Способ дуговой сварки

)ю В 2 ЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕН ЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Доброквашин Л,А, и др. Автоматизация сварки прерывистых швов. Вопросц механизации и автоматизации сварочного производства, Тула, 1977, с,145-147,Заявка ЯпонииВ 56-19995; кл. В 23 К 31/00, 1981.Патент США(54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ(57) Использование, при сварке как в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродами, так и под слоем флюса, Преимущественные области использования -Изобретение относится к способам дуговой сварки плавлением и может быть использовано при сварке как в среде защитных газов, плавящимся или неплавящимся электродами, так и под слоем флюса, Преимущественные области использования - сварка закаливающихся трудносвариваемых сталей, а также сварка корневых швов, склоненных к образованию горячих и холодных трещин.Целью изобретения является повышение стойкости сварных швов и зоны термического влияния соединений против образования горячих и холодных трещин, улучшение качества и повышение механических свойств сварных соединений, а также отказ от предварительного подогрева при сварке закаливающихся сталей, в там числе сварка закаливающихся трудносвариваемых сталей в защитных газах, а также сварка корневых швов, склонных к образованию трещинСущность изобретения: при дуговой сварке плавлением с применением периодических чередующихся перемещений электрода или сварочной дуги, сварной шов по его длине формируют из отдельных взаимно перекрывающих друг друга элементарных участков металла шва,. Очередной участок шва формируют после кристаллизации предыдущего, а охлаждение его производят до температур не ниже, чем на 3004500 С по сравнению с нижним значе-нием температур интервала кристаллизации металла шва. При формировании последующего участка производят частичное расплавление металла шва предыдущего участка, 3 з.п, ф-лы. низколегированными сварочными материа.лами.Это достигается тем, что сварной шов по его ОО длине формируют из отдельных взаимно пере- а крывающих друг друга элементарных участ О ков металла шва, при этом очередной участок шва формируют после кристаллиза- Ор ции предыдущего, но охлаждение его производят до температур не ниже, чем на 300450 С, по сравнению с нижним значением температур интервала кристаллизации металла шва, причем при, ф формировании последующего участка производят частичное расплавление металла шва предыдущего участка, при этом продолжительность отдельных периодов горения дуги определяют из условия сплавления свариваемых кромок, внесения дозирован1818180 авив где Ь - продолжительность периода горения дуги, с;3 - сечение сварного шва, мм, опредегляют экспериментальным или расчетным путем;- длина элементарного участка сварного шва, образующегося в отдельные периоды горения дуги, мм;р - вес 1 погонного метра сварочной проволоки, г/м;Чп,п - скорость подачи сварочной проволоки, м/с;у - уздельный вес неплавленного металл, г/мм;р - коэффициент потерь металла на угол и разбрызгивание обычно 0,03 - 0,05.Величина элементарного участка (значениеи 5) определяется исходя из следующих условий,Минимальная величина элементарного участка определяется из условия сплавле ния свариваемых кромок при кратковременном воздействии дуги.Максимальная величина элементарного участка определяется из условия дозировочного тепловложения в свариваемый металл в зависимости от свариваемых сталей.Однако для эффективного управления процессом кристаллизации металла шва не рекомендуется, чтобы предельная величина элементарного участка превышала ту вели чину, при которой происходит кристаллизация металла шва при воздействии сварочной дуги.В общем сварной шов формируется из отдельных элементарных участков, граница раздела между которыми определяется целенаправленной их кристаллизацией, для чего по сути в определенные периоды процесс сварки кратковременно и периодически прекращается. Причем такое 4 прерывание процесса горения дуги рекомендуется производить раньше, чем начнется кристаллизация металла шва при горении сварочной дуги.С целью повышения качества и стойкости соединений против образования трещин при сварке трудносвариваемых сталей в среде защитных газов, формирование отдельных элементарных участков осуществляют без сварочного перемещения дуги вдоль швэ, а перемещение электрода вдоль шва производят в периоды, когда сварочная дуга не горит, при этом продолжительность пауз между отдельными периодами горения Ти 1 ф.шгде тп - время паузы междми горения дуги, с;Чл.э - средняя скорос10 электрода,м/ч;Чф,ш - средняя скороссварного шва, м/ч; двумя период перемещения ормирован формирования в зависимости райней мере на олучения сварния при непреи дуги сзначений свана дуге, ретном формиотдельных элебщее время се сварки при ой длины и обэтой же длины, нтарных участскоростьсварформирования дуги равно вре- ормироенному ва опреко рости тка, т.е. время о времени гореоятельство исия процессом и термодеформжеф редлож ания ш ныне с чающийся тем, чества соединеформирование астков осущестперемещениях ихся с паузами, перемещается, ть пауз между ния дуги вычись перемещен риодов ее гор ного тепловложения в свариваемый металли вычисляют по зависимости дуги определяют в зависимости от температуры охлаждения элементарного участкашвэ, скорости его охлаждения и вычисляютпо формуле при этом среднюю скор сварного шва (Чф,щ) за от свэриваемых сталей 30 меньше, чем скорост ного шва (Чав) равного сече рывном перемещени использованием выбранных рочного тока и напряженияПри прерывистом, диск ровании сварочного шва из ментарных участков о воздействия дуги в процес получении шва определенн щее время получения шва состоящего из этих же элеме ков - величины различные.При непрерывной сварке ки равна по сути скорости шва, т,е, время воздействия мени сварки, При дискретно вании сварного шва по способу скорость формиров деленной длины всегда ме сварки элементарного учас сварки всегда больше общег ния дуги. Именно это обст пользуется для управлен кристаллизации металла шва мационным циклом сварки,п,З. Способ по п.1, отли что, с целью повышения ка ний при сварке под флюсом, отдельных элементарных уч вляют при периодических дуги вдоль шва, чередующ когда электрод вдоль шва не при этом продолжительнос отдельными периодами горе ляют по зависимости тп Ч тиф.шгде Чл.д - средняя скородуги во время отдельныхния, м/ч,при этом среднюю сксварного шва (Чф.ш) исти от свариваемых с орость формированияринимают в зависимо- .талей, по крайней мере, на 30 оь меньше, чем средняя скоростьперемещения дуги (Чп,д) во время отдельных периодов,С целью уменьшения перегрева металла шва путем уменьшения отдельных порций кристаллизирующегося металлаотдельные элементарные участки сварногошва в каждом периоде горения дуги формируют по высоте шва по крайней мере издвух-трех слоев, располагающихся один над 10другим, при этом очередной слой по высотешва формируют после. кристаллизациипредыдущего, но охлаждение нижнего слояпроизводят до температур не ниже, чем на300,450 С, по сравнению с нижним значением температур интервала кристаллизации металла шва (температура солидуса).При выборе предельных температур охлаждения отдельных элементарных участков металла шва исходят из следующих 20условий. Эта температура, во-первых, долж-.на быть обязательно ниже значения температуры интервала кристаллизации металлашва, Только в этом случае можно целенаправленно регулировать процесс кристаллизации и уменьшить перегрев металла шва засчет многократных переходов из одного фазового состояния в другое, в частности переход жидко-твердое и наоборот.Во-вторых, охлаждение металла ниже температуры кристаллизации должно быть оптимальным в той части, чтобы уменьшитьскорость охлаждения металла в нижнемсубкритическом интервале температур400.;,200 С) и в то же время продолжительность пауз должна быть такой, чтобы уменьшение производительности процессаоправдывалась теми преимуществами, которые обеспечивают предлагаемый способ.Эксперименты показали, что снижение 40температуры, при формировании отдельных элементарных участков шва, более чемна 300450 С по сравнению с температурой солидуса, является нецелесообразнымпо причине чрезмерного снижения скорости формирования шва в то время как поставленная цель достигается и приохлаждении до температур не ниже указанных.Зависимость для определения продолжительности периода горения дуги определена из условия соответствия количестваметалла элементарной зоны шва - количеству израсходованного металла нэ образование этой зоны. Размеры элементарного 55участка шва, удовлетворяя условиям изложенным ниже, должны быть в тоже времятакими, чтобы после его кристаллизации,при формировании очередного участка,предыдущий участок расплавлялся по крайней мере не менее, чем на 1025 ф. Расплавление поедыдущего участка на 50 иболее является не приемлемым из-за увеличение продолжительности пребывания металла шва при температуре выше Аз, чтоможет привести к его перегреву.В основу определения времени паузымежду двумя периодами горения дуги положено то обстоятельство, что для уменьшения скорости охлаждения металла приравных условиях необходимо, по крайнеймере, уменьшить скорость формированияшва. Опыты показали, чтодля предотвращения холодных трещин при сварке закаливающихся сталей такое уменьшение скоростицелесообразно не менее, чем на 30;.В то же время следует предотвратитьперегрев металла шва, что достигается периодическими охлаждениями отдельныхэлементарных участков металла шва вовремя пауз, когда сварочная дуга не горит.Для трудносвариваемых сталей скоростьформирования швэ может быть уменьшенав 23 раза, по сравнению со скоростью принепрерывной сварке, Дальнейшее уменьшение этой скорости даже в этом способеможет оказаться не целесообразным,из-завозможного перегрева металла шва, илиуменьшения производительности процесса,Повышение стойкости сварных швовпротив горячих трещин достигается за счетуправления процессом кристаллизации сварочной ванны и соответствующим изменением фронта встречи кристаллитов поцентру шва. Это обеспечивается прерывистыМ поступлением жидкого металла в ванну и кристаллизацией от дельных егопорций в результате прекращения горениясварочной дуги,Повышение стойкости зоны термического влияния соединений против образо-.вания холодных трещин обусловлено впервую очередь изменением в желаемомнаправлении термодеформационного цикла сварки, уменьшением скоростей охлаждения металла в зоне термическоговлияния.Улучшение качества соединений связано с обеспечением надежного сплавлениясвариваемых кромок благодаря формированию шва отдельными элементарными участками.Обеспечение высокой стойкости соединений против трещин позволяет отказатьсяпри сварке закаливающихся сталей низколегированными проволоками от предварительного подогрева. Расширениетехнологических возможностей способа вэтом плане достигается внесением оптимального тепловложения в свариваемый металл за счет регулирования количества направляемого металла для отдельного элементарного участка по длине шва и дополнительного изменения сварочного тока и напряжения на дуге, когда по сути мощность дуги может в определенной мере изменяться при равных количествах расплавленного металла. Так что вес наплавленного металла и отношение его к мощности дуги являются важными факторами, определяющими, наряду с другими, ве личину тепловложения в основной металл.Образовавшиеся отдельные участки шва охлаждаются во время пауз между периодами горения дуги до заданной температуры с определенной скоростью, Эта температура регулируется практически продолжительностью паузы тп, Именно наличие таких пауз дополнительно. изменяет термодеформационный цикл сварки, а значит и .стойкость соединений против образования трещин.Способ позволяет в определенной мере регулировать и распространение тепла в процессе сварки, Благодаря формированию шва из отдельных элементарных участков и при наличии пауз при горении сварочной дуги, выполнение каждого последующего участка производится в условиях определенного автолодогрева, Регулирование протекания металлургических процессов в сварочной ванне осуществляется по существу периодическими изменениями ее температуры.Комплекс описанных воздействий на дугу и сварочную ванну, соответствующим образом управляемый, повышает механические свойства сварных соединений.Учитывая тот факт, что отдельные элементарные участки шва формируются в промежутках между паузами, в одном из вариантов еще и при неподвижной сварочной дуге, важное значение на свойства соединений оказывает средняя скорость формирования сварного шва (Чф,ш), При определении продолжительности перемещения электрода т по п.2 среднюю скорость его перемещения целесообразно принимать равной скорости сварки Всв) при непрерывном перемещении дуги с использованием выбранных значений сварочного тока и напряжения на дуге и при равных сечениях сварных швов.В общем предлагаемый способ сваркипозволяет увеличить скорость кристаллизации металла шва, уменьшить время пребывания металла выше температур Асз и в то же время уменьшить скорость охлаждения сварного соединения в диапазоне температур 400,200 С. Именно этим объясняетсяположительное влияние предлагаемого способа на технологические и служебные характеристики сварнцх соединений. Следует5 особо подчеркнуть, что, в существующихспособах дуговой сварки, увеличить скорость кристаллизации металла шва, уменьшить время пребывания его выше Асз приодновременном уменьшении скорости ох 10 лаждения в диапазоне температур400200 С возможно только в случае применения подогрева,При паузах между периодами горениясварочной дуги продолжительностью более15 10,15 с могут возникать определенныетрудности с повторными зажиганиями этойдуги, Дело в том, что во время продолжительных пауз электрод охлаждается настолько, что быстрое повторное зажигание20 дуги может ухудшаться.Для устранения этого недостатка, в по.добных случаях, между периодами горениясварочной дуги осуществлять горение дежурной дуги не приемлемо, поскольку за 25 трудняется процесс кристаллизацииметалла отдельного участка шва,П р и м е р, Сварка стали типа 14 ХН 4 МДпроволокой Св 1 ОГН 2 СМД с листом СО 2.Параметры процесса; свэрочньй ток 425 А,30 .напряжение на дуге 39 В, продолжительность периода горения дуги Ь=1,5.2,5 с,время паузы между двумя периодами горения дуги тп=1,5.2,5 с, средняя скорость перемещения электрода во время пауз35 Чп.э=16,3 м/ч.В общем протяженность элементарногоучастка шва сораэмерима с длиной сварочной ванны, характер кристаллизации которой целенаправленно изменяется на основе40 рассмотренных вариантов,Техническое решение может использоваться также при сварке цветных металлови сплавов.Формул а изобретения45 1. Способ дуговой сварки плавлением сприменением периодически чередующихсяперемещений электрода или сварочной дуги, отл ич а ю щи йс я тем,что, с цельюповышения стойкости сварных швов и зоны50 термического влияния соединений противобразования горячих и холодных трещин,улучшения качества и механических свойствсоединений при сварке без предварительного подогрева закаливающихся сталей55 низколегированными сварочными материалами, сварной шов по его длине формируютиз отдельных взаимно перекрцвающихдругдруга элементарных участков металла шва, продолжительность периодов горения дуги определяют по формуле10 1818180 ельн 2,асварноые периоес наплавленного мет алла на 30,06, ериодависимо" ти аэован Составитель А,НазарчуТехред М,Моргентал аксимишинец Корре тор Заказ 1917 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 КНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарин Ь - где си - продолжит ость периода горения дуги, с; 8 - сечение сварного шва, мм- длина элементарного участк шва, образующегося в отдельн д горения дуги, мм;Р - вес 1 погонного мера сварочной проволоки, г/м;Ч.р, - скорость подачи сварочной проволоки. м/с: у "удельный вал ла, г/мм;у - коэффициент потерь мет угар и разбрызгивание, обычно 0,0 а продолжительность пауз между и ми горения дуги определяют по эа сти где Ь - время паузы, с;Чп - средняя скорость перемещения электрода или дугим/ч;Чо.ш - средняя скорость обр ия сварного шва, м/ч,которую выбирают не менее, чем на 30 и не более, чем в 2-3 раза меньшей скорости Чсо получения сварного шва равного сечения при непрерывном перемещении дуги на выбранных параметрах сварочного тока и напряжения на дуге,при этом очередной участок шва формируютпосле кристаллизации предыдущего, охлаждение его производят до температур не ниже, чем на 300-450 С по сравнению с5 нижним значением температур интервалакристаллизации металла шва, а при формировании последующего элементарного участка производят частичное расплавлениеметалла шва предыдущего участка,10 2, Способ по п 1,отл ича ю щи йсятем,что формирование отдельных элементарных участков осуществляют без перемещения дуги вдоль шва, а перемещениеэлектрода вдоль шва производят в периоды15 пауз.3, Способпо п 1,отличающийсятем, что формирование отдельных элементарных участков осуществляют при периодических перемещениях дуги вдоль шва,20 чередующихся с паузами, когда электродвдоль шва не перемещается.4. Способ по п,2, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что отдельные элементарные участкисварного шва в каждом периоде горения25 дуги формируют по высоте шва из двух -трех слоев, располагающихся один над другим, при этом очередной слой по высоте шваформируют после кристаллизации предыдущего, но охлаждение нижнего слоя произво 30 дят до температур не ниже, чем на300-450 С по сравнению с нижним значением температур интервала кристаллизации металла шва (температура солидуса).