RU2027572C1

RU2027572C1 - Consumable electrode for electric arc welding

Info

Publication number: RU2027572C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Аникаев; А.И. Уршанский; М.В. Наймушин; А.Н. Падун; В.П. Ашихмин
Original assignee: Научно-исследовательский институт металлургической технологии
Priority date: 1990-04-17
Filing date: 1990-04-17
Publication date: 1995-01-27

Abstract

FIELD: welding; strengthening and reconditioning of quickly wearing parts, manufacture of welding structures of high alloy steels. SUBSTANCE: electrode is essentially electrode steel wire with molybdenum core inside. Diameter of core is equal to 0.07-0.5 of electrode diameter. Electrode melts forming cone at its end and provides jet transfer of electrode metal without short circuits. EFFECT: enhanced processing properties of arc owing to transfer of electrode metal without short circuits. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электродуговой сварке и наплавке в защитных газах высоколегированными электродными материалами и может быть использовано при упрочнении и восстановлении быстроизнашивающихся деталей оборудования, а также при изготовлении сварных конструкций из высоколегированных сталей. The invention relates to electric arc welding and surfacing in shielding gases with high alloy electrode materials and can be used in hardening and restoration of wear parts of equipment, as well as in the manufacture of welded structures from high alloy steels.

Известна конструкция плавящегося электрода в виде проволоки сплошного сечения для аргонодуговой сварки и наплавки (см., например, Сварка в машиностроении, Справочник в 4-х томах, т.1, с. 230). Высокая степень защиты сварочной дуги от атмосферы позволяет производить высококачественную сварку и наплавку высоколегированными сталями. Аргон существенно влияет на физические процессы в дуге, в частности при сварке в аргоне наиболее легко достигается струйный перенос электродного металла через дугу. Плавление электродной проволоки происходит с образованием конуса на ее торце, направленного вершиной к наплавляемой поверхности. Жидкий электродный металл стекает по поверхности конуса к его вершине и затем переносится через дугу в виде мелких капель или струи. Это улучшает качество формирования наплавленного металла, уменьшает разбрызгивание электродного металла, т.е. электрическая дуга при струйном переносе обладает наилучшими технологическими свойствами. A known design of a consumable electrode in the form of a solid wire for argon-arc welding and surfacing (see, for example, Welding in mechanical engineering, Handbook in 4 volumes, vol. 1, p. 230). A high degree of protection of the welding arc from the atmosphere allows for high-quality welding and surfacing with high alloy steels. Argon significantly affects the physical processes in the arc, in particular, when welding in argon, the jet transport of the electrode metal through the arc is most easily achieved. Melting of the electrode wire occurs with the formation of a cone at its end, directed by the apex to the weld surface. Liquid electrode metal flows down the surface of the cone to its apex and is then transported through the arc in the form of small droplets or jets. This improves the quality of formation of the deposited metal, reduces the spatter of the electrode metal, i.e. the electric arc during jet transfer has the best technological properties.

Однако при сварке на ветру или в труднодоступных местах качество газовой защиты снижается, перенос электродного металла теряет характер струйного, возникает процесс с короткими замыканиями, что приводит к увеличению разбрызгивания, ухудшению качества швов. Кроме того, струйный перенос при сварке в аргоне достигается лишь при относительно большой силе тока, которая во многих случаях неприемлема из технологических соображений. Струйный перенос в среде СО₂ вообще не достигается, идет перенос электродного металла с короткими замыканиями и повышенным разбрызгиванием.However, when welding in the wind or in inaccessible places, the quality of the gas shield decreases, the transfer of the electrode metal loses the character of the jet, a short-circuit process occurs, which leads to an increase in spatter and a deterioration in the quality of the joints. In addition, jet transfer during welding in argon is achieved only with a relatively large current strength, which in many cases is unacceptable for technological reasons. Jet transport in a CO ₂ medium is not achieved at all; electrode metal is being transferred with short circuits and increased spatter.

Известны также конструкции плавящегося электрода, представляющего собой самозащитную порошковую проволоку, состоящую из оболочки и сердечника из шихты (см., например, Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. М, 1974, с. 128, или авт. св. СССР N 273032, кл. B 23 K 35/00, 1976). Введение в состав шихты порошковой проволоки компонентов, при разложении которых в дуге выделяется большое количество газов, обеспечивает хорошее качество наплавленного металла без дополнительной защиты сварочной дуги аргоном или углекислым газом. Also known are the designs of the consumable electrode, which is a self-shielding flux-cored wire, consisting of a sheath and a core of a charge (see, for example, A. Potapyevsky, Welding in protective gases by a consumable electrode. M, 1974, p. 128, or ed. St. USSR N 273032, class B 23 K 35/00, 1976). The introduction of components into the composition of a flux-cored wire charge, upon decomposition of which a large amount of gases are released in the arc, ensures good quality of the deposited metal without additional protection of the welding arc by argon or carbon dioxide.

Однако при использовании этого электрода происходит, как правило, крупнокапельный перенос электродного металла через дугу, что увеличивает разбрызгивание и ухудшает формирование наплавленных слоев. Кроме того, газо- и шлакообразующие компоненты ограничивают содержание в шихте легирующих компонентов. However, when using this electrode, as a rule, a large-drop transfer of the electrode metal through the arc occurs, which increases spatter and worsens the formation of deposited layers. In addition, gas and slag-forming components limit the content of alloying components in the charge.

Наиболее близка к изобретению по совокупности признаков проволока сплошного сечения для сварки в среде защитных газов с антикоррозионным покрытием, выполненным из молибдена (авт. св. СССР N 462683, кл. B 23 K 35/02, 02.04.73). Closest to the invention in terms of features is a solid cross-sectional wire for welding in protective gases with a corrosion-resistant coating made of molybdenum (ed. St. USSR N 462683, class B 23 K 35/02, 04/02/73).

Использование тугоплавкого металла в качестве покрытия проволоки снижает разбрызгивание, затрудняя разлет капель, но не устраняет главную причину снижения технологических свойств дуги - короткие замыкания при переносе электродного металла. The use of refractory metal as a wire coating reduces spatter, making it difficult for droplets to spread, but does not eliminate the main reason for the decrease in the technological properties of the arc - short circuits during electrode metal transfer.

Целью изобретения является улучшение технологических свойств дуги за счет переноса электродного металла без коротких замыканий. The aim of the invention is to improve the technological properties of the arc due to the transfer of electrode metal without short circuits.

Цель достигается тем, что в плавящийся электрод для электродуговой сварки в защитных газах, выполненный в виде стального стержня с использованием молибдена, молибден введен в виде сердечника, при этом его диаметр составляет 0,07-0,5 диаметра стержня. The goal is achieved by the fact that in the consumable electrode for electric arc welding in shielding gases, made in the form of a steel rod using molybdenum, molybdenum is introduced in the form of a core, while its diameter is 0.07-0.5 of the diameter of the rod.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал, что заявляемый плавящийся электрод для электродуговой сварки отличается от известного тем, что молибден введен в виде сердечника, имеющего диаметр, равный 0,07-0,5 диаметра стержня. Таким образом, заявляемый объект соответствует критерию "новизна". A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype showed that the inventive consumable electrode for electric arc welding differs from the known one in that molybdenum is introduced in the form of a core having a diameter equal to 0.07-0.5 of the diameter of the rod. Thus, the claimed object meets the criterion of "novelty."

При проверке на новизну по источникам патентной и научно-технической информации были обнаружены технические решения, содержащие признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого объекта. When checking for novelty on the sources of patent and scientific and technical information, technical solutions were found containing signs similar to the distinguishing features of the claimed object.

Известен способ сварки и наплавки в среде аргона, в котором одновременно используют вольфрамовый тугоплавкий стержень и легкоплавкую проволоку (см. Сварка в машиностроении. Справочник в 4-х томах, том 1, с. 197). Однако в известном способе тугоплавкий стержень используется как неплавящийся электрод для поддержания дуги, а плавящаяся проволока отдельно подается в дугу как присадочный материал. В предлагаемом электроде стержень из дугоплавкого металла (молибдена) входит в состав электрода, выполненного в виде композитной проволоки сплошного сечения, поэтому подают его дугу совместно с более легкоплавким металлом и с одинаковой скоростью. Кроме того, при размещении тугоплавкого стержня (из молибдена) в виде сердечника в стальной оболочке, входящих в состав композитной проволоки сплошного сечения, в процессе ее изготовления обеспечиваются идеальная металлургическая связь сердечника и оболочки по всей площади соприкосновения за счет взаимной диффузии компонентов, а следовательно, максимальная электропроводность и теплопроводность на границе раздела. Следовательно, отличительные признаки заявляемого объекта обеспечивают появление того физического эффекта при плавлении композитной проволоки, который позволяет достичь поставленную цель. There is a method of welding and surfacing in an argon medium, which simultaneously use a tungsten refractory rod and low-melting wire (see Welding in mechanical engineering. Handbook in 4 volumes, volume 1, p. 197). However, in the known method, the refractory rod is used as a non-consumable electrode to maintain the arc, and the consumable wire is separately supplied to the arc as a filler material. In the proposed electrode, the rod of refractory metal (molybdenum) is part of the electrode, made in the form of a composite wire of a continuous cross section, therefore, its arc is fed together with a more fusible metal and at the same speed. In addition, when placing a refractory rod (made of molybdenum) in the form of a core in a steel sheath, which are part of a composite wire of a continuous cross section, during its manufacture an ideal metallurgical bond of the core and sheath over the entire contact area is ensured due to the mutual diffusion of the components, and therefore maximum electrical conductivity and thermal conductivity at the interface. Therefore, the distinguishing features of the claimed object provide the appearance of the physical effect during melting of the composite wire, which allows to achieve the goal.

Электроды, используемые в известном способе, не обеспечивают взаимодействия тугоплавкого стержня и плавящейся проволоки, приводящего к улучшению технологических свойств дуги в среде аргона, углекислого газа и воздуха. Известный способ, кроме того, обладает низкой производительностью по сравнению со способами сварки с использованием заявляемого плавящегося электрода. The electrodes used in the known method do not provide the interaction of a refractory rod and a melting wire, leading to an improvement in the technological properties of the arc in an environment of argon, carbon dioxide and air. The known method, in addition, has a low productivity compared to welding methods using the inventive consumable electrode.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что как по совокупности признаков, так и по достигаемому результату заявляемый электрод соответствует критерию "существенные отличия". The above allows us to conclude that, both in terms of the set of features and in the achieved result, the claimed electrode meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 показан предлагаемый электрод в разрезе; на фиг. 2 - оплавленный электрод. In FIG. 1 shows the proposed electrode in section; in FIG. 2 - melted electrode.

Внутри оболочки 1 размещен сердечник 2 из молибдена. Наличие в проволоке тугоплавкого сердечника из молибдена вызывает необычный физический эффект. В процессе плавления композитной проволоки на торце электрода образуется конус и возникает струйный перенос электродного металла при низких критических значениях тока как в среде аргона, так и в среде углекислого газа или воздуха. Это объясняется следующим. Inside the shell 1 is placed the core 2 of molybdenum. The presence of a refractory molybdenum core in the wire causes an unusual physical effect. In the process of melting the composite wire, a cone is formed at the end of the electrode and jet transport of the electrode metal occurs at low critical current values both in argon and in carbon dioxide or air. This is explained by the following.

В начальный момент горения дуги скорость плавления сердечника 2 ниже скорости плавления оболочки 1, поэтому сердечник выдвигается из торца электродной проволоки, образуя конус. Расплавленный металл оболочки 1 стекает по поверхности конуса, растворяет в себе металл сердечника 2 и переносится через дугу в виде струи. За счет растворения молибдена металлом оболочки, а также в связи с концентрацией тепловыделения на вершине конуса скорость расхода сердечника 2 и скорость плавления оболочки 1 выравниваются. Так как возникает саморегулирующая система, процесс протекает стабильно в течение всего времени сварки с сохранением конуса на конце электрода и струйного переноса расплавленного металла. At the initial moment of arc burning, the melting rate of the core 2 is lower than the melting rate of the sheath 1, therefore, the core extends from the end of the electrode wire, forming a cone. The molten metal of the shell 1 flows down the surface of the cone, dissolves the core metal 2 and is transferred through the arc in the form of a jet. Due to the dissolution of molybdenum by the shell metal, as well as in connection with the concentration of heat at the top of the cone, the flow rate of the core 2 and the melting rate of the shell 1 are aligned. Since a self-regulating system arises, the process proceeds stably during the whole time of welding, while maintaining the cone at the end of the electrode and the jet transfer of molten metal.

Обнаруженный эффект действует при изменении диаметра тугоплавкого сердечника в пределах от 0,07 до 0,5 диаметра композитной проволоки. Если диаметр сердечника меньше 0,07 диаметра проволоки, то конус на торце электрода не возникает в связи с тем, что сердечник растворяется в расплавленном металле оболочки быстрее, чем проявляется запаздывание его плавления. При увеличении диаметра сердечника более 0,5 диаметра проволоки сердечник расходуется значительно медленнее чем оболочка и выдвигается далеко от торца электрода, поэтому перенос электродного металла становится крупнокапельным в среде аргона и с короткими замыканиями в среде СО₂ или воздуха.The discovered effect acts when the diameter of the refractory core varies from 0.07 to 0.5 times the diameter of the composite wire. If the core diameter is less than 0.07 of the diameter of the wire, then the cone at the end of the electrode does not occur due to the fact that the core dissolves in the molten metal of the shell faster than the delay of its melting is manifested. With an increase in the core diameter of more than 0.5 wire diameters, the core is consumed much more slowly than the sheath and extends far from the end of the electrode; therefore, the transfer of electrode metal becomes large-droplet in argon and with short circuits in CO ₂ or air.

При наплавке в аргоне, углекислом газе и при наплавке в воздухе струйный характер переноса электродного металла обеспечивает одинаковое минимальное разбрызгивание, бездефектный наплавленный металл и его хорошее деформирование. Коэффициент перехода молибдена из композитной проволоки несколько выше коэффициента его перехода из обычной цельнотянутой проволоки. When surfacing in argon, carbon dioxide and surfacing in air, the jet nature of the transfer of electrode metal ensures the same minimal spatter, defect-free deposited metal and its good deformation. The coefficient of transition of molybdenum from a composite wire is slightly higher than the coefficient of its transition from a conventional seamless wire.

Для испытаний изобретения методом экструзии, горячей прокатки и волочения изготовили композитные проволоки сплошного сечения, состоящие из тугоплавкого сердечника из молибдена различного диаметра и оболочки из стали 08Х2Н8Б (см. таблицу). Наплавку производили полуавтоматом на пластины из низкоуглеродистой стали в среде аргона, углекислого газа и в воздухе на постоянном токе обратной полярности. Процесс осциллографировали с помощью прибора С1-74, замеряли ток и напряжение на дуге. Скорость подачи проволоки изменяли в пределах от 100 до 820 м/ч, напряжение 14-35 В, сварочный ток изменялся в пределах 60-440 А. To test the invention by extrusion, hot rolling and drawing, composite wires of continuous cross section were manufactured, consisting of a refractory molybdenum core of various diameters and a sheath made of steel 08Kh2N8B (see table). Surfacing was carried out semi-automatically on low-carbon steel plates in an atmosphere of argon, carbon dioxide and in air at a direct current of reverse polarity. The process was oscillographed using a C1-74 instrument; current and voltage across the arc were measured. The wire feed speed was varied in the range from 100 to 820 m / h, the voltage was 14-35 V, the welding current was varied in the range of 60-440 A.

Результаты опытов показали, что процесс сварки заявляемым электродом значительно отличается от сварки известной проволокой (прототипа). Практически отсутствует разбрызгивание как в среде аргона, так и в среде СО₂ и воздуха. Качество формирования направленного металла хорошее, поры не обнаружены во всех опытах, несмотря на отсутствие в составе проволоки сильных элементов-раскислителей. В пределах изменения диаметра сердечника из молибдена от 0,07 до 0,5 диаметра проволоки перенос электродного металла через дугу не сопровождается короткими замыканиями во всех использованных газовых средах. По характеру осциллограмм тока и напряжения установлено, что идет специфический процесс переноса, близкий к струйному. Об этом свидетельствуют частота перехода капель 170-320 1/с, отсутствие разбрызгивания, наличие конуса на торце электродной проволоки. В отличие от процесса на известных проволоках (прототип) струйный процесс на заявляемом электроде начинается при минимальных токах (около 100 А) и напряжениях 14-20 В, причем сразу наблюдается максимальная частота перехода капель 300-320 1/с. С ростом напряжения частота перехода капель уменьшается до 170-180 1/с несмотря на увеличение сварочного тока. Характерно, что устойчивый процесс со струйным переносом на воздухе достигается при наиболее низком напряжении (14-15 В) по сравнению со сваркой в аргоне и в СО₂ (19-20 В). При одинаковом напряжении и скорости подачи проволоки во всем исследованном диапазоне их изменения процесс сварки в среде воздуха характеризуется в 1,5 - 2 раза большей силой тока по сравнению с процессом в аргоне или СО₂.The results of the experiments showed that the welding process of the inventive electrode is significantly different from welding with a known wire (prototype). There is practically no spatter both in the argon medium and in the medium of CO ₂ and air. The quality of directional metal formation is good, pores were not found in all experiments, despite the absence of strong deoxidizing elements in the wire. Within the range of changes in the diameter of the molybdenum core from 0.07 to 0.5 wire diameters, the transfer of electrode metal through an arc is not accompanied by short circuits in all used gas media. By the nature of the current and voltage waveforms, it was established that a specific transfer process is under way, close to the jet one. This is evidenced by the frequency of transition of droplets 170-320 1 / s, the absence of spatter, the presence of a cone at the end of the electrode wire. In contrast to the process on known wires (prototype), the jet process on the inventive electrode begins at minimum currents (about 100 A) and voltages of 14-20 V, and the maximum droplet transition frequency of 300-320 1 / s is immediately observed. With increasing voltage, the droplet transition frequency decreases to 170-180 1 / s despite the increase in welding current. It is characteristic that a stable process with jet transport in air is achieved at the lowest voltage (14-15 V) compared with welding in argon and in CO ₂ (19-20 V). At the same voltage and wire feed speed over the entire range of their variation studied, the welding process in air is characterized by 1.5 to 2 times greater current strength compared to the process in argon or CO ₂ .

Химический анализ четвертого слоя наплавленного металла показал, что коэффициент перехода молибдена из электрода в наплавленный металл составляет 0,94-0,97. Chemical analysis of the fourth layer of the weld metal showed that the conversion coefficient of molybdenum from the electrode to the weld metal is 0.94-0.97.

При изменении диаметра тугоплавкого сердечника ниже 0,07 и выше 0,5 диаметра проволоки при сварке в аргоне процесс переходит в крупнокапельный, а при сварке в среде углекислого газа и на воздухе появляются короткие замыкания. When the diameter of the refractory core is changed below 0.07 and above 0.5 of the wire diameter during welding in argon, the process becomes large-drop, and when welding in carbon dioxide and in air, short circuits appear.

Таким образом, как показали испытания, технологические свойства дуги в среде аргона, углекислого газа и воздуха значительно улучшились при использовании заявляемого электрода. Thus, as tests have shown, the technological properties of the arc in an environment of argon, carbon dioxide and air are significantly improved when using the inventive electrode.

Claims

MELTING ELECTRODE FOR ELECTRIC ARC WELDING in protective gases, made in the form of a steel rod using molybdenum, characterized in that, in order to improve the technological properties of the arc by ensuring the transfer of electrode metal without short circuits, molybdenum is introduced in the form of a core, while its diameter is 0 07 - 0.5 diameter of the electrode.