шва, закрытого самофлюсующимся сплавом. Аналогичные результаты получены принанесении на кромки листа самофлюсующегося материала в виде пасты. Предлагаемым способом сваривали стальные полосы длиной 1 м и шириной 0,1м из низкоуглеродистой стали ст,3 толщиной 5 мм, плакированные нержавеющей сталью толщиной 0,2 мм.Перед сваркой на состыкованные кромки ленты нанесли плоской кистью шириной 10 мм самофлюсующийся материал в виде пастыЪа основе лака НЦс порошком ПГНи дали покрытию просохнуть.Затем произвели сварку кромок электродом диаметром 3 мм, сварочный ток составил 120 А; Во время сварки со стороны, противоположной нанесенному покрытию, эа счет выделяемого при сварке тепла произошло выгорание из пасты лака НЦс одновременным оплавлением самофлюсующегося материала на поверхности шва, В результате полосой антикоррозионного сплава защищен шов и зона термического влияния.Предлагаемым способом была изготовлена сварная труба иэ углеродистой стали, плакированной нержавеющим слоем. Толщина листа 4 мм, толщина нержавеющего слоя 0,4 мм. На кромки плакированного листа нанесли слой самофлюсующегося порошка ПГ 12 Нтолщиной 0,300 мм, шириной 7 мм. Напыление порошка осуществляли со стороны плакирующего слоя на установке УПТР-85, Фракция порошка 50 - 160 мкм. кислорода 4,5 пропан-бутана 2,5воздуха 1,0 Дистанция напыления 200 мм, скорость напыления 1 м/мин.Сварку заготовки, сформированной нержавеющим слоем внутрь, осуществляли на стане высокочастотной сварки труб 10 - 76, скорость сварки составила 10 м/мин,ток анода лампы - 10 А, ток сетки лампы - 2,0 - 2,4 А.У полученной сварной трубы внутренний шов защищен полосой сплава на основе никеля и хрома. Поверхность трубы при заполнении ее коррозионной средой эквипотенциальна, коррозия идет равномерно, преимущественное растворение эоны шва отсутствует;1797505 Давление, МПа;кислородапропан-бутанавоздухаРасход газа, м/ч:кислородапропан-бутанавоздухаДистанция напыления, ммТолщина напыле-нного слоя, мкмШирина, мм 0,5 0,3 0,1 4,5 2,5 1,0 200 30010 30 Таблица 1 Таким образом, предлагаемый способ изготовления сварных соединений позволяет получить качественные сварные соединения с повышенной коррозионной стойкостью.Кроме того, предлагаемым способом возможно получать стыковое монтажное соединение на трубах с защитным слоем на внутренней поверхности.На кромки двух труб из ст.3 диаметром 120 мм с толщиной стенки 4 мм перед сваркой наносили порошок ПГНметодом гаэотермического напыления. Формула и зоб рете н и я 1,Способ сварки, при котором на поверхность стыка свариваемых деталей наносят слой защитного покрытия определенной толщины и ширины и производят сварочный нагрев со стороны, противоположной нанесенному защитному материалу, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости при сварке деталей из углеродистой стали, плакированной нержавеющей сталью, с использованием Слой напыляли с внутренней сторонытрубы по всему периметру, затем производили сварку двух труб встык электродом диаметром 3 мм при токе 120 А,5 В результате осуществления способаобеспечивается надежная защита внутреннего шва трубы плотным слоем сплава наоснове хрома и никеля,Таким образом, предлагаемый способ10 сварки позволяет;Повысить качество сварных соединенийи коррозионную стойкость, выполняя сварку с одновременной защитой сварного соединения от воздействия корроэионной15 среды за счет образования защитного покрытия не только в зоне шва, но и в зонетермического влияния без использованиязащитной атмосферы инертного газа.Защиту сварного соединения от воздей 20 ствия коррозионной бреды производить вместах труднодоступных для других спосОбов защиты: на внутренних поверхностяхтруб, резервуаров, емкостей, изготовляемых сваркой,25Проводить сварку с одновременной защитой внутреннего продольного шва на станах высокочастотной сварки. индукционного или дугового нагрева, в качестве защитного материала используют самофлюсующийся материал на основе хрома35 и никеля, а наносят защитный материал состороны плакирующего слоя,2,Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем; что самофлюсующийся материал наносят шириной 5-10 мм и толщиной 0,2 -40 0,5 мм.З,Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что самофлюсующийся материал наносят в виде пасты,1797505 Продолжение табл. 1 2 бл бразец Параметры самофлюсующегося лоя о сва ки, ммличие зоны термическ влияния, ее ширинанешний вид сварного сое- динения ина Тол ина 2 О 0,2 0;2 0,2 0,2 6,11,1 ная и мофл пропла вая ст альной бумаге ны; белая полооя оплавившелюсующегося яя-область осеталла листа Вдоль всего шва плотоса оплавившегося саса, Края полосы не вились, видна порошкоктура нанесенного слоя 0 7,8,9,12,13,14,17,18,19 Вдолвсего шва плотная ровная полоса оплавившетося самофлюсующегося сплава 0,3 0,3 0,3 О,З 12 10 13 14 3 0,5 05 20,10,15 Узкая полоса оплавившегося самофлюсующегося сплава вдоль всего шва 12 10 7 5 7 0,5 0,5 0,5 2 Составитель Н.ПолевоеТехред М,Моргентал ректор С.Шекм тор Т.Курков Подписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ ССС, Раушская наб., 4/5 ательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Производствен аказ 659 Тираж В НИИПИ Государственного комитет 113035, Москва, На фильтров видны две зо са-след от с гося самоф порошка, си новного мНа фильтровальной бумаге след от трех зон; белая полоса-зона шва, закрытая слоем оплавившегося самофлюсующегося по рошка, по краям белой полосы интенсивно-синие полосы шириной до 1 мм соответствуют зоне термического влияния, синяя область соответствует основному металл .