RU2085347C1

RU2085347C1 - Method of electron-beam welding of pipes

Info

Publication number: RU2085347C1
Application number: RU95109813A
Authority: RU
Inventors: В.И. Белов; М.И. Плышевский; А.Н. Семенов; В.Н. Тюрин; А.Е. Фефилов; Г.Н. Шевелев
Original assignee: Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники
Priority date: 1995-06-20
Filing date: 1995-06-20
Publication date: 1997-07-27
Also published as: RU95109813A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; electron-beam welding of pipes with titanium or zirconium alloy filler wire. SUBSTANCE: filler wire is fed into welding pool out of zone of direct action of electron beam at angle of 5 - 7 degrees to surface of welding pool. Welding pool is arranged with displacement through 15 - 30 degrees relative to zenith. EFFECT: prevention of screening action of filler wire onto heating of welded edges. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке труб с присадочной проволокой и может применяться в химическом машиностроении и ядерной энергетике при сварке толстостенных труб из титановых или циркониевых сплавов. The invention relates to electron beam welding of pipes with filler wire and can be used in chemical engineering and nuclear energy for welding thick-walled pipes from titanium or zirconium alloys.

Известен способ электронно-лучевой сварки с присадочной проволокой (см. Wire feeders boost EB weldings potential. Yasuda Kozo, Nagai Hiroyoshi, Mori Eisuke. "Weld and Metal Fbr.", 1984, 52, N 3, 101 103). Известный способ заключается в том, что при сварке толстостенных листов или труб присадочную проволоку подают в разделку шва под электронный луч, при этом электронный луч расплавляет проволоку и кромки разделки шва, образуя общую сварочную ванну. Энергия электронного луча одновременно расходуется как на расплавление присадочной проволоки, так и на расплавление кромок разделки шва, при этом для обеспечения одновременного расплавления присадочной проволоки и кромок разделки диаметр фокального пятна электронного луча должен быть значительно больше диаметра присадочной проволоки. Поэтому с увеличением диаметра присадочной проволоки неизбежно должна увеличиваться необходимая для сварки мощность электронного луча. A known method of electron beam welding with filler wire (see Wire feeders boost EB weldings potential. Yasuda Kozo, Nagai Hiroyoshi, Mori Eisuke. "Weld and Metal Fbr.", 1984, 52, N 3, 101 103). The known method consists in the fact that when welding thick-walled sheets or pipes, the filler wire is fed into the groove for the weld under the electron beam, while the electron beam melts the wire and the edges of the weld, forming a common weld pool. The energy of the electron beam is simultaneously spent both on the fusion of the filler wire and on the melting of the edges of the weld, while to ensure the simultaneous melting of the filler wire and the edges of the groove, the diameter of the focal spot of the electron beam should be significantly larger than the diameter of the filler wire. Therefore, with an increase in the diameter of the filler wire, the power of the electron beam necessary for welding must inevitably increase.

Недостатком известного способа электронно-лучевой сварки с присадочной проволокой является опасность образования непровара за счет экранирования электронного луча присадочной проволокой, подаваемой непосредственно под электронный луч. При этом свариваемый металл под проволокой нагревается преимущественно от тепла расплавленной проволоки и от части электронного луча, попадаемого на свариваемые кромки. При определенных режимах электронно-лучевой сварки, например при быстрой подаче присадочной проволоки или при малом диаметре фокального пятна электронного луча и так далее, свариваемый металл в каких-то местах под присадочной проволокой не успевает полностью расплавиться, что приводит к образованию непроваров. A disadvantage of the known method of electron beam welding with a filler wire is the risk of lack of penetration due to the shielding of the electron beam by a filler wire supplied directly under the electron beam. In this case, the metal to be welded under the wire is heated mainly from the heat of the molten wire and from a part of the electron beam incident on the welded edges. Under certain modes of electron beam welding, for example, when a filler wire is fed quickly or when the focal spot of an electron beam is small and so on, the metal being welded in some places under the filler wire does not have time to completely melt, which leads to the formation of imperfections.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ электронно-лучевой сварки с присадочной проволокой (см. Beckert Manfred, Neubert Gunter Elektronenstrahlschweisen mit Zusatzwerkstoff Schweisstechnik (DDR), 1970, 20, N 2, 59 61). Известный способ заключается в том, что при сварке толстостенных листов или труб присадочную проволоку подают вдоль разделки шва под электронный луч, при этом электронный луч расплавляет проволоку и кромки разделки шва, образуя общую сварочную ванну. Энергия электронного луча одновременно расходуется как на расплавление присадочной проволоки, так и на расплавление кромок разделки шва, при этом, для обеспечения одновременного расплавления присадочной проволоки и кромок разделки, диаметр фокального пятна электронного луча должен быть значительно больше диаметра присадочной проволоки. Closest to the invention in terms of essential features is a method of electron beam welding with filler wire (see Beckert Manfred, Neubert Gunter Elektronenstrahlschweisen mit Zusatzwerkstoff Schweisstechnik (DDR), 1970, 20, N 2, 59 61). The known method consists in the fact that when welding thick-walled sheets or pipes, the filler wire is fed along the groove under the electron beam, while the electron beam melts the wire and the edges of the weld, forming a common weld pool. The energy of the electron beam is simultaneously spent both on the melting of the filler wire and on the melting of the edges of the weld, while to ensure the simultaneous melting of the filler wire and the edges of the groove, the diameter of the focal spot of the electron beam should be much larger than the diameter of the filler wire.

Недостатком известного способа электронно-лучевой сварки с присадочной проволокой является опасность образования непровара за счет экранирования электронного луча присадочной проволокой, подаваемой непосредственно под электронный луч. При этом свариваемый металл под проволокой нагревается преимущественно от тепла расплавленной проволоки и от тепла расплавленных кромок. При определенных режимах электронно-лучевой сварки, например при быстрой подаче присадочной проволоки или при малом диаметре фокального пятна электронного луча и так далее, свариваемый металл в каких-то местах под присадочной проволокой не успевает полностью расплавляться. Таким образом, когда погонной энергии электронного луча недостаточно для расплавления свариваемого металла, расположенного непосредственно под проволокой, мощность электронного луча увеличивает, что приводит к образованию большой общей сварочной ванны и к увеличению ширины сварного шва и, как следствие, к расширению зоны термического влияния по сторонам сварочного шва. Широкая зона термического влияния ухудшает прочностные и коррозионные характеристики сварных соединений из высокопрочных закаленных металлов, например толстостенных труб из высокопрочных титановых или циркониевых сплавов. A disadvantage of the known method of electron beam welding with a filler wire is the risk of lack of penetration due to the shielding of the electron beam by a filler wire supplied directly under the electron beam. In this case, the metal being welded under the wire is heated mainly from the heat of the molten wire and from the heat of the molten edges. Under certain modes of electron beam welding, for example, when a filler wire is supplied quickly or when the focal spot of an electron beam is small and so on, the metal being welded in some places under the filler wire does not have time to completely melt. Thus, when the linear energy of the electron beam is not enough to melt the weld metal located directly under the wire, the power of the electron beam increases, which leads to the formation of a large common weld pool and to an increase in the width of the weld and, as a result, to the expansion of the heat-affected zone on the sides welding seam. A wide zone of thermal influence worsens the strength and corrosion characteristics of welded joints of high-strength hardened metals, for example, thick-walled pipes made of high-strength titanium or zirconium alloys.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа электронно-лучевой сварки труб с присадочной проволокой, при котором получают сварные соединения толстостенных труб из титановых или циркониевых сплавов со стабильно высоким качеством, характеризующимся узким сварным швом и отсутствием непроваров. The problem to which the claimed invention is directed is to create a method of electron beam welding of pipes with filler wire, in which welded joints of thick-walled pipes made of titanium or zirconium alloys are obtained with a consistently high quality, characterized by a narrow weld and the absence of lack of penetration.

Технический результат заключается в том, что, при осуществлении настоящего изобретения в способе электронно-лучевой сварки труб с присадочной проволокой, погонная энергия электронного луча расходуется только на расплавление свариваемых кромок разделки шва и на образование сварочной ванны. Присадочная проволока расплавляется только за счет тепла сварочной ванны, которая может быть небольших размеров. Отсутствие экранирующего влияния присадочной проволоки на нагрев свариваемых кромок позволяет получить высококачественные сварные соединения, не содержащие непроваров. Кроме того, присадочный металл, попадая в сварочную ванну и расплавляясь в ней, отбирает от нее часть тепла, способствуя быстрой кристаллизации металла сварочной ванны и уменьшению тем самым зоны термического влияния. Сужение зоны термического влияния приводит к повышению прочностных и коррозионных свойств сварных соединений из высокопрочных закаленных металлов, например толстостенных труб из высокопрочных титановых или циркониевых сплавов. The technical result consists in the fact that, in the implementation of the present invention in the method of electron beam welding of pipes with filler wire, the linear energy of the electron beam is spent only on the melting of the welded edges of the weld and the formation of a weld pool. The filler wire is melted only due to the heat of the weld pool, which can be small. The absence of the shielding effect of the filler wire on the heating of the welded edges allows to obtain high-quality welded joints that do not contain lack of fusion. In addition, the filler metal, falling into the weld pool and melting in it, removes part of the heat from it, contributing to the rapid crystallization of the weld pool metal and thereby reduce the heat-affected zone. The narrowing of the heat-affected zone leads to an increase in the strength and corrosion properties of welded joints of high-strength hardened metals, for example, thick-walled pipes made of high-strength titanium or zirconium alloys.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе электронно-лучевой сварки труб с присадочной проволокой, подаваемой вдоль разделки шва, расплавляют электронным лучом металлы разделки шва с образованием сварочной ванны, а присадочную проволоку подают в расплавленную зону сварочной ванны вне зоны прямого действия электронного луча. The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of electron beam welding of pipes with a filler wire supplied along the seam, the weld metal is melted with an electron beam to form a weld pool, and the filler wire is fed into the molten zone of the weld pool outside the direct electron beam .

Кроме того, место для образования сварочной ванны выбирают на боковой поверхности корня шва в диапазоне 15 30 градусов относительно верхней точки трубы. In addition, the place for the formation of the weld pool is chosen on the side surface of the root of the seam in the range of 15-30 degrees relative to the upper point of the pipe.

Кроме того, присадочную проволоку подают под углом 5 7 градусов к поверхности сварочной ванны. In addition, the filler wire is fed at an angle of 5 7 degrees to the surface of the weld pool.

На фиг. 1 изображены заготовки труб из циркониевого сплава с V-образной разделкой кромок, собранные под сварку; на фиг. 2 показан сварной стык двух труб со сваренным корнем шва; на фиг. 3 представлена схема первого прохода заполнения разделки шва металлом присадочной проволоки; на фиг. 4 показан вид сверху на сварочную ванну и фокальное пятно электронного луча. In FIG. 1 shows tube blanks made of zirconium alloy with a V-shaped groove, assembled for welding; in FIG. 2 shows a welded joint of two pipes with a welded root of the seam; in FIG. 3 is a diagram of a first pass of filling a weld butcher with metal of a filler wire; in FIG. 4 shows a top view of the weld pool and focal spot of the electron beam.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Выполняют электронно-лучевую сварку труб 1, 2 с толщиной стенки 5 мм и диаметром 100 мм из циркониевого сплава с 2,5% ниобия. Свариваемые концы труб 1, 2 обрабатывают под V-образную разделку 3, обеспечивая толщину корня шва 4, равную 2 мм. Трубы 1, 2 обезжиривают, собирают на оправке и закрепляют во вращателе установки для электронно-лучевой сварки, снабженной устройством для подачи присадочной проволоки. В устройстве создают рабочее разрежение и сваривают корень шва 4 без применения присадочной проволоки. Для заполнения Y-образной разделки присадочной проволокой выбирают место для создания сварочной ванны на боковой поверхности корня шва в диапазоне 15 30 градусов относительно верхней точки трубы. Затем расплавляют электронным лучом 5 боковые кромки 6 разделки шва 3 с образованием сварочной ванны 7. После чего подают присадочную проволоку 8 диаметром 1,6 мм, выполненную из циркониевого сплава с 1% ниобия, вдоль разделки шва в сторону вращения труб 1, 2 в сварочную ванну 7 под углом 5 7 градусов к ее поверхности таким образом, чтобы вход проволоки 8 в сварочную ванну 7 находился в зоне 9, образованной между краями фокального пятна 10 электронного луча 5 и сварочной ванны 7. Разделку шва 3 заполняют металлом присадочной проволоки 8 за три полных прохода подачи присадочной проволоки с последующей заделкой кратера без подачи присадочной проволоки. Electron beam welding of pipes 1, 2 with a wall thickness of 5 mm and a diameter of 100 mm from zirconium alloy with 2.5% niobium is performed. The welded ends of the pipes 1, 2 are processed under a V-shaped groove 3, providing a thickness of the root of the weld 4 equal to 2 mm. Pipes 1, 2 are degreased, collected on a mandrel and fixed in the rotator of an electron beam welding machine equipped with a filler wire feeder. The device creates a working vacuum and weld the root of the seam 4 without the use of filler wire. To fill the Y-shaped groove with filler wire, choose a place to create a weld pool on the side surface of the root of the seam in the range of 15-30 degrees relative to the upper point of the pipe. Then, the lateral edges 6 of the weld 3 cutting are melted with an electron beam 5 to form a weld pool 7. After that, filler wire 8 with a diameter of 1.6 mm, made of zirconium alloy with 1% niobium, is fed along the weld groove in the direction of pipe rotation 1, 2 into the welding the bath 7 at an angle of 5 to 7 degrees to its surface so that the input of the wire 8 into the weld pool 7 is in the zone 9 formed between the edges of the focal spot 10 of the electron beam 5 and the weld pool 7. Cut the weld 3 with metal of filler wire 8 in three complete pass filler wire feeding followed by termination of the crater without filler wire feeding.

Claims

1. The method of electron beam welding of pipes with filler wire, characterized in that the filler wire is fed into the weld pool outside the direct beam area at an angle of 5 7 ^o to the surface of the weld pool.

2. The method according to claim 1, characterized in that the weld pool is positioned with an offset of 15-30 ^o relative to the zenith.