Способ сварки Советский патент 1993 года по МПК B21C37/08 

Изобретение относится к металлургии, в частности к сварочному производству, и может быть использовано при сварке с одновременной защитой сварного соединения от воздействия коррозионной среды.

Особенно эффективно применение этого способа для защиты от коррозии швов, расположенных в труднодоступных местах, на внутренних поверхностях замкнутых объёмов, например, для защиты внутренних продольных, стыковых и монтажных швов труб, а также для защиты швов сварных соединений, выполненных из листа, плакированного нержавеющей сталью.

Известен способ сварки тонких стальных листов, включающий стыковку кромок листов, фиксацию их в зажимном приспособлении, напыление поверх стыка металлического порошка, сварку неплавящимся электродом в инертном газе. Напиленный

порошок в этом случае играет роль присадочного материала.

Недостатками способа являются низкая коррозионная стойкость сварного соединения и необходимость использования инертного газа при сварке.

Известен способ сварки труб из углеродистой стали, плакированных изнутри нержавеющей сталью, который включает разделку кромок, предварительную наплавку на поверхность разделки в один или несколько слоев материала, идентичного плакирующему слою, механическую обработку фаски, стыковку кромок и сварку стыка. Предварительная наплавка выполняется неплавящимся электродом в инертном газе С присадочной проволокой или ручной дуговой сваркой.

Недостатками способа являются: недостаточная коррозионная стойкость сварно 4 Ю V4 СЛ О СЛ

СО

ro соединения, сложность нанесения защитного материала на шов и невозможность полного удаления возникших при сварке дефектов, вызванных радиальным смещени- .ем кромок.

Известен также способ местной защиты титановых сплавов с обратной стороны шва при сварке, принятый за прототип, при котором самоудерживающееся покрытие в виде флюс-пасты наносят в два слоя на защищаемые поверхности, причем первый слой наносят узкой полосой на свариваемые кромки только в зоне требуемого провара и выполняют на основе титанового порошка.

Первый слой покрытия препятствует проникновению значительной части кислорода к кромкам и их окислению, что обеспечивает дополнительную защиту шва и способствует формированию обратного валика. Причем расход титанового порошка выбирается таким образом, чтобы осуществляемая дополнительная защита обеспечивала сплавление кромок и качественное формирование обратной стороны шва. После сварки оставшуюся часть покрытия удаляют механическим путем.

Недостатком способа местной защиты является его трудоемкость. Нанесение флюс-пасты проводят в два этапа, каждый слой сушат в течение 8ч или при 200°С 20 мин, что ограничивает область его применения, например, при сварке труб или кольцевых монтажных швов в трубопроводах. К тому же после сварки первый слой удаляется вместе с остальной частью покрытия механическим путем, что также ограничивает область применения указанного способа.

Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости при сварке деталей из углеродистом стали, плакированной нержавеющей сталью, с использованием индукционного или дугового нагрева.

Поставленная цель достигается тем, что в способе сварки, при котором на поверхность стыка свариваемых деталей наносят слой защитного покрытия определенной толщины и ширины и проводят сварочный нагрев со стороны, противоположной нанесенному защитному материалу, в качестве защитного материала используют самофлюсующийся материал на основе хрома и никеля, а наносят защитный материал со стороны плакирующего слоя, причем само- флюсующийся материал наносят шириной 5-ТО мм и толщиной 0,2-0,5 мм. Кроме того, самофлюсующийся материал наносят в виде пасты.

При сварке по предлагаемому способу в результате разогрева свариваемых кромок происходит оплавление самофлюсующегося материала, нанесенного со стороны плакирующего слоя, за счет выделяющегося тепла с образованием защитного покрытия в области свариваемых кромок в виде полосы хромоникелевого сплава. За счет капиллярных сил часть расплава самофлюсующегося материала втягивается между свариваемыми кромками, сплавляя их между собой. Сплавившийся слой перекрывает сплошной- полосой зону термического влияния и шов одновременно.

Самофлюсующиеся материалы представляют собой сфероидезированный порошок сплава на никелевой основе системы 5 Ni-Cr-B-SI-C-Fe. При нагреве газотермических покрытий из этих сплавов до 980- 1080°С происходит их оплавление, бор и кремний превращаются в окислы В20з и SlOa, которые растворяются с образовани- 0 ем стекловидных шлаков, всплывающих на поверхность оплавленного покрытия.

Таким образом, одновременно обеспечивается высокое качество сварного соединения с его защитой сплошной полоской 5 сплава на основе никеля и хрома. При этом исключается использование аргона,необходимого при других способах сварки изделий, плакированных нержавеющей сталью, не обязательна предварительная разделка 0 кромок, не требуется тщательного совмещения свариваемых слоев, сварку можно производить в один этап (одностороннюю) и получать при этом высокое качество шва.

Все это делает возможным применять 5 при изготовлении труб из плакированной нержавеющей стали ленты высокопроизводительную-сварку на станах высокочастотной сварки.

Аналогичные процессы происходят со 0 слоем самофлюсующегося материала, нанесенного на кромки в виде пасты.

Предлагаемый способ реализован следующим образом,

На кромки листа из углеродистой ста/1и 5 ст.З толщиной 4 мм, плакированной нержавеющим слоем толщиной 0,4 мм, наносили самофлюсующийся порошок марки ПГ-10Н- 01, ПГ-12Н-02, ПГ-12Н-01. Напыление производили на установке УПТР-1-85, при 0 следующих технологических параметрах:

Фракций порошка, мкм50-160

Давление, МПа

кислорода0,5

пропан-бутана0,3 5 воздуха 0,1

Расход газов, м3/ч:

кислорода4,5

пропан-бутана2,5

воздуха1,0

Дистанция напыления, мм 200

Каждой из марок было напылено 25 пар образцов по следующим вариантам (табл.1).

Затем производится сварка каждой пары встык на себя электродом диаметром 3 мм, сварочный ток 120 А.

Слой самофлюсующегося материала толщиной свыше 500 мкм (образцы 21-25) напылить на кромки не удалось, т.к. он самопроизвольно отслаивался. Толщина слоя самофлюсующегося порошка менее 200 мкм не обеспечивает при сварке надежной изоляции сварного шва, материала расплавившегося самофлюса не хватает для того, чтобы при оплавлении образовать плотный и ровный слой сплава на поверхности шва, Сварной шов низкого качества, со стороны полоски самофлюсующегося порошка видны несплавившиеся кромки образцовлиста.

Полученные сварные соединения оценивали по внешнему виду и наличию зоны термического влияния, не закрытой слоем самофлюсующегося материала.

Наличие и ширину зоны термического влияния определяли наложением фильтровальной бумаги, смоченной в растворе 10%- ного хлорида натрия и 3%-ного калия железосинеродистого. После выдержки в течение 3 мин по цвету фильтровальной бу- . маги определяли ширину зоны термического влияния: ее ширина соответствовала ширине зоны наиболее интенсивного синего окрашивания.

Данные результатов эксперимента приведены в табл.2, из которой следует:

Оптимальная ширина слоя самофлюсующегося порошка на кромках изделия составляет 5-10 мм, т.к. при этом весь слой порошка оплавляется в процессе сварки, закрывая ровным плотным слоем как сам шов, так и зону термического влияния -участок, наиболее подверженный воздействию коррозионной среды. При этом достигается повышение качества сварного соединения.

Превышение оптимальной ширины слря самофлюсующегося порошка на кромках изделия свыше 10 мм ведет к непроизводительному расходу этого порошка: часть его при сварке не оплавляется, кроме зоны шва и зоны термического влияния слой самофлюсующегося порошка покрывает участок основного металла, т.е. расходуется без пользы.

При нанесении слоя самофлюсующего- ся порошка меньше оптимальной толщины зоны шва защищена самофлюсующимся сплавом, однако наименее коррозионностой- кай зона термического влияния оказывается незащищенной, о чем свидетельствует узкая полоска интенсивно-синего окрашивания по

кромке сварного шва, закрытого самофлюсующимся сплавом.

Аналогичные результаты получены при нанесении на кромки листа самофлюсующе- 5 гося материала в виде пасты.

Предлагаемым способом сваривали стальные полосы длиной 1 м и шириной 0,1 м из низкоуглеродистой стали ст.З толщиной 5 мм, плакированные нержавеющей 0 сталью толщиной 0,2 мм.

Перед свяркой на состыкованные кромки ленты нанесли плоской кистью шириной 10 мм самофлюсующийся материал в виде пасты Тна основе лака НЦ-551 с порошком 5 ПГ-12Н-01 и дали покрытию просохнуть.

Затем произвели сварку кромок электродом диаметром 3 мм, сварочный ток составил 120 А. Во время сварки со стороны, противоположной нанесенному покрытию, 0 за счет выделяемого при сварке тепла произошло выгорание из пасты лака НЦ-551 с одновременным оплавлением самофлюсующегося материала на поверхности шва, В результате полосой антикоррозионного 5 сплава защищен шов и зона термического влияния.

Предлагаемым способом была изготовлена сварная труба из углеродистой стали, плакированной нержавеющим слоем. Тол- 0 щина листа 4 мм, толщина нержавеющего слоя 0,4 мм.

На кромки плакированного листа нанесли слой самофлюсующегося порошка ПГ- 12Н-02 толщиной 0,300 мм, шириной 7 мм. 5 Напыление порошка осуществляли со стороны плакирующего слоя на установке УПТР-1-85. Фракция порошка 50-160 мкм.

Давление, МПа:

кислорода0,5 0 пропан-бутана 0,3

воздуха0,1

Расход газов, м3/ч:

кислорода4,5

пропан-бутана2,5 5 воздуха 1,0

Дистанция напыления 200 мм, скорость напыления 1 м/мин.

Сварку заготовки, сформированной не. ржавеющим слоем внутрь, осуществляли

0 на стане высокочастотной сварки труб 1076, скорость сварки составила 10 м/мин,

ток анода лампы - 10 А, ток сетки лампы -

2,0-2,4 А.

У полученной сварной трубы внутрен- 5 ний шов защищен полосой сплава на основе никеля и хрома. Поверхность трубы при заполнении ее коррозионной средой эквипотенциальна, коррозия идет райномерно, преимущественное растворение зоны шва отсутствует.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления сварных соединений позволяет получить качественные сварные соединения с повышенной коррозионной стойкостью.

Кроме того, предлагаемым способом возможно получать стыковое монтажное соединение на трубах с защитным слоем на внутренней поверхности..

На кромки двух труб из ст.З диаметром 120 мм с толщиной стенки 4 мм перед сваркой наносили порошок ПГ-12Н-01 методом газотермического напыления.

Давление, МПа: кислорода0,5 пропан-бутана 0,3 воздуха 0,1 Расход газа, м /ч: кислорода 4,5 пропан-бутана 2,5 воздуха 1,0 - Дистанция напыления, мм 200 Толщина напыле- нного слоя, мкм 300 Ширина, мм 10

Слой напыляли с внутренней стороны трубы по всему периметру, затем производили сварку двух труб встык электродом диаметром 3 мм при токе 120 А.

В результате осуществления способа обеспечивается надежная защита внутреннего шва трубы плотным слоем сплава на основе хрома и никеля.

Таким образом, предлагаемый способ

сварки позволяет:

Повысить качество сварных соединений и коррозионную стойкость, выполняя сварку с одновременной защитой сварного соединения от воздействия коррозионной

среды за счет образования защитного покрытия не только в зоне шва, но и в зоне термического влияния без использования защитной атмосферы инертного газа.

Защиту сварного соединения от воздействия коррозионной Среды производить в местах труднодоступных для других способов защиты: на внутренних поверхностях труб, резервуаров, ёмкостей, изготовляемых сваркой.

Проводить сварку с одновременной защитой внутреннего продольного шва на станах высокочастотной сварки.

Использование: для сварки с одновременной защитой сварного соединения от воздействия коррозионной среды деталей из углеродистой стали, плакированной нержавеющей сталью, с использованием индукционного или дугового нагрева. Сущность изобретения: на поверхность стыка свариваемых деталей наносят слой защитного покрытия заданной толщины и ширины и производят сварочный нагрев со стороны, противоположной нанесенному слою. В качестве защитного материала используют самофлюсующийся материал на основе хрома и никеля. Наносят защитный материал со стороны плакирующего слоя. Самофлюсующийся материал можно наносить в виде пасты. 2 з.п.ф-лы, 2 табл. fe

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

5

0

индукционного или дугового нагрева, в качестве защитного материала используют самофлюсующийся материал на основе хрома и никеля, а наносят защитный материал со стороны плакирующего слоя,

Та блица

Продолжение табл. 1

Таблица 2