Спосіб дугового зварювання плавким електродом в середовищі захисних газів

1 Спосіб дугового зварювання плавким електродом в середовищі захисних газів, при якому декілька одноатомних, багатоатомних газів або їх сумішей подають в зону горіння дуги імпульсами, який відрізняється тим, що частоту чергування імпульсів подачі різних газів або їх сумішей виби рають рівною або близькою до власної частоти коливань розплавленого об'єму зварювальної ванни 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що при подачі в зону горіння дуги багатоатомних газів імпульсами, наприклад СОг, N2, Нг, Ог, через дугу синхронно з ними пропускають постійний струм, а при подачі в зону горіння дуги одноатомних газів імпульсами, наприклад Аг, Не, Ne, сумішей одноатомних газів з багатоатомними, наприклад Аг+СОг, або одноатомних з одноатомними, наприклад Ar+Не, через дугу синхронно з ними пропускають однополярний імпульсний струм, накладений на базовий струм горіння дуги 3 Спосіб за пп 1 і 2, який відрізняється тим, що співвідношення теплопровідності газів або сумішей газів, які подають в зону горіння дуги, при температурі стовпа дуги знаходиться в межах 2,5-30 Винахід відноситься до області технології дугового зварювання плавким електродом в середовищі захисних газів і може бути використаний у різноманітних галузях промисловості ВІДОМІ способи дугового зварювання плавким електродом, при яких в якості захисного середовища використовують одноатомні, двохатомні гази, або їх суміші При цьому вказані гази або суміші газів подають в зону горіння дуги безперервно Застосування одноатомних газів дає можливість отримувати стабільні,просторово СТІЙКІ зварювальні дуги Проте з технологічної точки зору застосування їх обмежено Наприклад, при зварюванні низьколегованих сталей, шви, зварені у чистому аргоні, зазнають пороутворення Двохатомні гази дешеві у виробництві і дають досить гарний захист металу зварювальної ванни Але перенос електродного металу при використанні їх ускладнений, значні витрати на розбризкування металу і очищення зварних з'єднань від набризканих приварених крапель зменшення виділень зварювальних аерозолів Але, незважаючи на це, як і раніше залишаються не вирішеними питання зварювання малих товщин,забезпечення у зоні дуги однорідності газових сумішей, а також велика собівартість змішувачів і деяких дефіцитних газів Не вдається досягти управління глибиною і формою провару по усій довжині шва, а також збільшити механічні показники зварних з'єднань, особливо в тяжких кліматичних умовах і при знакоперемінних навантаженнях Найбільш близьким до заявляемого способу зварювання є спосіб зварювання по авторському свідоцтву В 23 К 9/16 N 1816596 А1 від 23 05 93 Зварювання виконується імпульсною дугою в середовищі захисних газів з використанням плавкого або неплавкого електроду В процесі зварювання у зону дуги синхронно з імпульсами струму та напруги по черзі подають різні захисні гази та їх суміші, чи один газ,чи суміш одного складу з різною швидкістю,що забезпечує накладання на дугу додаткових імпульсів струму і напруги Зміна газового середовища здійснюється з частотою,кратною частоті основних імпульсів струму, але не менше,чим у 2 рази меншої частоти імпульсів струму При ЗМІНІ газового середовища почерговою подачою різних газів між імпульсами подачі газів Широке застосування в останні роки у зварювальному виробництві газових сумішей зумовлено такими їх перевагами, як зменшення розбризкування електродного металу.поліпшення зовнішнього вигляду зварного з'єднання, підвищення механічних властивостей зварних конструкцій, ю О со 43424 подають суміш цих газів, а співвідношення компонентів у суміші змінюють від 0 до 100 % КІЛЬКОСТІ газу, який подається у кожному наступному імпульсі При цьому тривалість подачі суміші обмежують періодом змінення струму При зміненні газового середовища почерговою подачою сумішей двох газів вміст кожного газу змінюють від 0 до 100 % і навпаки за період наступного імпульсу Описаний вище винахід дозволяє підвищити стабільність горіння дуги, збільшити и проплавляючу здатність, зменшити розміри крапель електродного металу В той же час не завжди вдається забезпечити якісне формування швів, в особливості на форсованих режимах, управління проваром, а також досягти зниження розбризкування при зварюванні низьколегованих сталей Основною метою даного винаходу є удосконалення існуючого способу зварювання плавким електродом в середовищі захисних газів шляхом вибору оптимальної частоти подачі імпульсів газів та синхронної зміни роду зварювального струму.а також вибору комбінацій захисних газів з різними тепловими і електричними властивостями,що дозволяє покращити якість зварних з'єднань, зменшити КІЛЬКІСТЬ і різновидність дефектів в них, зменшити розбризкування електродного металу і забризкування зварних конструкцій, підвищити їх механічні властивості, поліпшити товарний вигляд з'єднань, а також зменшити вартість зварювальних робіт Поставлена мета досягається тим, що в запропонованому способі дугового зварювання плавким електродом в середовищі захисних газів, при якому декілька одноатомних, багатоатомних газів чи їх сумішей подають в зону горіння дуги імпульсами, частоту чередування яких вибирають рівною або близькою власній частоті коливань розплавленого об'єму ванни Синхронно з цими імпульсами газів змінюють протікаючий через дугу струм При цьому, при подачі багатоатомних газів, наприклад, СОг, N2, Нг, Ог та ш , через дугу пропускають постійний струм, а при подачі одноатомних газів, наприклад, Аг, Не, Ne та ін , сумішей одноатомних з багатоатомними газами, наприклад, Аг+СОг, або одноатомних з одноатомними, наприклад, Аг+Не, через дугу пропускають імпульсний струм,накладений на базовий струм горіння дуги Крім того, комбінації роду і складу подаваємих по черзі в зону горіння зварювальної дуги газів або сумішей газів вибирають так, щоб відношення їх теплопровідностей при температурі стовба дуги знаходились в границях 2,5 ЗО При такому здійсненні процесу зварювання періодично виникаюча переміна захисного газового середовища викликає періодичну зміну тепло- і електропровідності плазми дуги з частотами, близькими до власних частот коливань розплавленого об'єму зварювальної ванни, що разом з синхронною модуляцією при цьому зварювального струму сприяє виникненню резонансних явищ в усьому об'ємі розплаву зварювальної ванни При цьому в усьому об'ємі металу зварювальної ванни виникають інтенсивні коливання.амплггуда яких різко збільшується За рахунок енергії вказаних резонансних коливань і пульсуючого тиску дуги відбувається інтенсивний рух всього розплавленого металу зварювальної ванни, перемішування його,подрібнення кристалів, виведення з металу шва різних дефектів Досягається активний вплив на процеси кристалізації, зменшення часу перегріву розплаву і теплоукладання в зону термічного впливу Інтенсифікація масо- і теплообміну у ванні знижує градієнт температур у напрямку кристалізації і сприяє виникненню дрібнозернистої структурної складової У таблиці 1 приведено змінення глибини провару і твердості (по Віккерсу) металу шва в залежності від частоти чередування захисних газів Аг-СОг Виконували наплавки на пластини із сталі 09Г2 проволокою діаметром 1,2 мм при Ізв =220 А, и д = 27 В Власну частоту коливань зварювальної ванни розраховували, використовуючи модель натягнутої мембрани Для вказаних умов зварювання вона становить 1 85 Гц Глибину провару основного металу (Н) визначали як середнє арифметичне замірів на поперечних і продольних шліфах Твердість дана як середнє арифметичне із п'яти вимірів Як видно з приведених у таблиці 1 даних, при наближенні або рівності частоти чередування імпульсів захисних газів до власної частоти коливань металу зварювальної ванни, досягаються максимальні значення глибини провару і твердості металу шва, які в першу чергу визначають якість зварних з'єднань Крім того, чередуюча подача захисних газів з різною теплопровідністю дозволяє активно і цілеспрямовано керувати розмірами і формою зварювальної дуги, и енергетичними характеристиками, ступенем впливу на метал електроду і зварювальної ванни При цьому синхронно змінюється вид зварювального струму.оптимальний для переносу в кожному із газів Усе це разом призводить до змінення величин і напрямку сил,діючих на краплю,зменшуючи як розмір крапель, що переносятся через дугу.так і час знаходження їх у зоні великих температур Це приводить до зменшення перегріву їх, а значить і вигорання легуючих елементів на стадії краплі та одержання дрібнокрапельного переносу з невеликим розбризкуванням Описані вище фізичні явища і технологічні особливості, що виникають при виконанні процесу зварювання по заявляемому способу, формують технічні переваги його перед відомими способами зварювання в середовищі захисних газів Основними із них є управління процесами формування зварювальних швів, а також регулювання глибини провару зварних з'єднань Завдяки цьому можливо одержувати шви з добрим ЗОВНІШНІМ виглядом та рівномірною лускатістю,забезпечити гарантований провар корневих швів, а також зварювати тонколистовий метал(фіг 1,2) На фіг 1 зображено ЗОВНІШНІЙ вигляд металу швів при частоті чередування імпульсів подачі газів (Аг-СОг) а)1,4 Гц,б)-1,8 Гц,в)-2,8 Гц На фіг 2 на прикладах макрошліфів повздовжнього розрізу швів зображено вплив на глибину провару частот чередування імпульсів подачі захисних газіва)-1,4 Гц, б)-1,8 Гц при однакових значеннях зварювального струму і швидкості зварювання Підвищуються механічні властивості металу швів,особливо при зварюванні низьколегованих сталей при низьких температурах, шляхом отримання дрібнозернистої структурної складової - голчастого фериту (більше 43424 50 %) У таблиці 2, на прикладі зварювання стикового з'єднання у два проходи із низьколегованої сталі 09Г2С товщиною 8 мм, приведено порівняння технологічних показників запропонованого способу зварювання з традиційними - зварюванням у СО2, імпульсно-дуговим зварюванням у суміші Аг+СО2 Досягається економія в 2,5-3,0 рази дорогих захисних газів, покращення якості металу шва, зменшується на ЗО % розбризкування металу Крім того, експериментальні перевірки показали, що при виборі роду захисних газів або їх сумішей з співвідношенням їх теплопровідності в границях 2,5 ЗО теплове і світлове випромінювання зменшується у 2,0 2,5 рази в порівнянні із зварюванням в Аг і сумішах газів на основі Аг Це призводить до поліпшення умов праці та зменшує зношення деталей зварювальних пальників Таблиця 1 Частота чередування захисних газів f, Гц 2,8 3,6 5,0 5,6 5,2 5,1 4,6 1950 Твердість металу шва, кН/мм2 1,8 4,9 Глибина провару Н, мм 1,4 2260 2120 2100 2010 Розрахункова частота власних коливань зварювальної ванни -1,85 Гц Таблиця 2 Вид зварювального струму Постійний Імпульсний Постійний/ імпульсний, ЯКІ чередуються Застосоване обладнання Струм зварювання, А Напруга на дузі, В Джерело живлення ВДУ-506 200-220 28 220 32 Імпульсне джерело живлення t,=3,9 мс, Г-,=138 Гц Спеціалізоване джерело живлення, пристрій чередування імпульсів газів, f=1,8 Гц 220 32 Мікроструктура металу шва пластинчатий ферит+ полігональний ферит пластинчатий ферит + зменшення полігонального фериту пластинчатий ферит + зменшення полігонального фериту + 60% голчастого фериту Твердість металу шва, кН/мм2 Захисний 1760 СО2-Ю0% 1900 Суміш 80%Аг+ 20% СО2 2200 Чередуван ня газів Аг=27% СО2=73% по об'єму, частота чередування f=1,8 Гц газ 43424 в) б) Фиг. 1 б) Фиг. 2 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна 88000 м Ужгород вул Гагаріна 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3