СПОСОБ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ Российский патент 2003 года по МПК B23K9/16 B23K103/14 

Изобретение относится к сварке, преимущественно к сварке плавящимся электродом или вольфрамовым с подачей присадочной проволоки на основе титана, и касается проблемы снижения пористости металла сварных швов.

Известен способ сварки металлов с присадочной проволокой, при котором с целью уменьшения пористости сварных швов проволоку перед сваркой подвергают вакуумному отжигу, обезвоживают ацетоном и обезвоживают этиловым спиртом ("Металлургия и технология сварки титана и его сплавов", под редакцией С.М. Гуревича, "Наукова Думка", 1979, с. 101).

Недостатком известного способа является время пролеживания от окончания отжига до начала сварки, которое в производственных условиях может быть значительным; за это время поверхностью проволоки вновь адсорбируются газы и влага из атмосферы цеха.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является способ дуговой сварки неплавящимся электродом, преимущественно изделий из титана и его сплавов, с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну, при котором с целью уменьшения пор в металле шва сварочную проволоку предварительно очищают нагревом до 1350...1400^oС в среде инертного газа в специальном устройстве, расположенном в непосредственной близости от сварочной дуги (а. с. СССР 1030120, В 23 К 9/16, 23.07.83). Недостаток известного способа заключается в сложности применения устройства для нагрева проволоки при сварке вольфрамовым электродом и отсутствием возможности реализации способа - при сварке плавящимся электродом.

Изобретение направлено на повышение качества сварных соединений за счет снижения пористости металла сварного шва при аргонодуговой сварке изделий из титановых сплавов и на устранение нагревательного устройства из зоны сварки.

Сущность изобретения заключается в следующем. При аргонодуговой сварке изделий из титановых сплавов присадочную или электродную проволоку предварительно нагревают. В отличие от прототипа нагрев присадочной или электродной проволоки осуществляют в среде азота с использованием известных нагревательных устройств, причем самонагревательное устройство может располагаться на значительном удалении от зоны сварки, а процесс нагрева может осуществляться задолго до начала сварки. В процессе нагрева на поверхности проволоки формируют тонкую защитную пленку из нитрида титана, которая предохраняет металл от взаимодействия с активными составляющими окружающей атмосферы и от возможных механических повреждений. Одновременно с нагревом происходит термическая очистка проволоки из титанового сплава от газообразующих веществ, которые переходят в окружающую атмосферу. Для поверхностной очистки устанавливают температуру нагрева, при которой происходит пиролиз загрязнений, их полное разложение. Однако для полного удаления загрязнений, находящихся во внутренних дефектах прокатки (протяжки) проволоки, температура нагрева проволоки должна быть близкой к температуре ее плавления. Выбор оптимальной температуры нагрева обосновывают с учетом протекания на поверхности проволоки различных химических реакций, термомеханических процессов, адсорбционных процессов, пиролиза веществ и десорбционных процессов. При указанных температурах металл имеет очень низкую прочность, а давление образующихся в закрытых полостях проволоки газов настолько велико, что легко деформирует поверхностный слой металла, и газы прорываются наружу в атмосферу. Такой механизм прорыва поверхностного слоя проволоки, закрывающего дефект, и ее дегазации установлен экспериментально при нагреве проволоки из титанового сплава при различных температурах. Для повышения эффективности процесса температура нагрева должна быть как можно выше, т.е. близкой к температуре плавления материала проволоки, так как при температуре выше 1400^oС прочность проволоки минимальна, что установлено экспериментально. Выделяющиеся при нагреве проволоки газы попадают в атмосферу азота и не оказывают заметного влияния на образование нитридной пленки. Поэтому отпадает необходимость в процессе, заключающемся в вакуумировании проволоки при нагреве. Время нагрева проволоки в атмосфере азота подбирают экспериментально таким образом, чтобы толщина защитной нитридной пленки не превышала 2...3 мкм. При аргонодуговой сварке титановая проволока нагревается - при температуре 100^oС и выше. Нитриды титана разлагаются, образовавшиеся газообразные продукты разложения уносятся защитным газом аргоном (или гелием).

Пример конкретного выполнения.

При сварке образцов титанового сплава ВТ20 с использованием присадочной проволоки марки ВТ20-1св, предварительно обработанной на установке "Булат", снижение пористости составило в среднем 7-8% по сравнению с необработанной проволокой.

Использование предлагаемого технического решения позволяет улучшить качество сварки, уменьшив пористость металла сварного шва.

Изобретение может быть использовано при сварке плавящимся или неплавящимся электродом, осуществляемой с подачей присадочной проволоки на основе титана. Проволоку сварочную или присадочную предварительно нагревают в среде азота до температуры, достаточной для образования на поверхности проволоки защитной пленки из нитрида титана. Нагрев также можно производить до температуры, близкой к температуре плавления материала проволоки. Осуществление данного способа позволяет значительно понизить пористость металла сварного шва. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ аргонодуговой сварки титана и его сплавов, при котором присадочную или электродную проволоку предварительно нагревают, отличающийся тем, что нагрев осуществляют в среде азота до температуры, достаточной для образования на поверхности проволоки защитной пленки из нитрида титана. 2. Способ сварки по п. 1, отличающийся тем, что нагрев производят до температуры, близкой к температуре плавления материала проволоки.