RU2252116C2 - Method for electric-arc welding of multi-pass joints - Google Patents
Method for electric-arc welding of multi-pass joints Download PDFInfo
- Publication number
- RU2252116C2 RU2252116C2 RU2003105534/02A RU2003105534A RU2252116C2 RU 2252116 C2 RU2252116 C2 RU 2252116C2 RU 2003105534/02 A RU2003105534/02 A RU 2003105534/02A RU 2003105534 A RU2003105534 A RU 2003105534A RU 2252116 C2 RU2252116 C2 RU 2252116C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- welded
- pass
- metal
- welding current
- Prior art date
Links
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при изготовлении металлоконструкций для повышения производительности труда и качества сварки.The invention relates to welding production and can be used in the manufacture of metal structures to increase labor productivity and welding quality.
Известен способ дуговой наплавки изделий [1], включающий сварку на рассчитанном числе проходов, рассчитанных силе сварочного тока, напряжении и скорости сварки, при котором расчет производят по глубине проплавления i-того прохода. Определенный таким образом режим обеспечивает минимальное время выполнения процесса. Однако недостатком этого способа является то, что не учитывается скорость охлаждения металла сварного соединения в критическом интервале температур, которая определяется силой сварочного тока, напряжением и скоростью сварки. Это обстоятельство при наплавке среднелегированных закаливающихся сталей может привести к образованию закалочных структур в металле сварного соединения, следовательно, к холодным трещинам.A known method of arc welding of products [1], including welding on the calculated number of passes, calculated the strength of the welding current, voltage and welding speed, at which the calculation is made according to the penetration depth of the i-th pass. The mode defined in this way ensures the minimum execution time of the process. However, the disadvantage of this method is that it does not take into account the cooling rate of the weld metal in a critical temperature range, which is determined by the strength of the welding current, voltage and welding speed. This circumstance during surfacing of medium alloyed hardened steels can lead to the formation of quenching structures in the weld metal, and therefore to cold cracks.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ дуговой сварки [2], включающий расчет площади поперечного сечения наплавленного металла соединения, числа проходов, сварку корневого прохода и сварку заполняющих слоев на рассчитанных силе сварочного тока, напряжении и скорости сварке. Недостаток этого способа состоит в том, что не учитывается скорость охлаждения металла сварного соединения в критическом интервале температур, которая определяется силой сварочного тока, напряжением и скоростью сварки. Это обстоятельство при сварке среднелегированных закаливающихся сталей может привести к образованию закалочных структур в металле сварного соединения и, следовательно, к холодным трещинам.The closest in technical essence to the claimed is the method of arc welding [2], which includes calculating the cross-sectional area of the weld metal of the connection, the number of passes, welding of the root pass and welding of the filling layers on the calculated welding current strength, voltage and welding speed. The disadvantage of this method is that it does not take into account the cooling rate of the weld metal in a critical temperature range, which is determined by the strength of the welding current, voltage and welding speed. When welding medium alloyed hardened steels, this circumstance can lead to the formation of quenching structures in the weld metal and, therefore, to cold cracks.
Техническая задача изобретения - повышение качества сварных соединений за счет исключения образования закалочных структур в металле сварного соединения и сокращение производственных затрат путем сокращения времени сварки.The technical task of the invention is to improve the quality of welded joints by eliminating the formation of quenching structures in the welded metal and reducing production costs by reducing welding time.
Технический результат достигается тем, что при дуговой сварке в углекислом газе многопроходных соединений задают длину сварного соединения, глубину проплавления предыдущего прохода и критическую скорость охлаждения, а сварку заполняющих слоев ведут с температурой подогрева, силой сварочного тока, напряжением и скоростью сварки, определяемых с допуском ±5% по соотношениямThe technical result is achieved by the fact that in arc welding in carbon dioxide of multi-pass joints, the length of the welded joint, the penetration depth of the previous pass and the critical cooling rate are set, and the filling layers are welded with a heating temperature, welding current strength, voltage and welding speed, determined with a tolerance of ± 5% ratio
гдеWhere
Lш - длина сварного соединения, м; S - площадь поперечного сечения шва, м2, Iсв, Vсв, T, Tn, dэ - соответственно сила сварочного тока, А; скорость сварки, м/час; температура плавления металла, температура подогрева, ° С; диаметр электродной проволоки, мм; - коэффициент расплавления электродной проволоки (lэ - вылет электрода, мм); λ i - неопределенные множители Лагранжа (i=1,... 6), h - заданная глубина проплавления предыдущего слоя, мм; ω - критическая скорость охлаждения свариваемого металла, ° С/с; х1=1,098, x2=-0,451, x3=1,37, x7=0,32, x8=-0,64, x9=0,38, x10=0,616, ξ =1,11, Кu=3,65, ξ 1=0,554, при этом в случае схемы нагрева свариваемого соединения в виде “пластина” х4=1, x5=2, x6=3, а в случае в схемы нагрева свариваемого соединения в виде “полубесконечное тело” - х4=0, x5=1, x6=2, К2=2· π · λ t· cγ x4, - где η u λ t, a, cγ - соответственно эффективный кпд нагрева изделия, коэффициенты теплопроводности Вт/(м· ° С), температуропроводности м2/с и объемной теплоемкости Дж/(м3· ° С); Imin, Imax - технологические ограничения на силу сварочного тока, A; Vmin, Vmax - технологические ограничения на скорость сварки, м/час, i, ν - фиктивные переменные.L W - weld length, m; S is the cross-sectional area of the seam, m 2 , I St , V St , T, T n , d e - respectively, the welding current strength, A; welding speed, m / h; metal melting temperature, heating temperature, ° C; diameter of electrode wire, mm; - the coefficient of fusion of the electrode wire (l e - the departure of the electrode, mm); λ i — indefinite Lagrange multipliers (i = 1, ... 6), h — given depth of penetration of the previous layer, mm; ω is the critical cooling rate of the welded metal, ° C / s; x 1 = 1.098, x 2 = -0.451, x 3 = 1.37, x 7 = 0.32, x 8 = -0.64, x 9 = 0.38, x 10 = 0.616, ξ = 1.11 , K u = 3.65, ξ 1 = 0.554, while in the case of the heating circuit of the welded joint in the form of a “plate” x 4 = 1, x 5 = 2, x 6 = 3, and in the case of the heating circuit of the welded joint in in the form of a “semi-infinite body” - x 4 = 0, x 5 = 1, x 6 = 2, K 2 = 2 · π · λ t · cγ x4 , - where η u λ t , a, cγ are, respectively, the effective efficiency of heating the product , coefficients of thermal conductivity W / (m · ° C), thermal diffusivity m 2 / s and volumetric heat capacity J / (m 3 · ° C); I min , I max - technological restrictions on the strength of the welding current, A; V min , V max - technological restrictions on the welding speed, m / h, i, ν - dummy variables.
Одним из методов повышения конкурентоспособности сварочного производства является сокращение затрат, в частности основного времени процесса сварки. Основываясь на экспериментальных исследованиях, задачу сварки многопроходных соединений при заданных до сварки площади поперечного сечения наплавленного металла соединения S, длине соединения L, диаметре dэ и вылете электрода свели к сварке на расчетных оптимальных силе сварочного тока Icв, напряжении на дуге U∂ , скорости сварки Vсв, и температуре подогрева путем поиска минимума основного времени сварки как функции перечисленных выше параметров. Основное время сварки многопроходных соединений с одной стороны определяется как N· t (N - число проходов, t - время выполнения одного прохода), а с другой зависимостьюOne of the methods to increase the competitiveness of welding production is to reduce costs, in particular the main time of the welding process. Based on experimental studies, the task of welding multi-pass joints with the cross-sectional area of the deposited metal of the welded joint S, the length of the joint L, the diameter d e and the reach of the electrode was reduced to welding at the calculated optimal welding current strength I cv , arc voltage U∂, speed welding V St. , and the heating temperature by searching for a minimum of the main welding time as a function of the above parameters. The main time for welding multi-pass joints on the one hand is defined as N · t (N is the number of passes, t is the execution time of one pass), and with the other,
где γ - плотность металла, Ψ - коэффициент потерь электродного металла на угар и разбрызгивание, α Р - коэффициент расплавления сварочной проволоки.where γ is the density of the metal, Ψ is the loss coefficient of electrode metal due to fumes and spatter, α P is the coefficient of fusion of the welding wire.
Коэффициент расплавления сварочной проволоки в случае сварки в углекислом газе определяют как функцию силы сварочного тока, вылета lэ и диаметра электрода dэ The fusion coefficient of the welding wire in the case of welding in carbon dioxide is determined as a function of the welding current strength, the outreach l e and the electrode diameter d e
где x7=0,32, х8=-0,64, х9=0,38, х10=0,616 - экспериментально определяемые коэффициенты.where x 7 = 0.32, x 8 = -0.64, x 9 = 0.38, x 10 = 0.616 are experimentally determined coefficients.
При выполнении операции сварки многопроходных соединений требуется достичь заданного проплавления предыдущего слоя. Экспериментальным путем при сварке в углекислом газе получили зависимости между глубиной проплавления h с одной стороны и силой сварочного тока, напряжением на дуге, скоростью сварки и температурой подогрева Tn, теплофизическими свойствами свариваемого металла (η u λ t, а - соответственно эффективный кпд нагрева изделия, коэффициенты теплопроводности, температуропроводности) с другойWhen performing the welding operation of multi-pass joints, it is required to achieve the specified penetration of the previous layer. When experimentally welding in carbon dioxide, the dependences were obtained between the penetration depth h on the one hand and the welding current strength, arc voltage, welding speed and heating temperature T n , thermophysical properties of the metal being welded (η u λ t , and, respectively, the effective efficiency of heating the product , thermal conductivity, thermal diffusivity) with another
где ξ =1,11, x1=1,098, х2=-0,451, х3=1,37, КU=3,65 - экспериментально определяемые коэффициенты.Where ξ = 1.11, x 1 = 1.098, x 2 = -0.451, x 3 = 1.37, K U = 3.65 - experimentally determined coefficients.
Критическую скорость охлаждения металла шва определяют из соотношенияThe critical cooling rate of the weld metal is determined from the ratio
где коэффициенты x4=1, x5=2, x6=3, если свариваемое соединение относится к схеме нагрева "пластина", если свариваемое соединение относится к схеме нагрева "полубесконечное тело", то х4=0, x5=1, х6=2.where the coefficients x 4 = 1, x 5 = 2, x 6 = 3, if the welded joint refers to the "plate" heating scheme, if the welded joint refers to the semi-infinite body heating scheme, then x 4 = 0, x 5 = 1 , x 6 = 2.
На практике при выполнении сварочных работ на силу сварочного тока, напряжение на дуге и скорость сварки накладываются технологические ограничения. Скорость сварки ограничивается, с одной стороны, минимально возможным значением Vmin, обеспечиваемым оборудованием или сварщиком при полуавтоматической сварке, или вероятностью образования дефектов шва типа наплывы, с другой, - максимально возможным значением Vmax, обеспечиваемым оборудованием или сварщиком, или вероятностью образования дефектов шва типа подрезы, или устойчивостью горения дугиIn practice, when performing welding operations, technological limitations are imposed on the strength of the welding current, arc voltage and welding speed. The welding speed is limited, on the one hand, by the minimum possible value of V min provided by the equipment or the welder during semi-automatic welding, or by the probability of formation of weld defects such as sagging, on the other hand, by the maximum possible value of V max provided by the equipment or by the welder, or the probability of formation of weld defects type of undercut, or steady burning arc
Vсв min<Vсв<Vсв max V St. min <V St. <V St. max
Аналогично, на силу сварочного тока накладываются ограничения, связанные с устойчивостью горения дуги, формированием шва и техническими возможностями сварочного оборудования:Similarly, restrictions on the strength of the welding current are associated with the stability of the arc, the formation of the seam and the technical capabilities of the welding equipment:
Iсв min<Iсв<Iсв max.I St min <I St <I St max .
Ограничение на напряжение на дуге накладывают в виде экспериментально установленной связи напряжения и силы сварочного тока для качественного формирования шваThe limitation on the arc voltage is imposed in the form of an experimentally established relationship between voltage and welding current strength for high-quality weld formation
Тогда поставленная задача определения силы сварочного тока, напряжения на дуге, скорости сварки и температуры подогрева после применения правила Лагранжа принимает видThen the task of determining the strength of the welding current, arc voltage, welding speed and heating temperature after applying the Lagrange rule takes the form
где λ 1 - неопределенные множители Лагранжа (i=1,... 6), Imin, Imax - технологические ограничения на силу сварочного тока, A; Vmin, Vmax - технологические ограничения на скорость сварки, м/час, i, ν - фиктивные переменные, служат для преобразования неравенств в равенства, являясь средством метода решения задачи.where λ 1 - indefinite Lagrange multipliers (i = 1, ... 6), I min , I max - technological limitations on the strength of the welding current, A; V min , V max - technological restrictions on the welding speed, m / h, i, ν - dummy variables, serve to convert inequalities into equalities, being a means of solving the problem.
Для отыскания решения поставленной задачи, решают образованную из предыдущего уравнения систему дифференциальных уравнений:To find a solution to the problem, solve the system of differential equations formed from the previous equation:
где - точки экстремума, j=1,2, k=1,2,1=1,2,3,4,6.Where - points of extremum, j = 1,2, k = 1,2,1 = 1,2,3,4,6.
Пример реализации предложенного способа.An example implementation of the proposed method.
Сваривают в углекислом газе соединение из среднелегированной стали толщиной 10 мм со скосом кромок 30° , площадь поперечного сечения наплавленного металла соединения 59 мм2, длина соединения 1000 мм. Принимаем теплофизические свойства процесса и материала по данным справочной литературы: плотность γ =7850 кг/м3, эффективный кпд нагрева изделия η u=0,8, коэффициенты теплопроводности λ t=0,42 Вт/(см· К), температуропроводности а=0,08 см2/с и объемной теплоемкости сγ =4,8 Дж/(см3К), температура плавления Т=1530° С. Задана критическая скорость охлаждения ω =20° С/с. Сварка производится постоянным током обратной полярности проволокой диаметром 1,6 мм, вылет электрода 16 мм. Приняли схему нагрева "пластина". Задали глубину проплавления предыдущего слоя h=3 мм.A compound of medium alloyed steel 10 mm thick with a bevel of 30 ° is welded in carbon dioxide, the cross-sectional area of the deposited metal is 59 mm 2 , the length of the joint is 1000 mm. We take the thermophysical properties of the process and material according to the reference literature: density γ = 7850 kg / m 3 , effective heating efficiency of the product η u = 0.8, thermal conductivity λ t = 0.42 W / (cm · K), thermal diffusivity a = 0.08 cm 2 / s and volumetric heat capacity with γ = 4.8 J / (cm 3 K), melting temperature T = 1530 ° C. A critical cooling rate of ω = 20 ° C / s was set. Welding is carried out by direct current of reverse polarity with a wire with a diameter of 1.6 mm, the reach of the electrode is 16 mm. Adopted the heating circuit "plate". The penetration depth of the previous layer was set h = 3 mm.
Экспериментально определяемые коэффициенты в этом случае принимают значения: х1=1,098, х2=-0,451, x3=1,37, х7=0,32, x8=-0,64, х9=0,38, x10=0,616, ξ =1,11, Ku=3,65, ξ 1=0,554. Технологические ограничения на силу сварочного тока Imin, Imax принимаем 100 А и 600 А соответственно, технологические ограничения на скорость сварки Vmin, Vmax принимаем 7 м/ч и 80 м/ч соответственно.The experimentally determined coefficients in this case take the values: x 1 = 1.098, x 2 = -0.451, x 3 = 1.37, x 7 = 0.32, x 8 = -0.64, x 9 = 0.38, x 10 = 0.616, ξ = 1.11, K u = 3.65, ξ 1 = 0.554. Technological restrictions on the welding current strength I min , I max are 100 A and 600 A, respectively, technological restrictions on the welding speed V min , V max are 7 m / h and 80 m / h, respectively.
Решение поставленной задачи выполнялось средствами математического пакета Mathcad. Рассчитанные параметры режима: сила сварочного тока 234±12 А, напряжение на дуге 27±1,5 В, скорость сварки 32±1,6 м/ч, температура подогрева 198° С, число проходов 5.The solution of the problem was carried out by means of the mathematical package Mathcad. The calculated mode parameters: welding current strength 234 ± 12 A, arc voltage 27 ± 1.5 V, welding speed 32 ± 1.6 m / h, heating temperature 198 ° C, number of passes 5.
Производилась сварка в углекислом газе ГОСТ 8050 заданного соединения из стали 17ГС на рассчитанных режимах проволокой Св-08Г2С ГОСТ 2246 диаметром 1,6 мм (вылет электрода 15... 17 мм). Использовался сварочный автомат тракторного типа АДГ-502 с источником сварочного питания ВДУ-504. Для записи термического цикла использовали автоматический электронный потенциометр КСП-4 с хромель-алюмелевыми термопарами диаметром 0,5 мм. Вначале была выполнена сварка коневого прохода. Температура 200± 20° С в месте наплавки была достигнута путем наложения дополнительных швов. Затем была выполнена сварка заполняющих проходов на режиме: сила сварочного тока 230±10 А, напряжение на дуге 26±2 В, скорость сварки 32±0,5 м/ч. Для заполнения разделки кромок было выполнено 5 проходов. Наложение каждого последующего прохода начинали при температуре 200±5° С в месте наплавки. Обработкой экспериментальных данных, полученных с помощью потенциометра КСП-4, установлено, что скорость охлаждения в ОШЗ заполняющих проходов составляла 15±5° С.Welded in carbon dioxide GOST 8050 specified compound of steel 17GS in the calculated modes with wire Sv-08G2S GOST 2246 with a diameter of 1.6 mm (electrode reach 15 ... 17 mm). We used a tractor-type welding machine ADG-502 with a welding power source VDU-504. To record the thermal cycle, the KSP-4 automatic electronic potentiometer with chromel-alumel thermocouples with a diameter of 0.5 mm was used. At first, welding of the horse passage was carried out. The temperature of 200 ± 20 ° C at the site of surfacing was achieved by imposing additional seams. Then, welding of filling passages was performed in the following mode: welding current strength 230 ± 10 A, arc voltage 26 ± 2 V, welding speed 32 ± 0.5 m / h. To complete the cutting of the edges, 5 passes were performed. The overlay of each subsequent pass began at a temperature of 200 ± 5 ° C in the place of surfacing. By processing the experimental data obtained using the KSP-4 potentiometer, it was found that the cooling rate in the OZZ of filling passages was 15 ± 5 ° С.
Технико-экономическое преимущество изобретения состоит в повышении качества сварных соединений за счет исключения образования закалочных структур в металле сварного соединения и сокращение производственных затрат путем сокращения времени сварки. Способ не требует капитальных затрат, имеет широкие возможности и может использоваться при применении любых типов соединений с разделкой кромок.The technical and economic advantage of the invention is to improve the quality of welded joints by eliminating the formation of quenching structures in the welded metal and reducing production costs by reducing welding time. The method does not require capital expenditures, has ample opportunities and can be used when using any type of joints with cutting edges.
Источники информацииSources of information
1. Васильев Н.Г. Оптимизация технологии наплавки изношенных изделий.//Сварочное производство, 1994, № 7, с.4-7.1. Vasiliev N.G. Optimization of deposition technology for worn-out products. // Welding production, 1994, No. 7, p. 4-7.
2. Кривошея В.Е., Бабкин А.С. Проектирование в диалоговом режиме на ЭВМ технологического процесса сварки в СO2//Автоматическая сварка, № 1, 1990, с.62-65.2. Krivosheya V.E., Babkin A.S. Dialogue design on a computer of the technological process of welding in CO 2 // Automatic welding, No. 1, 1990, p. 62-65.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003105534/02A RU2252116C2 (en) | 2003-02-25 | 2003-02-25 | Method for electric-arc welding of multi-pass joints |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003105534/02A RU2252116C2 (en) | 2003-02-25 | 2003-02-25 | Method for electric-arc welding of multi-pass joints |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003105534A RU2003105534A (en) | 2004-09-27 |
RU2252116C2 true RU2252116C2 (en) | 2005-05-20 |
Family
ID=35820808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003105534/02A RU2252116C2 (en) | 2003-02-25 | 2003-02-25 | Method for electric-arc welding of multi-pass joints |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2252116C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2743082C1 (en) * | 2020-07-07 | 2021-02-15 | Публичное акционерное общество «Челябинский трубопрокатный завод» (ПАО «ЧТПЗ») | Method of multi-arc multi-pass welding of electric-welded large-diameter pipes |
-
2003
- 2003-02-25 RU RU2003105534/02A patent/RU2252116C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ВАСИЛЬЕВ Н.Г. Оптимизация технологии наплавки изношенных деталей // Сварочное производство №7, 1994 г., с.4-7. * |
КРИВОШЕЯ В.Е., БАБКИН А.С. Проектирование в диалоговом режиме на ЭВМ технологического процесса сварки в СО//Автоматическая сварка №1, 1990 г., с.62-65. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2743082C1 (en) * | 2020-07-07 | 2021-02-15 | Публичное акционерное общество «Челябинский трубопрокатный завод» (ПАО «ЧТПЗ») | Method of multi-arc multi-pass welding of electric-welded large-diameter pipes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2258493B1 (en) | Welded steel pipe welded with a high energy density beam, and a manufacturing method therefor | |
US10086462B2 (en) | Hardfacing with low carbon steel electrode | |
JPS6317554B2 (en) | ||
CN107900496A (en) | A kind of 45# steel main shaft and 45# steel flange disk welding methods | |
Bamankar et al. | Study of the Effect of Process Parameters on Depth of Penetration and Bead Width in SAW (submerged arc welding) process | |
RU2252116C2 (en) | Method for electric-arc welding of multi-pass joints | |
CN106513952A (en) | Electric arc welding defect inhibition method | |
Bagger et al. | Comparison of plasma, metal inactive gas (MIG) and tungsten inactive gas (TIG) processes for laser hybrid welding | |
Beyer et al. | Hybrid laser welding techniques for enhanced welding efficiency | |
JPH06285640A (en) | Inner surface welding method for clad steel tube | |
CN102941399B (en) | Gas-shielded welding method for pearlite heat-resistant steel structural members | |
JPH0428472B2 (en) | ||
Maksymov et al. | EffECt of pARAMEtERS of pUlSED-ARC wElDing on tHE foRMAtion of wElD MEtAl AnD MiCRoStRUCtURE of HEAt-AffECtED ZonE of 09g2S StEEl | |
Smirnova et al. | Calculation of automatic submerged arc welding | |
RU2110378C1 (en) | Method of electric-arc welding | |
RU2787195C1 (en) | Method for hybrid laser-arc welding of thick-wall pipes | |
JPS61226187A (en) | Production of high-alloy steel clad steel pipe | |
Yadav et al. | Different methods for predicting and optimizing weld bead geometry with mathematical modeling and ANN technique | |
RU2076027C1 (en) | Method of pig-iron electric arc welding | |
Suwannatee et al. | Single-Pass Process of Square Butt Joints without Edge Preparation Using Hot-Wire Gas Metal Arc Welding. Metals 2023, 13, 1014 | |
WO2021230768A1 (en) | Control of thermal cycle of butt joint laser welding | |
Batta et al. | Optimization of submerged arc welding process: a review | |
RU2252115C2 (en) | Method for welding up crater of seam | |
SU53553A1 (en) | Hadfield cold electric welding method | |
Skuba et al. | Algorithm of technological adaptation for automated multipass MIG/MAG welding of items with a variable width of edge preparation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060226 |