RU2201320C1

RU2201320C1 - Argon arc welding method

Info

Publication number: RU2201320C1
Application number: RU2001130911/02A
Authority: RU
Inventors: Б.И. Долотов; В.И. Меркулов; Б.Н. Марьин; В.И. Муравьев; Д.В. Матвеенко
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2003-03-27

Abstract

FIELD: welding by means of consumable or non-consumable electrode at feeding titanium base additive wire. SUBSTANCE: method comprises steps of preliminarily heating welding or additive wire in nitrogen atmosphere until temperature sufficient for forming on wire surface protective film of titanium nitride. It is possible to perform heating until temperature almost equal to temperature of melting wire material. EFFECT: significantly lowered porosity of welded seam metal. 2 cl

Description

Изобретение относится к сварке, преимущественно к сварке плавящимся электродом или вольфрамовым с подачей присадочной проволоки на основе титана, и касается проблемы снижения пористости металла сварных швов. The invention relates to welding, mainly to welding with a consumable electrode or tungsten with a filler wire based on titanium, and relates to the problem of reducing the porosity of the weld metal.

Известен способ сварки металлов с присадочной проволокой, при котором с целью уменьшения пористости сварных швов проволоку перед сваркой подвергают вакуумному отжигу, обезвоживают ацетоном и обезвоживают этиловым спиртом ("Металлургия и технология сварки титана и его сплавов", под редакцией С.М. Гуревича, "Наукова Думка", 1979, с. 101). A known method of welding metals with filler wire, in which, in order to reduce the porosity of the welds, the wire is subjected to vacuum annealing before welding, dehydrated with acetone and dehydrated with ethanol ("Metallurgy and technology for welding titanium and its alloys," edited by S. M. Gurevich, " The Science of Dumka, 1979, p. 101).

Недостатком известного способа является время пролеживания от окончания отжига до начала сварки, которое в производственных условиях может быть значительным; за это время поверхностью проволоки вновь адсорбируются газы и влага из атмосферы цеха. The disadvantage of this method is the dwell time from the end of annealing to the start of welding, which in a production environment can be significant; during this time, the surface of the wire again adsorb gases and moisture from the atmosphere of the workshop.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является способ дуговой сварки неплавящимся электродом, преимущественно изделий из титана и его сплавов, с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну, при котором с целью уменьшения пор в металле шва сварочную проволоку предварительно очищают нагревом до 1350...1400^oС в среде инертного газа в специальном устройстве, расположенном в непосредственной близости от сварочной дуги (а. с. СССР 1030120, В 23 К 9/16, 23.07.83). Недостаток известного способа заключается в сложности применения устройства для нагрева проволоки при сварке вольфрамовым электродом и отсутствием возможности реализации способа - при сварке плавящимся электродом.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed solution is a method of arc welding with a non-consumable electrode, mainly products from titanium and its alloys, with filler wire feeding into the weld pool, in which, in order to reduce pores in the weld metal, the welding wire is preliminarily cleaned by heating to 1350 ... 1400 ^o С in an inert gas medium in a special device located in the immediate vicinity of the welding arc (a.s. USSR 1030120, 23K 9/16, 07.23.83). The disadvantage of this method is the difficulty of using a device for heating the wire when welding with a tungsten electrode and the lack of the possibility of implementing the method when welding with a consumable electrode.

Изобретение направлено на повышение качества сварных соединений за счет снижения пористости металла сварного шва при аргонодуговой сварке изделий из титановых сплавов и на устранение нагревательного устройства из зоны сварки. The invention is aimed at improving the quality of welded joints by reducing the porosity of the weld metal during argon arc welding of titanium alloy products and to eliminate the heating device from the welding zone.

Сущность изобретения заключается в следующем. При аргонодуговой сварке изделий из титановых сплавов присадочную или электродную проволоку предварительно нагревают. В отличие от прототипа нагрев присадочной или электродной проволоки осуществляют в среде азота с использованием известных нагревательных устройств, причем самонагревательное устройство может располагаться на значительном удалении от зоны сварки, а процесс нагрева может осуществляться задолго до начала сварки. В процессе нагрева на поверхности проволоки формируют тонкую защитную пленку из нитрида титана, которая предохраняет металл от взаимодействия с активными составляющими окружающей атмосферы и от возможных механических повреждений. Одновременно с нагревом происходит термическая очистка проволоки из титанового сплава от газообразующих веществ, которые переходят в окружающую атмосферу. Для поверхностной очистки устанавливают температуру нагрева, при которой происходит пиролиз загрязнений, их полное разложение. Однако для полного удаления загрязнений, находящихся во внутренних дефектах прокатки (протяжки) проволоки, температура нагрева проволоки должна быть близкой к температуре ее плавления. Выбор оптимальной температуры нагрева обосновывают с учетом протекания на поверхности проволоки различных химических реакций, термомеханических процессов, адсорбционных процессов, пиролиза веществ и десорбционных процессов. При указанных температурах металл имеет очень низкую прочность, а давление образующихся в закрытых полостях проволоки газов настолько велико, что легко деформирует поверхностный слой металла, и газы прорываются наружу в атмосферу. Такой механизм прорыва поверхностного слоя проволоки, закрывающего дефект, и ее дегазации установлен экспериментально при нагреве проволоки из титанового сплава при различных температурах. Для повышения эффективности процесса температура нагрева должна быть как можно выше, т.е. близкой к температуре плавления материала проволоки, так как при температуре выше 1400^oС прочность проволоки минимальна, что установлено экспериментально. Выделяющиеся при нагреве проволоки газы попадают в атмосферу азота и не оказывают заметного влияния на образование нитридной пленки. Поэтому отпадает необходимость в процессе, заключающемся в вакуумировании проволоки при нагреве. Время нагрева проволоки в атмосфере азота подбирают экспериментально таким образом, чтобы толщина защитной нитридной пленки не превышала 2...3 мкм. При аргонодуговой сварке титановая проволока нагревается - при температуре 100^oС и выше. Нитриды титана разлагаются, образовавшиеся газообразные продукты разложения уносятся защитным газом аргоном (или гелием).The invention consists in the following. When argon-arc welding of products from titanium alloys, the filler or electrode wire is preheated. Unlike the prototype, the filler or electrode wire is heated in nitrogen using known heating devices, the self-heating device can be located at a considerable distance from the welding zone, and the heating process can be carried out long before the start of welding. During heating, a thin protective film of titanium nitride is formed on the surface of the wire, which protects the metal from interaction with the active components of the surrounding atmosphere and from possible mechanical damage. At the same time as heating, thermal cleaning of the titanium alloy wire from gas-forming substances that pass into the surrounding atmosphere occurs. For surface cleaning, the heating temperature is set at which pyrolysis of contaminants occurs, their complete decomposition. However, to completely remove contaminants that are in the internal defects of rolling (drawing) the wire, the heating temperature of the wire should be close to its melting temperature. The choice of the optimal heating temperature is justified taking into account the occurrence of various chemical reactions, thermomechanical processes, adsorption processes, pyrolysis of substances and desorption processes on the surface of the wire. At these temperatures, the metal has a very low strength, and the pressure of the gases formed in the closed cavities of the wire is so great that it easily deforms the surface layer of the metal, and the gases burst out into the atmosphere. Such a mechanism of breakthrough of the surface layer of the wire that covers the defect and its degassing was established experimentally by heating a titanium alloy wire at various temperatures. To increase the efficiency of the process, the heating temperature should be as high as possible, i.e. close to the melting temperature of the wire material, since at temperatures above 1400 ^o With the strength of the wire is minimal, which is established experimentally. The gases released during heating of the wire enter the nitrogen atmosphere and do not have a noticeable effect on the formation of a nitride film. Therefore, there is no need for a process consisting in evacuating the wire during heating. The heating time of the wire in a nitrogen atmosphere is selected experimentally so that the thickness of the protective nitride film does not exceed 2 ... 3 microns. When argon arc welding, the titanium wire is heated - at a temperature of 100 ^o C and above. Titanium nitrides decompose, the resulting gaseous decomposition products are carried away by protective gas with argon (or helium).

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

При сварке образцов титанового сплава ВТ20 с использованием присадочной проволоки марки ВТ20-1св, предварительно обработанной на установке "Булат", снижение пористости составило в среднем 7-8% по сравнению с необработанной проволокой. When welding VT20 titanium alloy samples using a VT20-1sv filler wire pretreated at the Bulat installation, the porosity reduction averaged 7-8% compared to untreated wire.

Использование предлагаемого технического решения позволяет улучшить качество сварки, уменьшив пористость металла сварного шва. Using the proposed technical solution can improve the quality of welding, reducing the porosity of the weld metal.

Claims

1. A method of argon-arc welding of titanium and its alloys, in which the filler or electrode wire is preheated, characterized in that the heating is carried out in a nitrogen medium to a temperature sufficient to form a protective film of titanium nitride on the surface of the wire.

2. The welding method according to claim 1, characterized in that the heating is carried out to a temperature close to the melting temperature of the wire material.