Способ сварки разнородных металлов плавлением

Союз СоветскихСоцмапистическихРеспублик Оп ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 897433вв делам изооретений и открытий(72) Авторы изобретения осибирский инженерно-строител им. В,В.Куйбышева7 ыител 54) СПОСОБ СВАРКИ РАЗНОРОаНЫХ МЕТАЛЛПЛАВЛЕНИЕМ оИзобретение относится к технологии сварки разнородных металлов плав-лением и может быть использовано присварке конструкций из углеродистойи нержавеющей стали, сталеалюминиевых, медноалюминиевых и других разнородных металлов и сплавов.Известен способ сварки плавлением алюминия со сталью при изготовлении переходников трубопроводов,согласно которому производят раздел 1 оку кромок с углом скоса стальной детали в 1,5-2 раза больщим угла скоса детали из алюминия, затем подогревают алюминиевую деталь и сварит 5вают стык размещенным в разделкеэлектродом1),Однако этот способиспользован только вуглеродистой стали с2 вне может применяться злавлением, согласно, металлов рому с ц ного сое ью повышения качест нения разделку кром к од ои детали производя ол,а Л2о 1-1 2 ой углы скоса тали;разделки,ы теплопров второи дбщий угол оэффициености мета торой дет лов перв и может быть случае сварки алюминием и при сварке раазмещенным в рабочий конец доль биссекто угла разделки ния электроали сварива зд то ктродом,емещаюти общегоят колеба е эл о пе лагаемому нородных нои пло ли ороднцх металлов. Наиболее близким к пр вляется способ сварки ра, не равным углу скоса друго еделяя эти углы из соотношени897" 33 3дом симметрично биссектрисе общего угла разделки 2.Недостатком известного способа сварки разнородных металлов является то, что в нем учитывается различие свариваемых металлов только лишь по степени теплопроводности и не учитывается их различие по другим теплофизическим свойствам, влияющим на формирование сварного шва значитель но сильнее, чем теплопроводность, Это объясняется тем, что при нагреве металла таким эффективным и локализованным источником тепла, как сварочная дуга, основной металл пла вится очень концентрированно и почти сразу. Затем, поскольку сварочная дуга перемещается и приток тепла прекращается, наплавленный жидкий металл быстро отвердевает и положение грани- о цы затвердевания определяется раньше, чем околошовный металл успевает нагреться. Поэтому количество тепла, которое успевает отводиться вглубь металла через границу оплавления за время до ее затвердевания, во много раз меньше тепла, вводимого за то же время дугой в сварочную ванну, В этих условиях положение изотермы с температурой плавления, а следовательно, и величины углов скоса кромок, обеспечивающих равномерное оллавление разнородных металлов, мало зависит от теплопроводности металлов. В основном положение этой изотермы35 определяется тем количеством тепла, которое необходимо для нагрева данного металла до температуры плавления и его последующего расплавления, т.е. такими характеристиками, как тепло 4 О емкость, температура плавления и скрытая теплота плавления металла.Согласно известному способу при сварке двух металлов или сплавов, коэффициенты теплопроводности которых близки друг к другу, углы скоса кро 45 мок обеих деталей должны быть сделаны одинаковыми. Однако при равных углах скоса кромок нельзя получить качественное сварное соединение разнородных металлов, если другие теплофизические свойства металлов различны, Известно, что при сварке разнородных металлов плавлением всегда имеет место замедленное оплавление кромок той детали, металл которой 55 обладает. более высокими значениями температуры плавления, теплоемкости и скрытой теплоты плавления. Выбор неправильного соотношения между углами скоса кромок деталей не только вызывает снижение качества сварного соединения, но и приводит к необходимости заполнения излишнего объема разделки наплавленным металлом, увеличивает расход присадочного металла и число проходов дуги и снижает производительность сварки.Кроме того, при поперечных симметричных относительно биссекторной плоскости перемещениях электрода, производимых с постоянной скоростью движения, время нагрева кромок изделий из разных металлов одинаково, что вызывает оплавление кромки металла с меньшей температурой плавления, теплоемкостью и скрытой температурой 1 плавления на большую глубину, Помимо этого, возможно появление подрезов на кромках и прожогов в нижней части разделки, преимущественно со стороны металла с меньшей температурой плавления.Целью изобретения является повышение производительности сварки разнородных металлов и сплавов, уменьшение расходов электродногоприсадочного) металла и повышение качества сварных соединений, путем выбора рационального способа подготовки кромок деталей под сварку и рационального способа перемещения электрода, наиболее соответствующих теплофизическим свойствам разнородных металлов и обеспечивающих раномерное оплавление кромок свариваемых деталей и устранение подрезов, прожогов и непроваров в сварных швах. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу сварки разнородных металлов плавлением, при котором производят разделку кромок с углом скоса одной детали не равным углу скоса другой детали, с суммой величин этих углов, равной величине общего базового угла разделки кромок, а затем производят сварку размещенным в разделке электродом, осуществляя им симметричные поперечные перемещения относительно биссекторной плоскости общего угла разделки кромок и вдоль этой плоскости, скорость поперечных движений электрода повышают по мере приближения к той и другой кромке и одновременно берут больше с той стороны биссекторной плоскости, которая примыкает к более лекгоплав 897433ного) металла, число проходов примногослойной сварке и существенно у,велицить производительность по сравнениюсо сваркой по известному способу.П р и м е р. Проводят аргонодуговую сварку неплавящимся вольфрамовымэлектродом диаметром 4 мм детали 1из малоуглеродистой стали В Ст,3 сп.и детали 2 из алюминия встык при тол"щине листов о = 15 мм. В качествеприсадочного металла используют проволоку из алюминия диаметром 4 ммпо ГОСТ 7871-75 Разделку кромоклистов производят несимметрично. Приэтом в соответствии с соотношениями(3) и (4) угол скоса кромки стально"го листа принимают по расчету равным с,= 47,6 О, а угол скоса кромкиалюминиевого листа о = 12,4 . Данные,использованные при расчете, приведены в табл, 1, Общий базовый уголразделки кромок принимают равнымо =0 оВ соответствии с соотношением (б)притупление кромки стального листа 255= 2 мм, а притупление кромки алюминиевого листа рассцитывают по формуле (5) и получают 1 = 6,9 мм,На кромку стального листа горячимпогружением (алитирование) наносят, зотонкий слой алюминия,а кромку и край алюминиевого листа непосредственно передсваркой подогревают до 200 С для уменьшения влияния различия свариваемыхлистов по степени теплопроводности. З 5Сварку производят многослойно(за б - 9 проходов) на переменном токесилой 120-300 А, Сварку корневогослоя проводят на токе, сниженномдо 120-150 А и начинают с выступающей части притупления кромки детали 2 из алюминия, затем оплавляютпритупление кромки детали 1 из стали.При этом торцы электрода 3 и присадоцного прутка помещают в плоскости, ФЗпроходящей через биссектрису 4 угларазделки кромок и продольную осевуюлинию шва. Наложение второго слояпроизводят аналогичным образом, но сувеличением силы тока до 180-220 А.Последующие слои, начиная с третьего, выполняют поперечными движениями электрода и присадочного прутка,скорость которых увеличивают по мереприближения дуги к той и другой кромфке изделий, и в то же время любыхсимметричных положений дуги относи 1тельно биссектрисы 4. Скорость всегда больше со стороны металла с меньшей величиной энтальпии при температуре плавления, При этом силу тока увеличивают до 250 - 300 А.С целью получения сравнительных данных параллельно проводят аргонодуговую сварку известным способом однотипных деталей из стали и алюминия той же толщины.При этом в соответствии с известным способом величину углов скоса кромок деталей определяют по соотношениям (1) и (2) и принимают равной для стального листа о,1= 8и для алюминиевого листа (у 52 О , при той же величине общего базового угла оС = 60.Притупление кромок, а также предварительный подогрев кромки детали из алюминия в соответствии с технологией известного способа, не производят.Сварку корневого второго слоя выполняют электродом (и присадочным прутком), помещенным в биссекторной плоскости, а сварку последующих слоев (9-13 проходов) выполняют поперечными колебаниями электродов относи" тельно этой плоскости при постоянной скорости движения электрода во всех точках его траектории.Для уменьшения количества подрезов на кромках и прожогов в корне шва силу сварочного тока снижают на 10-15 по сравнению со сваркой по предлагаемому способу,Данные сравнительных испытаний сведены в табл. 1 и 2, причем в табл. 1 приведены теплофизические свойства свариваемых металлов, в табл. 2 - характеристика и параметры способов сварки.Как видно из табл.2, при использовании предлагаемого способа площадь сечения разделки и обьем наплавляемого металла уменьшаются на 37,63, цто позволяет снизить расход присадочного (электродного) металла, сократить число проходов при многослойной сварке и соответственно повысить ее производительность, Доля тепловложения в кромку алюминиевой детали с низкой температурой плавления и высоким коэффициентом теплопроводности уменьшается с 90,10 г при использовании известного способа до 4,5 (без учета предварительного подогрева), что уменьшает потери тепла, связанные.2,8 1 О Таблица 2 Способ Характеристики Предлагаемый Известный 47,6 12,4 60 60 с теплопроводностью и одновременноснижает вероятность появления подрезов, прожогов и проплавлений со стороны детали с низкой температуройплавления. Регулирование скоростипоперечного движения электрода позвогляет увеличить силу сварочного тока Свойства и размерность оТемпература плавления,Коэффициент теплопроводности,кал/см с "С.плавления, Углы скоса кромок, градусы Деталь 1 (сталь) Деталь 2 (алюминий)Общии угол разделки, градусы на 10- 153, соответственно повысить производительность сварки и одновременно избежать образования подреэов на кромках деталей, Увеличение величины притупления на кромке более лег; коплавкой детали устраняет прожоги и проплавления в корне сварного шва.1Таблица 1897433 Способ Характеристики Известный Предлагаемый 6,9 159,8100 99,7562,Й 90,1 Фстальной детали, см 2. 92,5 15,8 57,9 9,9 220 37,6 5,250,9 7,1 МН/м Й,8 3,5ЗЦ,Э ИН/мь Притупление кромок, мм Деталь 1 ( сталь)Деталь 2 (алюминий) Площадь сечения разделки,заполняемая наплавленнымметаллом,см ов том числе со стороныалюминиевой детали,см 2 Средняя сила сварочного тока, А Повышение производительностисварки, 4за счет уменьшения числапроходов дугиза счет увеличения силысварочного токаСкорость перемещения электродапри многослойной сварке Качество сварных соединений Механические свойства сварного соединенияПредел прочности при растяжении, 2кгс/мм Предел текучести,кгс/мм Постоянная Ч,= Ч= си- чИмеют место подрезы, проплавления и прожоги состороны алюминия 12Продолжение табл. 2 13,0Переменная ЧцУосЧо М 7Указанные дефекты от- сутствуют 69,6(разрыв по основному металлу )897433 где сли Л 14 ил 2 и Ь ТиТ2. Источники информации,ЭО принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССРй 484944, кл. В 23 К 9/00. 2. Авторское свидетельство СССР У 692712, кл. В 23 К 9/00 (прототип). Заказ 11817/16 Тираж 11 И. Подписно ул,Проектная, 4 илиал ППП Патент", г,ужго 13Формула изобретенияСпособ сварки разнородных металлов плавлением, при котором производят разделку кромок с углом скоса одной детали не равным углу другой детали, с суммой величин этих углов, равной величине общего базового угла разделки кромок, а затем производят сварку размещенным в разделке электродом, осуществляя им симметричО ные поперечные перемещения относительно биссекторной плоскдсти общего угла разделки кромок и вдоль этой плоскости, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения произ- О водительности сварки, повышения качества сварного соединения и уменьшения расхода электродного металла, скорость поперечных движений электро" да повышают по мере приближения к той и другой кромке и одновременно берут больше с той стороны биссекторной плоскости, которая примыкает к более легкоплавкому металлу, а углы скоса и величину притупления кромок р каждой свариваемой детали выбирают в зависимости от количества тепла, необходимого для нагрева и расплавления единицы объема разнородных металлов по следующим соотношениям:ЬиК С(Т;С,)+рмиА С (Т - )+1 р, т 2 млл, Бъ 2 мм угол скоса и притупление кромок детали изпервого металлаугол скоса и притупление кромок детали извторого металла,общий базовый угол разделки, выбираемый в зависимости от толщинысвариваемых металлов испособа сварки,объемная теплоемкостьпервого и второго металла кдл/см С,МДж/ м К,скрытая теплота плавления первого и второгометалла, кал/г, МДж/кг;плотность первого и второго металла, г/смкг/м ,температура плавленияпервого и второго металла,С , К,температура первого ивторого металла передсваркой, фС, К.