Способ сварки неплавящимся электродом со сквозным проплавлением Советский патент 1984 года по МПК B23K9/16 

Изобретение относится к технологии сварки без разделки кромок продольных и поворотных кольцевых швов изделий из низко- и среднелегирован ньпк сталей толщиной до 6,0 мм. Известен способ сварки нержавеющих сталей, при котором на поверхность кромок с лицевой стороны наносят покрытие по крайней мере из одного окисла, например окислов железа, хрома, кремния, титана, ма ,ганца, никеля, кобальта, молибдена жти кальция. Этот способ служит-для улучшения свариваемости и увеличения глубины проплавления при сварк аустенитных нержавеющих сталей толщиной до 3 мм СО Однако известный способ невозможно использовать для сварки сталей ТО.ШЦИНОЙ 3-6 мм без разделки кромок за один проход при сквозном проплавлении без значительного провисания при сварке в нижнем положении или утопания металла корня шва при сварке в потолочном положении. Кроме того5 использование в качестзе флюса порошка одного из окислов может ухудшить качество шва за сче загрязнения металла шва, что для накоторых марок нержавеющих сталей недопустхфю „ Известен способ сварки нержавею .щях теплостойких сталей и жаропроч ных сплавов на никелевой основе, ;при котором ра обратную сторону свариваемых кромок наносят флюс КЖ-8 в виде эмульсии Согласно это способу в составе флюса применяются окислы в виде порошка, которые в сочетании с другими компонентами слу-жат для защиты от атмосферного влияния, металлургической обработ:ки металла шва, предупреждения не- проваров и несплавлений, а также включений окисных пленок, т.е. используется свойство флюсов хорошо смачивать металл В процессе сварки эти флюсы встзтают в реакцию с окисными плен.ками и подпленками, образуя шлаки 2. К недостаткам данного способа следует отнести невозможность удер кания металла сварочной ванны при гварке в потолочном и полупотолочяом положениях, а также образование шлаков при использовании зпсазанного флюса и необходшотсть го 72 удаления мг ханическнм путем или химическим травлением. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ сварки в потолочном положении, обеспечивающий удержание металла.ванны от вытекания и исключающий ослабление корня шва за счет окисления металла корня шва окислительным газом COj и смесью 02 с аргоном ГЗ. Известный способ применим,для сварки кольцевых швов деталей из сталей при толщине свариваемых кромок до 2,5 мм, а при большей толщине необходима разделка кромок с притуплением не более 4 мм, т.е. до той толщины, которую можно пропла- вить за один проход. Удержание металла ванны производится кроме сил давления дуги силами поверхностного натяжения литого металла, увеличенными за счет применения окислительного газа, подаваемого со стороны корня шва и создающего окислы на поверхности. Поверхность проплава при этом получается практически заподлицо с основным металлом. Кроме того, необходимо окисление металла . шва и наличие шлака со стороны корня шва,имеющего хорошее сцепление с поверхностью литого металла, что требует специальной очистки поверхности перед нанесением защитного покрытия, и невозможно производить сварку металла толщиной более 4 мм. В связи с этим указанный способ весьма ограничен по своим технологическим возможностям из-за необходимости подведения окислякнцего газа со сторог ны корня шва, что не позволяет производить сварку в атмосфере .инертного газа, например в камере с контролируемой атмосферой или в вакууме. Цель изобретения - повьш1ение качества сварных соединений материалов толщиной свьше 3,0 мм путем увеличения сил поверхностного натяжения. Поставленная цель достигается тем,,что согласно способу сварки неплавящимся электродом, преимущественно низко- и среднелегированных сталей в потолочном и полупотолочном положениях, при котором металл сварочной ванны удерживают за счет поверхностного натяжения, создаваемых с помощью окисла, находящегося на поверхности стыка со стороны корня шва, в качестве окисла используют окислы с температурой плав ления не ниже , не вступающие во взаимодействие с основным металлом . В качестве окисла используют оки магния, окись алюминия или окись циркония. Применение неразлйгающегося и не расплавляемого окисла на поверхност жидкого металла с целью увеличения сил поверхностного натяжения основано на явлении электрического взаи модействия двух различных: фаз: твер дых частиц окисла с жидким металлом В результате контакта окисла и жидкого металла, как это имеет место при соприкосновении различных фаз, возникает разность электрических потенциалов между фазами. В поверхностном слое жидкого металла с одно стороны и в частицах порошка окисла с другой стороны возникают различные заряды - образуется двойной электрический слой, которыйсущественно изменяет силы поверхностного натяжения на поверхности жидкого металла. ИзмеиеНие сил поверхностно го натяжения жидкого металла вызва,но тем, что из-за различной электри |ческой проницаемости металла и атмосферы относительно поверхности раздела возникает момент силы, изги бающий поверхность в сторону атмосферы. Поэтому, попытка перемещения п верхности жидкого металла внутрь, ме талла вызывает дополнительно сопротивление, т.е. для этого требует ся увеличение затраты энергии. Этим объясняется увеличение сил поверхностного натяжения при прогибе жидкой поверхности ванны в сторону основного металла, имеющей на поверхности окислы. Поэтому повррхность ванны вплоть до затвердевания сохраняется на уровне поверхности основного металла. Так как частицы окисла не претерпели расплавления, то после остывания ванны они легко удаляются с поверхности металла протиркой или промь1вкой. Порошки окислов, применяемые в способе, должны отвечать двум условиям: температура плавления окислов должна быть вьше температуры пе регрева сварочной ванны, которая по экспери1 ентальньм данном превы7шает температуру плавления основного металла на 20-25%, окисел не должен вступать в реакцию или взаимодействовать сосновным металлом, т.е. с элементом - железом. Был выбран ряд окислов, имеющих последовательный ряд возрастающих температур плавления и содержащих металлы различных периодов таблицы Менделеева. В этот ряд не были включены окислы металлов, обладающих токсичностью (Be и элементы 7 периода), а также окислы, разлагающиеся при нагреве, т.е. не имеющие температуры плавления. Эксперименталь ная проверка поведения окислов в пр&ялагаемом способе показала (см. таблицу) , что необходимо превьппрние температуры плавления окисла наД температурой плавления основного металла не менее чем на 460С, т.е. начиная с окисла алюминия (ALO). Это соответствует границе температурного интервала окислов, пригодных для использования в предлагаемом изобретении. Требованию отсутствия химического взаимодействия и требованию удержания проплава заподлицо с основным металлом отвечают окислы элементов, обладающих высокой восстановительной способностью и не склонные . к образованию комплексных соединений, в которые входит железо и другие элементы, используемые в качестве легирующих,лВ соответствии с экспериментальными данными этому условию отвечают элементы 3 и 5 периодов таблицы Менделеева, В качестве окислов металлов, увеличивакнцих силы поверхностногонатяжения, могут быть использованы пять окислов: , , ZzO, SrO, MgO. Исполь:зовать смеси окислов не рекомендуется |По тем соображениям, что некоторые из них могут вызвать появление в металле электрического слоя противоположного знака, или приводит к обра, зованию шлака, обладающего электрическими свойствами, что уменьшает эффект увеличения сил поверхностного натяжения или сводит его к нулю. Порошок можно наносить в виде суспензии на летучем pacTBopHTejfe для лучшего сцепления порошка окислов с поверхностью металла. Пример 1, Продольный стык толщиной кромок 3,5 мм из стали 5 ЗОХГСА был сварен в потолочном положении IСтык предварительно собирался в приспособлении, которое обеспечивало плотную стыковку сваpивae Jыx кромок На поверхность состыкованных кромок наносился порошок двуокиси алюминия А1„о,. Пр аарительно порошок был просеян чере сито 0355-0,18, имеющее 400-1040 отверстий на 1 см, по ГОСТу 3584-7 (в остальных примерах использовалос то же сито)а Плотность нанесенного слоя порошка составляла приблизительно 10 -10 г-моль/см. Аргоно-дуговая сварка неплавящим ся электродом производилась на режи . ,,ii, j lui), 1 о м/ч. мах: I,, 180А, и. 10В, Корень шва защищался аргоном. Аргоно-дуговая сварка велась по флюсу , Сварное соединение при зтом формирование корня шва заподл цо с основным материалом. Окислы после сварки практически не имеют сцепления с поверхностью и при необходимости легко удаляются промывк водой или продувкой сжатым воздухом П р и м е р 2„ Кольцевые швы из стали ЗОХГСА толщиной 6 мм и диа метром 250 мь были сварены в полупо толочном положении. Аргоно-дуговая сварка по активирующему флюсу ФН-8 яегшавящи-юя электродом проводилась I g220A, за один проход на режимах: и сэ и. 12Е, Расплавленный металл сварочной ванны находится в равновесии под действием сил поверхностного натяжения и радиальной составляющей веса расплавленного металла. Для уменьшения составляющей веса и удер жания металла сварочной ванны большего объема положение ванны было 7 изменено с потолочного на полупотолочное, В данном случае оптимальные углы отклонения свариваемой поверхдости от горизонтального положения составили 30-60° при направлении сварки на подъем, Со стороны корня шва наносился порошок окиси магния (на спирте), а защита осуществлялась аргоном. Поверхность шва .со стороны корня шва не имела утопаний. Окись магния удалялась промывкой и протиркой ветошью , П р и м е р 3, Продольный стык с толщиной кромок 3,5 мм из ст. ЗОХ2ГСНВМ был сварен в потолочном положении. На корневую поверхность собранного стыка наносился слой порошка (суспензия на ацетоне) окисла двуокиси циркония - ZrOj, Аргонодуговая сварка как и в предыдущих случаях велась по активирующему флюсу ФН-8 на режиме: 1, 180А, U ев 1 м/ч. Корень шва защищался аргоном. Сварные соединения имели формирование корня шва заподлицо с поверхностью основного металла. Порошок окисла после сварки удалялся промьшкой и протиркой ветошью. Таким образом, для увеличения сил поверхностного натяжения достаточен тонкий слой окисла толщиной 0,1 мм 1, что приблизительно соответсч 1 СГ г-моль / см2 , вует плотности Уменьшение толщины слоя приводит к занижению корня шва по отношению к поверхности основного металла. При увеличении толщины слоя в 2-3 раза изменений в формировании корня шва не наблюдается.

1. СПОСОБ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ СО СКВОЗНЫМ ПРОПЛАВЛЕНИЕМ, преимущественно низко- и среднелегированных сталей в потолоч ном и полупотодочном положениях, при котором металл сварочной ванны удерживаю г за счет сил поверхностного натяжения, создаваемых с помощью окисла, находящегося на поверхности стыка со стороны корня,, шва, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений материалов толщиной свыше 3,0 мм путем увеличения сил поверхностного натяжения, в качестве окисла используют окислы с температурой плавления не ниже 2000°С, не вступающие во взаимодействие с основным металлом 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью снижения стоимости процесса, в качестве окисла используют окисел магния. 3.Способ по п. 1, отличаютS щ и и с я тем, что с целью снижения стоимости процесса, в качестве окисла испол1 зуют окись алюминия. 4.Способ по п. 1, отличающий с я тем что, с целью снижения a в качестве окисстоимости процесса, ла используют окись циркония. sd :о х 1