RU2053073C1

RU2053073C1 - Process of arc welding with nonconsumable electrode

Info

Publication number: RU2053073C1
Application number: SU4930096/08A
Authority: RU
Inventors: Ю.К. Топчий; А.Н. Аржакин; М.Е. Безматерных
Original assignee: Акционерное общество "Пермские моторы"
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 1996-01-27

Abstract

FIELD: arc welding. SUBSTANCE: arc is excited between electrode and welded article and weldpool is formed into which filling wire is fed with rate exceeding its melting rate in zone of arc. As filling wire passes through arc zone a drop of molten metal is formed on its front end. Since feeding rate of wire exceeds that of its melting molten metal in the form of drop passes through arc zone reaches surface of weldpool. At moment of contact of drop with surface of weldpool rate of feed of filling wire is reduced to value less than its melting rate in arc zone. Then drop passes into weldpool with formation of bridge of molten metal. For the time of passing of drop into weldpool rate of feed of wire is decreased and after transfer of drop into weldpool and formation of gap between front end of wire and weldpool feed of wire is renewed with initial rate. EFFECT: expanded application field, enhanced efficiency of process. 6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к сварке неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки в зону дугового разряда, и может быть использовано при изготовлении сварных конструкций в различных отраслях народного хозяйства (авиастроении, судостроении, химическом машиностроении и др.). The invention relates to non-consumable electrode welding with filler wire feeding into the arc discharge zone, and can be used in the manufacture of welded structures in various sectors of the national economy (aircraft, shipbuilding, chemical engineering, etc.).

Известен способ дуговой сварки неплавящимся электродом, при котором присадочную проволоку и неплавящийся электрод присоединяют к одному полюсу источника питания, а подогрев присадочной проволоки осуществляют на участке ее вылета, сопротивление которого больше сопротивления дуги между электродом и изделием в 3-20 раз [1]
Недостатки известного способа заключаются в том, что в результате отклонения скорости подачи проволоки по независящим от оператора причинам например, в сторону увеличения может вызвать непровар, протыкание сварочной ванны, обгорание отдельных участков проволоки и попадание их нерасплавленными в шов. Уменьшение скорости подачи до величины ниже скорости ее плавления в зоне дуги может привести к образованию крупных капель на конце проволоки, которые открываясь падают в ванну произвольно приводят к ухудшению фоpмиpования сварного шва и, кроме того, крупные капли могут попасть на неплавящийся электрод и перемкнуть дуговой промежуток.There is a method of arc welding with a non-consumable electrode, in which the filler wire and non-consumable electrode are connected to one pole of the power source, and the filler wire is heated at the site of its departure, the resistance of which is 3-20 times greater than the arc resistance between the electrode and the workpiece [1]
The disadvantages of this method are that as a result of deviation of the wire feed speed, for reasons beyond the control of the operator, for example, it may cause a lack of fusion, piercing of the weld pool, burning of certain sections of the wire and their penetration not melted into the seam. A decrease in the feed rate to a value lower than its melting rate in the arc zone can lead to the formation of large droplets at the end of the wire, which, when opening fall into the bath, arbitrarily lead to a deterioration in the formation of the weld and, in addition, large droplets can fall onto the non-consumable electrode and short the arc gap .

Некоторое повышение качества шва можно ожидать и в случае сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа по известному способу, при котором используют неплавящийся электрод с непрерывной подачей к сварочному участку присадочной проволоки, обеспечивая погружение ее переднего конца в ванну жидкого металла и подвергая его микроколебаниям в ванне [2]
Действительно, вибрация конца присадочной проволоки, находящейся в сварочной ванне, несколько активизирует процесс ее плавления за счет создания более благоприятных условий теплопередачи между жидким металлом сварочной ванны и присадочным материалом. Это позволяет повысить коэффициент расплавления присадочного металла, что является положительным свойством процесса при сварке толстостенных соединений в разделку, и особенно при наплавочных работах. Однако данному способу присущие все недостатки способа [1] и кроме этого данный способ не обеспечивает возможности визуального контроля за процессом плавления присадочного материала.A slight increase in the quality of the weld can also be expected in the case of welding with a tungsten electrode in a shielding gas medium according to the known method, in which a non-consumable electrode is used with a continuous filler wire being supplied to the welding section, providing its front end to be immersed in the molten metal bath and subjected to microoscillations in the bath [ 2]
Indeed, the vibration of the end of the filler wire in the weld pool activates its melting process somewhat by creating more favorable conditions for heat transfer between the molten metal of the weld pool and the filler material. This allows you to increase the coefficient of fusion of the filler metal, which is a positive property of the process when welding thick-walled joints in cutting, and especially during surfacing. However, this method has all the disadvantages of the method [1] and, in addition, this method does not provide visual monitoring of the process of melting of the filler material.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ дуговой сварки, реализованный посредством устройства для дуговой сварки плавлением [5] при котором присадочную проволоку подают с погружением в сварочную ванну со скоростью, превышающей скорость ее плавления в дуговом промежутке. В известном способе глубину погружения переднего конца присадочной проволоки в сварочную ванну контролируют, поэтому возможность попадания нерасплавленных участков проволоки практически исключается. Также несколько стабилизируется процесс плавления присадочной проволоки за счет автоматического регулирования скорости ее подачи. The closest in technical essence and the achieved result to the invention is the method of arc welding, implemented by means of a device for arc fusion welding [5] in which the filler wire is fed with immersion in the weld pool at a speed exceeding its melting speed in the arc gap. In the known method, the immersion depth of the front end of the filler wire in the weld pool is controlled, therefore, the possibility of hit of unmelted sections of the wire is practically eliminated. Also, the process of melting the filler wire is somewhat stabilized due to the automatic control of its feed rate.

Этот способ может быть успешно применен только при наплавке или сварке с остающейся подкладкой, т.е. при наличии "сухого дна" сварочной ванны, в которое периодически упирается присадочная проволока. Это сужает область его применения. Например, с помощью данного способа практически невозможно осуществить качественную сварку соединений со сквозным проплавлением и в особенности сварку на весу из-за отсутствия возможности автоматического регулирования скорости подачи присадочной проволоки, когда ее торец не упирается в дно ванны с определенным усилием. Таким образом в указанных условиях невозможно реализовать положительные свойства данного способа. This method can be successfully applied only when surfacing or welding with a remaining lining, i.e. in the presence of a "dry bottom" of the weld pool, into which the filler wire periodically abuts. This narrows the scope of its application. For example, using this method, it is practically impossible to carry out high-quality welding of through-penetration joints and, in particular, welding on weight due to the lack of the ability to automatically control the filler wire feed speed when its end does not abut the bath bottom with a certain force. Thus, in these conditions it is impossible to realize the positive properties of this method.

Цель изобретения повышение качества сварки и расширение технологических возможностей. The purpose of the invention is improving the quality of welding and expanding technological capabilities.

Цель достигается тем, что в отличие от известного способа, заключающегося в подаче присадочной проволоки в направлении сварочной ванны со скоростью, превышающей скорость ее плавления в зоне дуги, в предлагаемом способе в момент соприкосновения переднего конца присадочной проволоки с поверхностью сварочной ванны скорость подачи присадочной проволоки замедляют до величины меньшей скорости ее плавления в зоне дуги, а после перехода расплавленного присадочного металла в сварочную ванну и образования зазора между концом присадочной проволоки и сварочной ванной подачу проволоки возобновляют с первоначальной скоростью. The goal is achieved in that, in contrast to the known method, which consists in feeding the filler wire in the direction of the weld pool at a speed exceeding its melting speed in the arc zone, in the proposed method, when the front end of the filler wire contacts the surface of the weld pool, the filler wire feed speed is slowed down to a value less than its melting rate in the arc zone, and after the transition of the molten filler metal into the weld pool and the formation of a gap between the end of the filler wire Loki and the weld puddle wire feed resumed at the original speed.

На фиг. 1 показано начало процесса сварки; на фиг. 2 формирование капли расплавленного металла при скорости подачи проволоки больше скорости ее плавления в зоне дуги (V_пп>V_пл); на фиг. 3 капля расплавленного металла сфоpмиpовалась и приблизилась к поверхности ванны, но еще не коснулась ее (V_пп>V_пл); на фиг. 4 капля расплавленного металла соединилась с ванной (V_пп<V_пл); на фиг. 5 капля расплавленного металла перетекает в ванну с образованием перемычки между концом проволоки и поверхностью ванны (V_пп<V_пл); на фиг. 6 капля расплавленного металла перетекла в ванну, образовался зазор S и происходит формирование новой капли металла на переднем конце присадочной проволоки (включается подача проволоки со скоростью V_пп>V_пл).In FIG. 1 shows the start of the welding process; in FIG. 2 the formation of a drop of molten metal at a wire feed speed greater than its melting rate in the arc zone (V _pp > V _pl ); in FIG. 3 a drop of molten metal was formed and approached the surface of the bath, but had not yet touched it (V _pp > V _pl ); in FIG. 4 drop of molten metal connected to the bath (V _PP <V _PL ); in FIG. 5 a drop of molten metal flows into the bath with the formation of a jumper between the end of the wire and the surface of the bath (V _PP <V _PL ); in FIG. 6 a drop of molten metal flowed into the bath, a gap S was formed and a new metal drop forms at the front end of the filler wire (the wire is turned on at a speed of _Vpp > _Vpl ).

Предлагаемый способ осуществляют с помощью сварочной горелки, имеющей неплавящий электрод 1 и присадочную проволоку 2. При этом возбуждают дугу 3 между электродом 1 и свариваемым изделием и формируют сварочную ванну 4, в которую подают присадочную проволоку 2 со скоростью, превышающей скорость ее плавления в зоне дуги 3. Обратную сторону сварного шва защищают аргоном (Аr). По мере прохождения проволоки 2 через зону дуги 3 на ее переднем конце формируется капля 5 расплавленного металла. В связи с тем, что скорость подачи проволоки 2 превышает скорость ее плавления, расплавленный металл в виде капли 5, проходя зону дуги 3, достигает поверхности сварочной ванны 4. В момент соприкосновения капли 5 с поверхностью ванны 4 скорость подачи присадочной проволоки 2 снижают до величины меньшей скорости ее плавления в зоне дуги (прекращают, реверсируют). The proposed method is carried out using a welding torch having a non-melting electrode 1 and filler wire 2. In this case, an arc 3 is excited between the electrode 1 and the welded product and a weld pool 4 is formed into which filler wire 2 is fed at a speed exceeding its melting rate in the arc zone 3. The back of the weld is protected with argon (Ar). As the wire 2 passes through the zone of the arc 3, a drop 5 of molten metal is formed at its front end. Due to the fact that the feed rate of wire 2 exceeds its melting rate, molten metal in the form of a drop 5, passing through the arc zone 3, reaches the surface of the weld pool 4. At the moment of contact of the drop 5 with the surface of the bath 4, the feed rate of filler wire 2 is reduced to lower rate of its melting in the arc zone (stop, reverse).

Тем самым исключается возможность погружения нерасплавленной присадочной проволоки 2 в жидкий металл сварочной ванны 4, а следовательно, протыкание ванны 4 или попадание нерасплавившихся отрезков присадочной проволоки 2 в сварной шов. This eliminates the possibility of immersion of the molten filler wire 2 in the molten metal of the weld pool 4, and therefore, piercing the bath 4 or ingress of the molten filler wire 2 into the weld.

Затем капля 5 переходит в ванну 4 с образованием перемычки 6 из жидкого металла. На время перехода (перетекания) капли 5 в ванну 4 скорость подачи проволоки 2 снижают, а после перехода капли 5 в ванну 4 и образования зазора S между передним концом проволоки 2 и ванной 4 подачу проволоки 2 возобновляют с первоначальной скоростью (V_ппV_пл).Then the drop 5 passes into the bath 4 with the formation of a jumper 6 of liquid metal. During the transition (overflow) of the drop 5 into the bath 4, the wire feed speed 2 is reduced, and after the drop 5 passes into the bath 4 and the formation of a gap S between the front end of the wire 2 and the bath 4, the wire 2 is resumed at the initial speed (V _pp V _pl ) .

Таким образом, исключается рост капель крупного размера на переднем конце проволоки 2, замыкания ее на неплавящийся электрод 1 или выброс ее за пределы сварочной ванны 4. Контроль скорости подачи проволоки, момент соприкосновения капли жидкого металла с поверхностью ванны, образование зазора S и т.д. осуществляют автоматически известными методами, например, просвечиванием, изменением напряжения между основным и присадочным металлом, и т.д. This eliminates the growth of large droplets at the front end of the wire 2, shorting it to a non-consumable electrode 1 or throwing it outside the weld pool 4. Control the wire feed speed, the moment of contact of a drop of liquid metal with the surface of the bath, the formation of a gap S, etc. . carried out automatically by known methods, for example, transmission, voltage change between the base and filler metal, etc.

Автоматическое регулирование скорости подачи проволоки (вплоть до ее остановки, реверсирования) в момент соприкосновения капли присадочного металла с поверхностью сварочной ванны позволяет в широких диапазонах регулировать количество наплавляемого металла, т.е. существенно расширить технологические возможности предлагаемого способа в производстве сварочных (наплавочных) работ. Automatic control of the wire feed speed (up to its stopping, reversing) at the moment of contact of the filler metal drop with the surface of the weld pool allows you to control the amount of deposited metal over a wide range, i.e. significantly expand the technological capabilities of the proposed method in the production of welding (surfacing) work.

П р и м е р. В процессе отработки режимов в обычных условиях сварки неплавящимся электродом определена скорость подачи присадочной проволоки, при которой обеспечивался стабильный процесс ее плавления, равномерный перенос расплавленного металла в сварочную ванну. PRI me R. In the process of testing modes under normal conditions of non-consumable electrode welding, the filler wire feed speed was determined at which a stable melting process was ensured, and the molten metal was uniformly transferred to the weld pool.

Сваривали листы из сплава К15Н45М5В3ТЮБР (ЭИ718) толщиной 2,5 мм. В качестве присадки применяли проволоку Св.08Х20Н57М8В8ТР (ЭИ533) диаметром 1,2 мм. Источник питания ВСВУ-400. Расстояние между электродом 1 и присадочной проволокой 2 составляло 2 мм. Обратную сторону шва защищали аргоном. За оптимальную скорость Vпп подачи присадочной проволоки 2 принимали такую скорость, при которой расплавленный металл переносился в сварочную ванну 4 без образования зазора S, т.е. между передним концом присадочной проволоки 2 и поверхностью ванны 4 постоянно находилась жидкая перемычка 6 присадочного металла. Оптимальная скорость подачи присадочной проволоки 2, выбранная в нашем опыте V_оп=15 м/ч.Sheets were welded from alloy K15N45M5V3TUBR (EI718) 2.5 mm thick. Sv.08Kh20N57M8V8TR (EI533) wire with a diameter of 1.2 mm was used as an additive. Power source VSVU-400. The distance between the electrode 1 and the filler wire 2 was 2 mm. The reverse side of the seam was protected with argon. For the optimal feed speed Vpp of filler wire 2, such a speed was taken that the molten metal was transferred into the weld pool 4 without forming a gap S, i.e. between the front end of the filler wire 2 and the surface of the bath 4 there was always a liquid jumper 6 of the filler metal. The optimal feed rate of filler wire 2, selected in our experiment, V _op = 15 m / h.

В опытах было показано, что отклонение скорости подачи присадочной проволоки от оптимальной V_оп на + 10% приводит к ухудшению формирования и снижению качества сварного шва.It was shown in experiments that the deviation of the filler wire feed rate from the optimal V _op by + 10% leads to a deterioration in the formation and a decrease in the quality of the weld.

Режимы сварки следующие:
I_g ток дуги 110 А;
V_g напряжение дуги 10 В;
L_g длина дуги 1,5 мм;
r расстояние между электродом и присадочной проволокой 2 мм;
V_св скорость сварки 10 м/ч.The welding modes are as follows:
I _g arc current 110 A;
V _g arc voltage 10 V;
L _g arc length 1.5 mm;
r distance between electrode and filler wire 2 mm;
V _St. welding speed of 10 m / h

Качество формирования сварного шва в зависимости от скорости подачи присадочного материала на указанных режимах согласно предложенному способу приведены в таблице. The quality of the formation of the weld, depending on the feed rate of filler material in these modes according to the proposed method are shown in the table.

Как видно из таблицы уменьшение скорости подачи присадочной проволоки ниже оптимальной (V_пп<V_о) в пределах 10% вызывает ухудшение формирования сварного шва, прожоги, подрезы и замыкание капель присадочного металла на электрод. Увеличение скорости подачи присадочной проволоки в опытах 4-7, приводит к увеличению частоты переноса расплавленного металла присадочной проволоки. При этом, чем выше скорость ее подачи, тем более мелкокапельным будет перенос присадочного металла в сварочную ванну, тем более качественным будет формирование поверхности сварного шва, а отсутствие крупных капель на переднем конце присадочной проволоки исключает возможность замыкания их на электрод. Неудовлетворительная оценка качества сварки в опыте 8 объясняется инерционностью механизма подачи проволоки. При скорости подачи присадочной проволоки, превышающей 100 м/ч и выше, применяемый механизм подачи в наших опытах не обеспечивает мгновенной остановки подачи проволоки в момент ее касания поверхности сварочной ванны. Поэтому наблюдаются протыкания (прожеги) сварного шва при сварке тонкостенных соединений на весу. Включения нерасплавленных участков проволоки с обратной стороны шва наблюдаются при сварке на медной формирующей подкладке. Тем не менее скорость подачи проволоки выше 100 м/ч не является ограничением при применении безинерционных механизмов подачи.As can be seen from the table, a decrease in the filler wire feed rate below the optimum (V _pp <V _о ) within 10% causes a deterioration in the formation of the weld, burns, undercuts, and shorting of the drops of the filler metal to the electrode. An increase in the filing speed of the filler wire in experiments 4-7, leads to an increase in the frequency of transfer of molten metal of the filler wire. Moreover, the higher the feed rate, the more droplet transfer of the filler metal into the weld pool will be, the better the formation of the surface of the weld will be, and the absence of large droplets at the front end of the filler wire eliminates the possibility of shorting them to the electrode. The unsatisfactory assessment of the quality of welding in experiment 8 is explained by the inertia of the wire feed mechanism. At a filler wire feed speed exceeding 100 m / h and above, the feed mechanism used in our experiments does not provide an instantaneous stop to the wire feed when it touches the surface of the weld pool. Therefore, piercing (burning) of the weld is observed when welding thin-walled joints by weight. Inclusions of unmelted sections of wire from the back of the seam are observed during welding on a copper forming lining. Nevertheless, the wire feed speed above 100 m / h is not a limitation when using inertia-free feeding mechanisms.

В процессе исследования технологических возможностей предлагаемого способа опробовано следующее:
прекращение подачи присадочной проволоки в момент касания ее поверхности сварочной ванны;
реверсирование ее, т.е. искусственное создание зазора S на величину 2-8 мм;
регулирование времени задержки подачи присадочной проволоки после образования зазора S.In the process of studying the technological capabilities of the proposed method, the following was tested:
cessation of filler wire feeding when it touches the surface of the weld pool;
reversing it, i.e. artificially creating a clearance S of 2-8 mm;
adjustment of the filing wire delay time after the formation of the gap S.

Показано, что регулирование времени задержки, прекращение подачи и реверсирование присадочной проволоки в момент ее касания поверхности сварочной ванны позволяет в широком диапазоне регулировать количество наплавленного металла и качество фоpмиpования сварного шва. It is shown that adjusting the delay time, stopping the feed and reversing the filler wire when it touches the surface of the weld pool allows a wide range of control over the amount of deposited metal and the quality of the formation of the weld.

Предлагаемый способ может быть осуществлен при сварке продольных и кольцевых швов всех видов сварных соединений на стандартном сварочном оборудовании для сварки неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки и применением сварочных головок, например, типа ГСВ-ЗУ-ЧПУ. The proposed method can be carried out when welding longitudinal and circumferential seams of all types of welded joints on standard welding equipment for welding with a non-consumable electrode with filler wire and using welding heads, for example, type GSV-ZU-ChPU.

Наибольшая эффективность данного способа достигается при его реализации в составе робототехнических комплексов и станков с ЧПУ для сварки пространственных швов сложной конфигурации. The greatest efficiency of this method is achieved when it is implemented as part of robotic complexes and CNC machines for welding spatial joints of complex configuration.

Использование предлагаемого способа дуговой сварки неплавящимся электродом по сравнению с прототипом позволяет повысить качество и расширить технологические возможности. Using the proposed method of arc welding with a non-consumable electrode in comparison with the prototype can improve the quality and expand technological capabilities.

Claims

METHOD OF ARC WELDING A NON-MELABLE ELECTRODE, in which the filler wire is fed into the weld pool at a speed exceeding its melting speed in the arc zone, characterized in that, in order to improve the quality of welding and expand technological capabilities, at the moment the end of the wire touches the surface of the weld pool wire feed is reduced to a lower melting rate in the arc zone, and after the transition of the molten filler metal into the weld pool and the formation of a gap between the end of the suction cup internal wire and welding wire feed bathtub renew at the original speed.