Способ сварки открытой дугой Советский патент 1991 года по МПК B23K9/14 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где производится сварка ответственных металлоконструкций или при восстановлении методом наплавки крупногабаритных изделий, например спорных валков прокатных станов, роликов машин непрерывного литья и др.

Цель изобретения - повышение ударной вязкости и пластичности сварного шва- путем связывания азота и кислорода.

Способ осуществляют следующим образом.

При дуговой сварке голой электродной проволокой в открытую дугу вводят оксиды кальция и углеродсодержащие вещества. В качестве углеродсодержащего материала в горящую дугу можно вводить графит в количестве, меньшем количества оксида кальция в 8-12 раз, или полиэтилен в количестве,

меньшем количества оксида кальция в 6-12 раз, или фторопласт в количестве, меньшем количества оксида кальция в 5-12 раз За счет высокой температуры в реакционной зоне дуги и сварочной ванны идут эндотермические реакции образования карбидов металлов.

Образующиеся карбиды, обладая высоким средством к азоту, взаимодействуют с ним, образуют цианамиды щелочноземельных металлов, всплывающие из расплава на поверхность в виде шлаковой корки. Этим обеспечивается удаление азота, а также кислорода и уменьшается насыщение углеродом металла шва.

При температуре дуги углерод (графит) и частицы оксидов щелочноземельных металлов находятся в диспергированном состоянии на поверхности сварочной ванны и, будучи в этих условиях в активном состояО

о

чэ

Ч| 00

W

нии, легко вступают во взаимодействие с образованием новых соединений.

2СаО + 5С 2СаС2 + ОДг;

2MgO + 5C 2MgC2 + C02.

В условиях горящей дуги карбиды существуют также в диспергированном состоянии и поэтому не попадают в расплав, как это случается при использовании твердых карбидов, обладающих высокими температурами плавления и значительной плотностью.

Диспергированные карбиды при температуре дуги легко взаимодействуют как с кислородом, так и с азотом

2СаС2 + 302 2СаО + 4СО;

2МдС2 + 302 2МдО + 4СО;

и СаС2 + № CaCN2 + С;

МдС2 + N2 MgCN2 + С.

Образующиеся цианамиды кальция и магния всплывают на поверхность расплава и переходят в шлак, а элементарный углерод и часть углерода из графита окисляются

2С + Оа 2СО

Образование пузырьков оксида углерода способствует дополнительному удалению азота, так как он легко диффундирует внутрь этих пузырьков и уносится ими из атмосферы ванны.

Вследствие химических процессов, идущих параллельно, а также процессов испарения и вторичных химических процессов между продуктами реакции существуют определенные соотношения между содержанием оксидов щелочноземельных металлов и графита, обеспечивающие минимальное остаточное содержание азота и кислорода в металле шва.

При введении в дугу полиэтилена происходит его диссоциация

С2Н4 + 2Н2.

Образующий углерод, будучи практически в атомарном состоянии, вступает в реакции с оксидами щелочноземельных металлов, как это происходит в случае с графитом. Аналогично же проходят процессы с азотом и кислородом.

Выделяющийся водород снижает парциальное давление азота и кислорода под сварочной ванной и в высокотемпературной области, находясь в атомарном состоянии, может вступать во взаимодействие с азотом.

N2 + 6Н 2МНз.

Этот процесс также способствует удалению азота.

Введение фторопласта обуславливает процессы, сходные с описанными случаями с графитом и полиэтиленом. При температуре дуги тетрафторид углерода диссоциирует

+ 2F2,

Углерод вступает во взаимодействие с оксидом кальция, как это происходит в случае с полиэтиленом. В условиях дуги фтор

существует в атомарном состоянии и может взаимодействовать с водородом, всегда присутствующем в атмосфере сварочной ванны, а также в диссоциированном состоянии

0 H2 + 2F 2HF.

Образующийся при этом фтористый водород в значительной степени снижает парциальное давление азота и водорода, уменьшая вероятность попадания их в ме5 талл сварного шва.

Фтор также может взаимодейстовать с оксидом кальция.

СаО + F2 CaF2 + 02; 2СО + 02 2С02.

0 Образующийся фторид кальция улучшает смачиваемость стали,

П р и м е р 1. Проводили сварку пластин из стали 3 сварочной проволокой Св-08 ди- аметром 1,6 мм с одновременной подачей в

5 сварочную ванну шихты, состоящей из оксида кальция и графита (углерода). Режимы сварки: сила тока lg 190-210 А, напряжение Ug 17-19 В, скорость сварки VCs 25 м/г.

0 П р и м е р 2. Проводили сварку пластин из стали 3 сварочной проволокой Св-08 диаметром 1,6 мм при режимах по п.1, с одновременной подачей в сварочную ванну смеси, состоящей из оксида кальция и поли5 этилена.

П р и м е р 3. Проводили сварку пластин из стали 3 сварочной проволокой Св-08 диаметром 1,6 мм при режимах по пД, с одновременной подачей в сварочную ванну

0 смеси оксида кальция и фторопласта.

Проведенные исследования механических свойств сварных соединений показали повышение ударной вязкости и пластичности металла сварного шва. Использование

5 изобретения повышает экономическую и технологическую эффективность, так как исключает необходимость в изготовлении спе- циальных проволок и расхода дорогостоящих легирующих металлов, а так0 же допускает получение дополнительного экономического эффекта при массовом производстве за счет утилизации образующихся при сварке шлаков, содержащих цианамид кальция.

5

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Способ сварки открытой дугой, при котором используют голую или порошковую .электродную проволоку, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной

вязкости и пластичности сварного шва путем связывания азота и кислорода, в горящую дугу вводят оксиды кальция и углеродсодержащие материалы,

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала в горящую дугу вводят графит в количестве, меньшем количества оксида кальция в 8-12 раз.

0

3.Способ поп.1,отличающийся тем, что, в качестве углеродсодержащего материала в горящую дугу вводят полиэтилен в количестве, меньшем количества оксида кальция в 6-12 раз.

4.Способ по п. 1,отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала в горящую дугу вводят фторопласт в количестве, меньшем количества оксида кальция в 5-12 раз.

изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при сварке или наплавке крупногабаритных изделий. Цель изобретения - повышение ударной вязкости и пластичности сварного шва. При сварке открытой дугой с использованием голой или порошковой проволок в горящую дугу вводят оксиды кальция и углеродсодержащие материалы. В качестве углеродсодержащего материала в горящую дугу можно вводить графит в количестве, превышающем количество оксида кальция в 8-12 раз, или полиэтилен в количестве, превышающем количество оксида кальция в 6-12 раз, или фторопласт в количестве, превышающем количество оксида кальция в 5-12 раз. Способ исключает необходимость изготовления специальных проволок и расход дорогостоящих легирующих металлов. 3 з.п. ф-лы.