Способ дуговой сварки плавящимся электродом в узкую разделку

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОДЕПРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 256917, кл. В.23 К 9/16, 1968.2, Авторское свидетельство СССРР 633688, кл. В 23 К 9/16, 1977(54)(57) 1, СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В УЗКУЮ РАЗ. -ДЕЛКУ, при котором дугу возбуждаютв разделке, а процесс сварки ведутна оптимальном режиме с подачей дополнительной присадочной проволоки вхвостовую часть сварочной ванны, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения качества при сварке стыковтруб с перекрытием путем улучшенияформирования шва в начале и концепроцесса, разделку выполняют шириной,равной 3-5 диаметрам электрода с притуплением, возбуждают дугу на дне разделки на токе на 40-60 меньше оптимального, после оплавления поверхности притупления разделки увеличивают режим до оптимального с погружением конца электрода в ванну до уровня диа разделки, и одновременно начинают перемещение электрода со скоростью сварки и подачу присадочной проволоки со скоростью, превышающей оптимальную в 4-6 раэ, и прн достижении сварочной ванны размеров, при которых гидростатическое давление жидкого металла равно давлению дуги, скачком уменьшают скорость подачи присадочной проволоки до оптимальной и смещают ее на расстояние от электрода, равное 0,6-0,8 длины хвостовой части ванны, а по окончании процесса сварки производят перекрытие сварного шва до получения объема сварочной ванны 0,1 - 0,2 от объема сварочной ванны при сварке на оптимальном режиме.1061956 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю " щ и й с я тем, что перекрытие сварного шва производят при постепенном уменьшении тока и скорости подачи электрода и при достижении объема сварочной ванны, равной 0,5-0,6 объема ванны при сварке, прекращают подачу присадочной проволоки и кратковременно прерывают дугу, а затем уменьшают скорость подачи. электрода на 20-40 от скорости подачи присадочной проволоки при сварке и начинают подавать ток на 30-40 меньше оптимального до окончания процесса перекрытия,1Изобретение относится к способамдуговой сварки плавящимся электродом стыковых соединений с узкой разделкой кромок и подачей дополнитель"нОй присадОчной прОВОлоки В хВОстО 5вую часть сварочной ванны и можетбыть использовано во всех отрасляхнародного хозяйства.Известен способ электродуговойсварки в среде защитных газов непла "10вящимся электродом с присадочнойпроволокой, при котором расстояниемежду;кромками разделки выбираютне более величины капитярного зазора,неплавящийся электрод вводят в зазор на величину залегания первогопрохода, возбуждают дугу на однойиз кромок, а в момент оплавлениядугой кромки подают присадочнуюпроволоку и ведут сварку на оптимальном .режиме 1. 20Недостатками способа являютсяневозможность удержания большогообъема ванны на весу, а следовательно, малая производительность,а также неизбежное возникновение про-, 25жогов и нарушение формирования шва,Наиболее близким к изобретениюявляется способ дуговой сварки плавящимся электродом, при котором выполняют узкую разделку кромок, дугу возбуждают в разделке, а процесс ведут на оптимальном. режиме с подачейдополнительной присадочной проволокив хвостовую часть сварочной ванны 23.При сварке известным способом используют высокие токи. Кроме того,колебание электрода Вдоль его осивызывает значительное разбрызгивание и ухудшение качества швов.Целью изобретения является повышение качества при сварке стыковтруб с перекрытием путем улучшенияФформирования в 3 ва в начале и концепроцесса,3. Способ по п. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что при перекрытии сварного шва после получения объема сварочной ванны, равной 0,5-0,6 объема ванны при сварке, прекращают подачу электрода и прерывают дугу1 а присадочную .проволоку подают в переднюю часть ванны до окончания процесса перекрытия. 4. Способ по и. 3, о т л и ч а ю" щ и й с я тем, что при подаче присадочной проволоки в переднюю часть ванны проволоку подогревают. 2Поставленная цель достигается тем, что согласно способу дуговой сварки плавящимся электродом в узкую разделку, при котором дугу возбуждают в разделке, а процесс сварки ведут на оптимальном режиме с подачей дополнительной присадочной проволоки в хвостовую часть сварочной ванны, разделку выполняют шириной, равной 3-5 диаметрам электрода с притуплением, возбуждают дугу на дне разделки на токе 40-60 меньше оптимального, после оплавления поверхности притупления разделки увеличивают режим до оптимального с погружением конца электрода в ванну до уровня дна разделки и одновременно начинают перемещение электрода со скоростью сварки и подачу присадочной проволоки со скоростью, превышающей оптимальную в 4-6 раз, и при достижении сварочной ванны размеров,при которых гидростатическое давление жидкого металла равно давлению дуги, скачком уменьшают скорость подачи присадочной проволоки до бптимальной и смещают ее на расстояние от электрода, равное 0,6- 0,8 длины хвостовой части ванны, а по окончании процесса сварки производят перекрытие сварного шва до получения объема сварочной ванны 0,1-0,2 от объема сварочной ванны при сварке на оптимальном режиме,Кроме того перекрытие сварного шва производят при постепенном уменьшении тока и скорости подачи электрода и при достижении объема сварочной ванны, равной 0,5-0,6 объема ванны при сварке, прекращают подачу присадочной проволоки и кратковременно прерывают дугу, а затем уменьшают, скорость подачи электрода на 20-40 от скорости подачи присадочной проволоки при сварке и начинают подавать ток на 30-40 меньше оптималь- буждение дуги б. В течение переходноного до окончания процесса перекрытия, го временидуга б стабилизируетКроме того, при перекрытии свар- ся. Причем ток 1 при котором проис- ного шва после получения объема сва- ходит возбуждение дуги. б, на 40-60 рочной ванны, равной 0,5-0,6 объема меньше оптимального тока 1 . На ванны при сварке, прекращают подачу 5 токах меньше 40 оптимального проис- электрода и прерывают дугу, а приса ходит лишь оплавление дна 5 разделки дочную проволоку подают в переднюю и отсутствует оплавление кромок 3 и 4. часть ванны до окончания процесса пе; На токах больше 60 наблюдается рекрытия, обратная картина, что вызывает неКРоме того, при подаче присадочнойо желательное явление в виде образо- проволоки в переднюю часть ванны про- вания общей ванны и поднятия ее за волоку подогревают, счет капиллярных сил, результатом чегоБлагодаря предлагаемому способумогут быть короткие замыкания элексварки, который определяет порядок трода 2 и чрезмерное разбрызгивание. выполнения начала и конца сварки, 15 При горении дуги 6 в течение времени обеспечивается необходимое залечи- С 2 происходит оплавление дна 5 развание образующегося при сварке делки и образование ванны 7 (фиг. 1), кратера путем подачи дополнительного .после чего в течение времениувеколичества расплавляющегося при свар- личивают ток и скорость подачи плавяке материала проволоки или электрода,2 О щегося электрода. В результате дуга в результате чего улучшается формирова 6 погружается в ванну 7 до тех пор, ние сварногошва в начале и в конце про- пока конец электрода 2 не будет на цесса, шов образуется без дефектов, одном уровне с дном 5 разделки крочто улучшает качество сварного мок 3 и 4. В этом случае происходит соединения, 25 сжатие дуги б, увеличивается ее тепНа фиг. 1 показана разделка кро- ловая мощность за счет возрастания .-мок и расположение в ней электрода; нпряжеия дуги б и повышается ее прона фиг. 2 - положение электрода после странственная устройчивость, Кромепогружения дуги в ванну; на фиг. 3 - того, возрастает интенсивность конрасположение электрода и дополнитель-ЗО вективных потоков в ванне 7 по ее ной присадочной проволоки в начале боковым поверхностям 8 и 9, что припроцесса сварки; на фиг. 4 - то же, водит к изменению толщины жидкойв момент достижения сварочной ван- прослойки в поверхностях 8 и 9 иной критических режимов; на фиг, 5 - улучшению теплообмена дуги б с осрасположение электрода, дуги и до- новным металлом (фиг. 2) . Последнееполнительной присадочной проволоки улучшает оплавление кромок 3 и 4.в начале перекрытия шва; на фиг. б - . При погружении дуги б на заданнуютоже, в момент достижения размеров .величину начинают перемещения элекванны (0,5-0,6)Ч ; на фиг. 7 - по- .трода 2 со скоростью Ч . При двиложение электрода и ванны при заварке женин электрода 2 дуга б обеспечикратера; на фиг. 8 - расположение -4 О вает асимметричность ванны в направэлектрода и дополнительной приса- ,лении сварки, образуя небольшуюдочной проволоки при заварке крате- (переднюю) 10 и хвостовую 11 частира за счет проволоки; на фиг. 9 - (фиг. 3). По истечении временициклограмма процесса сварки с окон- в дугу 6 подают дополнительную причанием процесса по 1-му.варианту; 45 садочную проволоку 12. Причем скона фиг10 - циклограмма окончания рость ее подачи в 4-6 раз выше оппроцесса сварки по 2-му варианту. тимальной. Связано это с тем, чтоСпособ осуществляется следующим скорость плавления проволоки 12 в образом. дуге 6 в 4-6 раз выше, чем в хвосПредварительно на стыках тРУб 1 50 товой части 11 ванны 7. разброс обувыполняют разделку шириной В, рав- Словлен флюктуациями теплового изной (3-5) Й ., где Й д - диаметр лучения дуги б и конвективных потоплавящегося электрода 2. Необходи- ков в хвосте ванны 7, от которыхмость выбора подобной ширины раз- зависит теплопередача к проволокеделки связана с тем, что при шиРине 55 12, ее нагрев и плавление. меньшейЗйэ возрастает вероятностькороткого замыкания электрода 2 с При достижении критических разкромками 3 и 4 разделки, а при ши- меров ванны 7 за времяскачкомрине разделки большей 5 с 1невоз- изменяют скорость подачи проволоки можно одновременно оплавлять дно 5 12 до оптимальной и подают. проволоку разделки с кромками 3 и 4 (фиг.1). 12 в хвостовую часть 11 ванны 7 наЗатем в разделку подают со скоро- расстоянии (0,6-0,8)Ь от электрода стью Ч . плавящийся электрод 2 до 2 (фиг. 4). Под критическими разкороткого замыкания с дном 5 раз- мерами понимается досижение объема делки. При коротком замыкании проис- Ч и высоты Н жидкого металла ванкр кР ходит раплавление электрода 2 и воз ны, при которой гидростатическоедавление ( ) 9 Н , где ) - плотностьжидкого металла, 9 - ускорение земно-.го притяжения) становится соизмеримым(равным) давлению дуги Р(РД =Нр) . Дальнейшее унеличенйеразмеров хвостовой части 11 ванны 7 5приводит к перетеканию металла изхвостовой части 11 в переднюю 10,т.е. нарушению формирования шва.Изменение зоны подачи проволоки 12приводит к некоторому заморажинанию 10хвостовой части 11 ванны 7 и удержанию силами поверхностного натяже".ния (смачивание проволоки 12 схвостовой частью 11 ванны 7) в результате чего высота Н уменьшается до Н и процесс йротекает безнарушений Формирования шва.Последовательность выполненияопераций в начале процесса сваркипозволяет обеспечить плавное нарастание высоты шва 13, образуя поверхность шва 14 (фиг. 4). Сварку наоптимальном режиме продолжают н течение времени 16, т.е. полного оборота горелки вокруг стыка трубы 1.В момент начала перекрытия (при положении дуги б на начале шва 13) Чрл о и 10начинают постепеннозл опт Оптуменьшать (фйг. 9) .При постепенном уменьшении скорости подачи электрода 2 и тока по- З 0 степенно уменьшается объем хвостовой части 11 ванны 7. При этом уве-личивается длина дуги б, электрод 2 .поднимается из глубины ванны 7и дуга б горит на поверхности шва14 (фиг. 5) . В момент достиженияобъема ванны 7 значений (0,1-0,2)ЧОгде Ч - объем ванны 7 при сваркена оптймальном режиме, процесс прекращают. 40При этих значениях объема ванны. 7 при свободной кристаллизации ее кратера на поверхности не наблюдается,Для улучшения заврки кратера при уменьшении объема ванны 7 дополни тельно осуществляют операции по одному из вариантон.Вариант 1, При уменьшении объема ванны 7 до значений(0,5-0,6)Ч прекращают подачу присадочной проволоки 12 и кратковременно прерывают ток. При объеме ванны 7 меньше 0,5 Ч ,. электрод 2 утыкается в кристаллизирующий Фронт ванны, а при объеме ванны более 0,6 Ч увеличивается время заварки кратера. К моменту прекращения подачи присадочной проволоки 12 ( ) длина дуги бдостигает размеров, при которых дуга б оплавляет оставшуюся часть поверхности шна 4 (фиг, 6) .Поэтому при прерывании тока жидкий металл заполняет пространство, занима" емое дугой б, образуя монолитную нанну (фиг. 7) которая при последующей кристаллизации плавно замыкает б 5 шов 13 беэ кратера, При коротком перерыне тока электрод 2 возбуждения дуги 6 входит непосредстненно в ванну 7. Причем в момент обрыва дуги б одновременно изменяют скорость подачи электрода 2 на 20-40 от оптимальной скорости подачи присадочной проволоки 12 в течение времени(Фиг. 9)Такое изменение вызвано тем, что при отсутствии дуги б резко меняется тепловыделение в зоне наины 7, а следовательно, тепло, идущее на плавление электрода 2. Последнее осуществляется только за счет теплоотвода из ванны 7. Поэтому, если скорость подачи электрода 2 при заварке Ч меньше, чем 20 от Ч то электрод 2 не успевает расплавить ся и утыкается в кристаллизационный фронт ванны 7. При скорости больше 50 от Ч . электрод 2 может расплавиться над поверхностью наины и вызвать разбрызгивание металла.После того, как электрод 2 вошел в ванну 7, дополнительно для лучшего его плавления подают ток на 30-40 ,меньше оптимального сварочного тока - Уменьшение тока связано с ;значениями уменьшения скорости по дачи электрода 2Только одновременное уменьшение скорости подачи электрода 2 на 20-30 от Чи тока на 30-40 от 3 т позволяет обеспечить стабильное планление электрода 2 при входе н ванну 7, В других случаях наблюдаются явления, описанные в разделе обоснования необходимых значений скорости подачи электрода 2Подача электрода 2 в ванну 7 осу ществляется в.течение времени (фиг, 9) тока, объем ванны - (0,1- 02)Чтопт После этого ток прерывают и через время отводят в течениевремени 1 электрод 2 из наины 7.Оставшаяся часть жидкой ванны 7кристаллизируется в свободном состоянии без образования кратера на поверхности шва 14.Вариат 2. При уменьшении объемаванны 7 до значений 0,5-0,6 путем постепенного уменьшения тока и скорости подачи электрода 2 прекращают подачу электрода 2 и обрывают дугу б, а присадочную проволоку 12 подают н переднюю часть 10 ванны 7 до момента, когда объем ванны 7 будет (0,1- 0,2)Чд, (фиг. 8 и 10) . Необходимостьподачи проволоки 12 н переднюю часть 10 ванны 1 вызвано тем, что это наиболее нагретая часть ванны 7, а следовательно, из нее можно больше забрать тепла на расплавление проволоки 12,При сварке на оптимальном режимеприсадочную проволоку 12 подают нхвостовую часть 11 наины 7 на расстоянии (О, 6-0,8) 1, (фиг. 4), где- длина хвостовой части 11 ванны 7.При подаче проволоки 12 в зонухвостовой части ванны 7, находящуюсяна расстоянии меньше 0,6 Ез , про 5волока 12 может расплавиться от излучения дуги 6, а следовательно, утратится возможность отбора тепла изхвостовой части ванны 7 (заморажива-:ние) проволокой 12. Это вызовет увеличение объема хвостовой части 11ванны 7 больше критического и ухудшение формирования шва. При подачепроволоки 12 на расстоянии больше0,8 Ез наблюдается примерзание 15проволоки 12 и также ухудшение стабильности течения процесса сварки,П р и м е р. Способ дуговой сварки плавящимся электродом с дополнительной подачей проволоки был опробован на макете установки. В качестве источника, сварочного тока и подогрева проволоки использовали стандартный источник Вду,сваривали трубы из:тали 12 Х 18 Н 10 Т размером Ф 219 х 14 ьи. р 5Предварительно на стыках трубвыполняли разделку шириной 56иглубиной 9:мм. Такая глубина в момент погружения дуги в ванну не вызывала сквозного провара притупленияразделки.В качестве плавящейся и присадоч-.ной проволок использованы проволоки9 1,0 мм марки 04 Х 19 Н 11 МЗ. Следовательно, ширина разделки составляла 5 мм.Сварку выполняли в непрерывном режиме на токе прямой полярности. Первоначально зажигали дугу на токе120 А при подаче электрода со .скоростью 60 м/ч. Затем в момент плавленин дна разделки плавно увеличивали ток дуги до 250 А и скоростьподачи электрода до 180 м/ч.,соответственно. При этом наблюдали за положением конца электрода. На ука занном выше режиме конец электрода располагался на уровне дна разделки. В этот момент включали перемещение дуги со скоростью 7 м/ч и подавали присадочную проволоку в дугу 50 со скоростью 50 м/ч. При достижении критических размеров ванны (это был момент выхода высоты ванны над поверхностью свариваемых труб, что составило 15 мм) скачком уменьшали 5 скорость подачи присадочной проволоки до 30 м/ч, т.е. в 3,2 раза меньше Ч. Одновременно регулировочным устройством проволоку смещали в хвостовую часть ванны. Длина хвостовой части ванны составляла 20-24 мм, а величина смещения присадочной проволоки при этом была равной 15 мм, т.е. 0,65 Ьз. На установленном режиме осуществляли сварку поворотного стыка трубы. В момент перекрытия шва постепенно уменьшали объем ванны до значений (0,1-0,2)Ч. Объем ванны на оптимальном режиме Чсостав, лял 2-3 см . Колебания объема обусловлены флюктуациями конвективных потоков в ванне. При этом площадь поверхности зеркала составляля2- 3 см . Учитывая близкую.сходимость значений Чц и площади поверхности зеркала ванны, необходимое значение объема ванны (0,1-0,2)Ч определяли по площади поверхности зеркала ванны.При достижении площади поверхности зеркала ванны 0,09 см процесс сварки прекращали. При свободной кристаллизации оставшейся части жидкого металла поверхность шва была чистой и отсутствовали кратеры.Уменьшение объема ванны привыполнении перекрытия шва осуществляли следующим образом.В момент начала перекрытия постепенно уменьшали ток и скорость подачи плавящегося электрода до тех пор, пока объем (площадь поверхности зеркала) ванны не достиг 1,0-1,5 см. или 1,0-1,5 см, Ток при этом составил 180 А,а скорость Ущ = 120 м/ч. В этот момент прекращали подачу присадочной проволоки и кратковременно прерывали ток.При этом одновременно уменьшали скорость подачи плавящегося электрода до значений 10 м/ч, что составляло 33 от Чд. В момент входа плавящегося электрода в ванну подавали ток 80 А, т.е. на 32 меньше, чем оптимальный ток, Подачу плавящегося электрода в ванну прекращали в мо - мент достижения ванной размеров 0,09 см. Затем прерывали ток и отводили электрод из ванны. При свободной кристаллизации оставшейся части ванны образование кратеров не наблюдалось.Сварочные образцы были подвергнуты внешнему осмотру и металлографическим исследованиям. Качество формирования и защита ,шва были хорошие. Несплавлений, пор, трещин не обнаружено.Применение способа позволяет при высоком качестве швов по сравнению с :известнйм значительно улучшить качество сварки.