СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1996 года по МПК B23K9/173 B23K28/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к сварке плавящимся электродом стыковых соединений.

Одна из основных задач при сварке стальных изделий это коррозионная устойчивость сварных швов и околошовных зон. Особенно актуальной эта задача становится при сварке стальных труб с антикоррозийным покрытием.

Все известные способы электродуговой сварки стыковых соединений стальных изделий не обеспечивают антикоррозийную защиту околошовной зоны.

Известен способ сварки металлических деталей путем заполнения зазора между соединяемыми кромками металлом, осаждаемым из электролита [1]
Этот способ совершенно неприемлем для промышленной сварки габаритных стальных изделий, например, стыков труб.

Наиболее близким по количеству совпадающих признаков к предлагаемому способу является широко применяемая электродуговая сварка плавящимся электродом [2]
При электродуговой сварке плавящимся электродом один полюс источника питания подключают к плавящемуся электроду, второй полюс источника питания соединяют со свариваемым изделием, электрод подводят к свариваемому изделию до зажигания дуги и, поддерживая горение дуги в необходимых пределах, формируют сварной шов из металла плавящегося электрода.

Это наиболее распространенный способ, не уступающий по энергетическим затратам и качественным показателям другим видам сварки, отличается хорошей контролируемостью сварочного шва, малыми капитальными затратами.

Недостатком этого и ему подобных способов является неравномерность заполнения зазора металлом с обратной стороны шва, возникновение концентрационных напряжений в местах непроваров, что приводит к снижению коррозестойкости и прочности шва и околошовной зоны. Особенно эти недостатки проявляются при стыковой сварке стальных изделий с антикоррозийными покрытиями (например, хромированных, кадмированных, оцинкованных, эмалированных и др.), так как после сварки остается незащищенным от коррозии не только сварной шов, но и значительная околошовная зона, в которой в результате сварки разрушено антикоррозийное покрытие.

Цель изобретения обеспечение коррозиестойкости сварного шва и околошовной зоны при электродуговой сварке плавящимся электродом стыковых соединений с одновременным улучшением качества сварного шва.

Цель достигается тем, что в способе электродуговой сварки плавящимся электродом стыковых соединений стальных изделий, включающем подготовку стыка под сварку, подключение плавящегося электрода к одному из полюсов источника питания, зажигание дуги между свариваемым изделием и плавящимся электродом путем его подвода к области стыка, второй полюс источника питания подключают к дополнительному подводящему электроду, электрический контакт которого осуществляют со свариваемым изделием через электролит солей металлов в области стыка с противоположной плавящемуся электроду стороны, и дополнительно зажигают дугу в электролите между дополнительным подводящим электродом и свариваемым изделием. Электролит содержит соли металлов, обеспечивающих необходимое антикоррозийное покрытие. Так, для получения оцинкованного покрытия используется водный раствор хлорида цинка ZnCl₂, для получения хромового покрытия бихромата калия К₂Cr₂O₇, никелевого сульфата никеля NiSO₄, медного сульфата меди CuSO₄.

Электролит может быть помещен в ванну, днище которой является дополнительным подводящим электродом и изолировано от свариваемого изделия токонепроводящей прокладкой.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показаны примеры реализации предлагаемого способа.

На чертеже обозначено: 1 плавящийся электрод; 2 свариваемое изделие; 3 электролит; 4 дополнительный подающий электрод; 5 изолирующие прокладки; 6 антикоррозийное защитное покрытие; 7 сварной шов; 8 источник питания.

Сущность предлагаемого способа электродуговой сварки заключается в том, что сварной шов формуется при горении двух дуг в воздухе, между плавящимся электродом и свариваемым изделием, и в электролите, между свариваемым изделием и дополнительным подающим электродом. Вторая дуга формирует обратный валик в результате оплавления кромок стыка. Одновременно со сваркой происходит восстановление металла из электролита, которым покрывается поверхность свариваемого изделия в зоне шва и околошовной зоне.

Произведена экспериментальная проверка заявленного способа электродуговой сварки.

Опытные образцы пластины 100х100 мм, толщиной 10 мм предварительно покрывались хромом, никелем, цинком. В качестве электролита использовались водные растворы различной концентрации бихромата калия (К₂Cr₂O₇), хлористого цинка (ZnCl₂), сульфата никеля (NiSO₄) и сульфата меди (СuSO₄). Стыки обрабатывались со скосом двух кромок под одностороннюю сварку, угол скоса 25-30^о, толщина корня 2-3 мм, ширина зазора 2-3 мм. Сварка осуществлялась электродом диаметром 4 мм.

В качестве источника питания использовался источник постоянного тока с падающей характеристикой (максимальным напряжением холостого хода 100 В). В керамическую ванну на дно укладывался стальной лист и на него на замазку устанавливался прямоугольный стеклянный сосуд без дна, в сосуд заподлицо наливался водный раствор соли металла и сверху укладывались образцы под сварку.

Клеммы источника питания подключались одна через держатель к плавящемуся электроду, другая к стальному листу. В процессе сварки контакты источника питания переключались так, что половина шва сваривалось при подаче на плавящийся электрод плюсового потенциала, а другая половина минусового.

Было установлено, что обе дуги стабильно горят при начальном напряжении холостого хода не менее 60 В. При меньшем напряжении дуга не загоралась. При больших напряжениях дуга загорается при зазорах 8-10 мм (напряжение 100 В) и 5-6 мм (напряжение холостого хода 80 В).

Результаты эксперимента сведены в нижеприведенной таблице.

Во всех случаях при температуре дуги пленками металла из электролита покрывались и сварной шов и околошовная зона таким образом, что не нарушалось защитное покрытие с обеих сторон. В эксперименте с использованием в качестве электролита сульфата меди наблюдалось выделение меди в виде рыхлого осадка еще до включения тока, причем объем осадка увеличивался с повышением концентрации растворов. Однако восстановленная таким образом металлическая медь не образует плотной пленки и осыпается на дно ванны. Плотное покрытие меди на поверхности шва и околошовной зоны образуется только при загорании двусторонней дуги.

Полученные в результате эксперимента сварные швы подвергались металлографическим исследованиям на предмет обнаружения шлаковых включений, а также механическим и коррозийным испытаниям по общепринятой методике. Изучалось коррозийное воздействие нейтральной среды 3%-ного раствора поваренной соли, а также кислой (0,1 н. НСl) и щелочной (0,1 н. Na (OH) сред. Коррозийные испытания проводились в течение месяца.

Результаты испытаний показали, что швы, образованные сваркой по предлагаемому способу, отличаются значительной коррозестойкостью. Кроме того, существенно возросла прочность шва.

Использование: для сварки плавящимся электродом стыковых соединений. Сущность изобретения: сварной шов формируют при одновременном горении двух дуг - в воздухе между плавящимся электродом и свариваемым изделием и в электролите между свариваемым изделием, установленным на емкости с электролитом, и дополнительным электродом. В качестве электролита используют водные растворы солей легирующих металлов - хрома, цинка, никеля, меди. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий подготовку кромок, подключение плавящегося электрода к одному из полюсов источника питания и последующую сварку, отличающийся тем, что второй полюс источника питания подключают к дополнительному электроду, располагаемому с противоположной плавящемуся электроду относительно изделия стороны в емкости, заполненной электролитом, свариваемое изделие устанавливают на емкость с электролитом и одновременно с основной дугой возбуждают дугу между свариваемым изделием и дополнительным электродом. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электролита используют водный раствор бихромата калия. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электролита используют водный раствор хлористого цинка. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электролита используют водный раствор сульфата никеля. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электролита используют водный раствор сульфата меди.