СПОСОБ ОДНОПРОХОДНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ ТОЛЩИНОЙ 10 ММ И ВЫШЕ ПО ГАЗОНАСЫЩЕННЫМ КРОМКАМ Российский патент 2000 года по МПК B23K9/23 B23K9/16 

Изобретение относится к дуговой сварке деталей из титана и его сплавов по газонасыщенным кромкам, с толщиной в области сварного шва от 10 мм и выше, и может быть использовано в различных отраслях промышленности при производстве конструкций из титана и его сплавов.

Известны различные способы сварки деталей из титана и его сплавов, в которых технологические приемы подготовки свариваемых кромок направлены на уменьшение пористости сварных швов: механическая обработка кромок (зачистка) перед сваркой; интенсификация дегазации путем использования галогенидных флюсов; снижение давления газов в канале электронного луча путем создания газоотводных путей; применение режимов сварки, обеспечивающих более длительное существование сварочной ванны для всплытия и удаления из нее пузырьков водорода (Куликов Ф.Р., Редчиц В.В., Хохлов В.В., Особенности возникновения и меры предупреждения пористости при сварке плавлением сплавов титана большой толщины, журнал Сварочное производство, 1975 г., N 11, с. 20-31).

Недостатком известных способов является их низкая эффективность в случае сварки без предварительного удаления газонасыщенного слоя со свариваемых кромок, например, после газового раскроя (резки) титановых плит.

Известен способ сварки деталей из титана и его сплавов, при котором одна из свариваемых кромок подвергается рифлению для уменьшения пористости сварного шва (Лазарев Г.Е., Способ уменьшения пористости в сварных швах, журнал Сварочное производство, 1975 г., N 8, с. 31-33).

Недостатком известного способа являются трудности в его реализации на соединениях повышенной толщины, а также наличие дополнительной механической операции подготовки кромок.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ дуговой сварки неплавящимся электродом изделий из титана и его сплавов (авторское свидетельство СССР N 1030120, B 23 K 9/16, 1983 г.). В прототипе для уменьшения количества пор в шве производят очистку присадочной проволоки непосредственно перед вводом в сварочную ванну путем ее подогрева до 1350^oC - 1400^oC в среде инертного газа.

Недостатком прототипа является его узкая направленность, влияние состояния свариваемых кромок на порообразование не учитывается.

Изобретение направлено на уменьшение до допустимых значений в сварном шве содержания газов, которые образуются при сварке деталей из титана и его сплавов в инертных газах по газонасыщенным кромкам, образующимся в результате газовой, в частности керосинокислородной или бензинокислородной резки деталей из плит, толщина которых 10 мм и выше.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе дуговой сварки деталей из титана и его сплавов, толщина которых от 10 мм и выше, по газонасыщенным кромкам, включающем защиту сварочной ванны инертной газовой средой, в отличие от прототипа сварку осуществляют при определенном соотношении основных параметров режима сварки и глубины проплавления. Это соотношение определяют эмпирической формулой
K = (I•U)/(V•Н) < 50•40⁴ кДж/м²,
где K - коэффициент, характеризующий количество теплоты, приходящееся на единицу поверхности сварочной ванны;
I - сварочный ток, A;
U - дуговое напряжение, В;
V - скорость сварки, м/с;
H - глубина проплавления, м.

Обеспечение параметров режима сварки в заданном соотношении увеличивает время существования сварочной ванны; за это время происходит многократное перемешивание жидкого металла в условиях его перегрева, т.к. температура поверхности ванны под электродом достигает температуры кипения титана. Такие условия максимально способствуют разложению оксидных и других соединений титана, образовавшихся в результате взаимодействия титана с активной средой в процессе газовой резки (Справочник под редакцией Г.В. Самсонова. "Физико-химические свойства окислов". М.: Металлургия, 1969 г., с.455).

В то же время с зеркала сварочной ванны, на которое постоянно выносятся продукты распада, происходит интенсивное испарение титана; поток паров титана, направленный от зеркала ванны в атмосферу холодного защитного газа, захватывает все газообразные продукты разложения, так как пары титана обладают высочайшей химической активностью, которые конденсируются затем на охлаждаемых поверхностях сварочного инструмента и на относительно холодной поверхности свариваемых деталей в виде рыхлых сажеобразных налетов.

В случае, когда коэффициент K > 50 • 10⁴ кДж/м², содержание газов (O₂ и N₂) превышает концентрации, регламентируемые ГОСТ 19807-91.

Дополнительными факторами, которые возникают при соблюдении условия: K = (I•U)/(V•H) < 50•10⁴ кДж/м², является интенсивное перемешивание металла и удлинение сварочной ванны до 0,08 - 0,10м, при этом ее объем может достигать 0,001 - 0,0015 м³.

Предлагаемый способ сварки деталей из титана и его сплавов осуществляют следующим образом. После газовой или плазменной резки заготовки, предназначенные для сварки, стыкуют по кромкам реза. Если резка производилась вручную, и кромки получились неровными, то зазор в стыке заполняют гранулированной присадкой, например рубленой проволокой. Обезжиривание кромок перед сваркой необязательно. Сварку осуществляют в среде инертных газов - аргона, гелия или их смеси.

Пример.

В таблице приведены результаты химического анализа сварных швов. Образцы для сварки были изготовлены керосинокислородной резкой плиты из титанового сплава ВТ20 толщиной 0,4 м. Сварку осуществляли вольфрамовым электродом в среде гелия.

Из данных таблицы следует, что увеличение содержания газов в сварном шве по сравнению с основным металлом незначительно.

Использование предлагаемого способа сварки деталей из титана и его сплавов позволяет:
- повысить коэффициент испарения металла при производстве сварных титановых конструкций;
- повысить, по сравнению с аналогами, производительность процесса сварки за счет исключения операции фрезерования, при сохранении качества сварного шва;
- сократить расход твердосплавного режущего инструмента;
- использовать однопроходную сварку при толщине свариваемых деталей из титана и его сплавов 10 мм и выше.

Изобретение относится к дуговой сварке плавлением титана и его сплавов и может быть использовано в различных отраслях промышленности при производстве титановых конструкций преимущественно средней и повышенной толщины. Уменьшение содержания газов в сварном шве до допустимых значений достигается тем, что сварку осуществляют при соотношении основных параметров режима и глубины проплавления, определяемом эмпирической формулой K = (I•U)/(V•H)< 50•10⁴ кД/ж², где K - коэффициент, характеризующий количество теплоты, приходящееся на единицу поверхности сварочной ванны; I - сварочный ток, A; U - дуговое напряжение; B; V - скорость сварки, м/с; H - глубина проплавления, м. 1 табл.

Способ однопроходной дуговой сварки деталей из титана и его сплавов толщиной 10 мм и выше по газонасыщенным кромкам, при котором защиту сварочной ванны осуществляют инертной газовой средой, отличающийся тем, что сварку осуществляют при соотношении основных параметров режима и глубины проплавления, определяемом эмпирической формулой
K = (I • U)/(V • H) < 50 • 10⁴ кДж/м²,
где К - коэффициент, характеризующий количество теплоты, приходящееся на единицу поверхности сварочной ванны;
I - сварочный ток, А;
U - дуговое напряжение, В;
V - скорость сварки, м/с;
Н - глубина проплавления, м.