RU2288823C2

RU2288823C2 - Fusion welding method

Info

Publication number: RU2288823C2
Application number: RU2005103769/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Глущенков (RU); Владимир Александрович Глущенков; Алексей Юрьевич Иголкин (RU); Алексей Юрьевич Иголкин; Николай Петрович Родин (RU); Николай Петрович Родин; Владимир Иванович Бобринский (RU); Владимир Иванович Бобринский; Людмила Федоровна Фомичева (RU); Людмила Федоровна Фомичева; Ринат Юнусович Юсупов (RU); Ринат Юнусович Юсупов
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2006-12-10
Also published as: RU2005103769A

Abstract

FIELD: processes for fusion welding with use of additive materials or without it.

SUBSTANCE: method comprises steps of acting by means of pulse magnetic field at welding process upon crystallization zone of melt metals of welded seam with intervals between discharge pulses 0.5 - 2 s in lengthwise or crosswise direction relative to welded seam.

EFFECT: possibility for enhancing quality of welded seam due to its changed structure, improved mechanical properties and lowered level of residual stresses.

3 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к сварке плавлением (электродуговой, аргонно-дуговой, лазерной и др.) с присадочным и без присадочного материала, в процессе которой при соединении свариваемых деталей образуется сварочная ванна расплавленного металла.The invention relates to fusion welding (electric arc, argon-arc, laser, etc.) with filler and without filler material, during which a molten metal weld pool is formed when connecting the parts to be welded.

Известен способ сварки (А.с. №1597254, МПК В 23 К 9/08, бюл. №37, 1990 г.), при котором на сварочную дугу воздействуют поперечным импульсным магнитным полем, отклоняя ее вдоль свариваемого стыка с частотой 1-5 Гц.A known method of welding (A.S. No. 1597254, IPC V 23 K 9/08, bull. No. 37, 1990), in which the welding arc is affected by a transverse pulsed magnetic field, deflecting it along the welded joint with a frequency of 1-5 Hz

Недостатком этого способа является низкое качество металла шва, т.к. затруднены процессы дегазации и диспергирования окисных плен.The disadvantage of this method is the low quality of the weld metal, because the processes of degassing and dispersing oxide captures are complicated.

Известен способ сварки с присадочным материалом (a.c. 1106612, МПК В 23 К 9/08, бюл. №29, 1984 г.), при котором в период прекращения его подачи на дугу воздействуют импульсным магнитным полем, причем в период подачи присадочного материала воздействие магнитного поля прекращают.A known method of welding with filler material (ac 1106612, IPC B 23 K 9/08, bull. No. 29, 1984), in which during the termination of its filing on the arc is affected by a pulsed magnetic field, and during the filing of filler material the effect of magnetic fields stop.

Недостатком этого способа также является низкое качество металла шва из-за резкого увеличения объема сварной ванны в момент подачи присадочного материала, затруднены процессы дегазации и диспергирования окисных плен.The disadvantage of this method is the low quality of the weld metal due to a sharp increase in the volume of the weld pool at the time of filler filing, the degassing and dispersion of oxide films are complicated.

В обоих способах воздействие импульсным магнитным полем осуществляют на электрическую дугу, а не на расплавленный металл сварного шва, улучшая электрофизические характеристики дуги, поэтому качество металла сварного шва не улучшается.In both methods, the impact of a pulsed magnetic field is carried out on the electric arc, and not on the molten metal of the weld, improving the electrical characteristics of the arc, so the quality of the weld metal does not improve.

Основными дефектами, возникающими в сварочном шве и околошовной зоне в процессе кристаллизации металла, являются: наличие пор, неравномерная литейная структура, остаточные термические напряжения.The main defects that occur in the weld and heat-affected zone in the process of metal crystallization are: the presence of pores, uneven casting structure, residual thermal stresses.

В основу изобретения поставлена задача улучшить качество сварного шва за счет изменения структуры, повышения механических свойств и снижения уровня остаточных напряжений.The basis of the invention is the task to improve the quality of the weld due to structural changes, improve mechanical properties and reduce the level of residual stresses.

Данная задача решается за счет того, что в способе сварки плавлением на зону расплавленного металла при кристаллизации воздействуют импульсным магнитным (ИМП) полем с периодичностью импульсов разряда 0,5-2 секунды. При этом воздействуют на зону кристаллизации металла импульсным магнитным полем либо в продольном направлении, либо в поперечном по отношению к сварному шву.This problem is solved due to the fact that in the method of fusion welding, the molten metal zone during crystallization is exposed to a pulsed magnetic (IMP) field with a discharge pulse frequency of 0.5-2 seconds. In this case, they influence the crystallization zone of the metal by a pulsed magnetic field either in the longitudinal direction or transversely with respect to the weld.

При воздействии ИМП на металл в процессе кристаллизации в нем, как результат действия наводимых вихревых токов, возникают внутренние дополнительные источники тепла, а действие интенсивных металлопотоков из-за электродинамических сил приводит к дроблению зарождающихся зерен, увеличению центров кристаллизации, то есть в конечном счете измельчению структуры как в самом шве, так и в околошовной зоне. При этом за счет изменения направленности воздействия ИМП имеется возможность управления источниками дополнительного нагрева и металлопотоками. Как показали эксперименты из условий кристаллизации и скорости сварки частота следования импульсного воздействия должны быть не менее 1 Гц.When an IMP acts on a metal during crystallization, internal additional heat sources arise in it, as a result of the action of induced eddy currents, and the action of intense metal flows due to electrodynamic forces leads to crushing of the nucleating grains, an increase in the crystallization centers, that is, ultimately to refinement of the structure both in the seam and in the heat-affected zone. At the same time, due to changes in the direction of the impact of UTI, it is possible to control sources of additional heating and metal flows. As experiments have shown from the conditions of crystallization and welding speed, the pulse repetition rate must be at least 1 Hz.

На фиг.1 представлена схема реализации предложенного способа,Figure 1 presents the implementation diagram of the proposed method,

на фиг.2 - вид сверху.figure 2 is a top view.

В процессе сварки зону сварочного шва можно условно разбить на два участка: 1 - участок расплавления соединяемых металлов (зона дуги); 2 - участок затвердевания (кристаллизации). Второй участок в процессе сварки находится позади первого, то есть за зоной дуги, зоной расплавления металла. Сварочная ванна 3. Сварной шов 4, протяженность его зависит от марки материала и толщины свариваемых деталей 5 и 6 от нескольких до десятков мм. К сварочной головке 7 примыкает индуктор 8, подключенный с помощью гибкого кабеля к магнитно-импульсной установке 9. Индуктор 8 закреплен на сварочной головке 7 и движется синхронно с ней.In the process of welding, the zone of the weld can be divided into two sections: 1 - section of the melting of the metals to be joined (arc zone); 2 - site of solidification (crystallization). The second section in the welding process is behind the first, that is, beyond the arc zone, the zone of metal melting. Welding pool 3. Weld 4, its length depends on the grade of material and the thickness of the welded parts 5 and 6 from several to tens of mm. An inductor 8 is connected to the welding head 7, connected with a flexible cable to a magnetic pulse installation 9. The inductor 8 is mounted on the welding head 7 and moves synchronously with it.

Расплавление металла в зоне 1 происходит путем воздействия на металл дуги сварочной головки 7. Сварочная головка 7 движется непрерывно в процессе сварки, при необходимости подача присадочной проволоки происходит также непрерывно.The melting of metal in zone 1 occurs by acting on the metal of the arc of the welding head 7. The welding head 7 moves continuously during the welding process, if necessary, filler wire is also fed continuously.

Под сварочной головкой 7 металл расплавляется, а в зоне индуктора 8 металл охлаждается и кристаллизуется. В этой зоне (зона кристаллизации) на индуктор 8 с частотой не менее 1 Гц разряжается батарея конденсаторов МИУ. Возникающее вокруг индуктора 8 магнитное поле наводит в кристаллизующемся металле вихревые токи. Токи распределены по глубине неравномерно: на поверхности максимальны, а в глубину убывают по экспоненциальному закону.Under the welding head 7, the metal is melted, and in the zone of the inductor 8, the metal is cooled and crystallized. In this zone (crystallization zone), an MIU capacitor bank is discharged to the inductor 8 with a frequency of at least 1 Hz. The magnetic field arising around the inductor 8 induces eddy currents in the crystallizing metal. The currents are distributed unevenly in depth: they are maximum on the surface, and in depth decrease exponentially.

Пример конкретного выполнения:An example of a specific implementation:

Для эксперимента в качестве сварного оборудования использовалась установка УСА-500С. Одновитковый индуктор подсоединялся к магнитно-импульсной установке МИУ-1С.Использовались образцы из листового материала АМГ-6 толщиной 4 мм. После фиксации образцов включали установку УСА-500С, при выходе ее на стационарный режим сварки на ванночку расплавленного металла подавались импульсы с частотой разряда 1 Гц и периодичностью импульсов 0,5-2 секунды, энергией 300 Дж; 470 Дж; 920 Дж. Далее сваренные пластины разрезались на образцы, были получены микрошлифы, сравнительный анализ которых показал изменение структуры в самом шве.For the experiment, the USA-500S installation was used as welded equipment. A single-turn inductor was connected to a MIU-1S magnetic-pulse installation. Samples of 4 mm thick AMG-6 sheet material were used. After fixing the samples, the USA-500S installation was turned on; when it entered the stationary welding mode, pulses with a discharge frequency of 1 Hz and a pulse frequency of 0.5–2 seconds and an energy of 300 J were supplied to the molten metal bath; 470 j; 920 J. Next, the welded plates were cut into samples, microsections were obtained, a comparative analysis of which showed a change in the structure in the weld itself.

При воздействии ИМП на металл в процессе кристаллизации в нем, как результат действия наводимых вихревых токов, возникают внутренние дополнительные источники тепла, а действие электрических сил вызывает интенсивные металлопотоки, что приводит к дроблению зарождающихся зерен, увеличению количества центров кристаллизации, то есть в конечном счете изменению структуры в самом шве. При этом за счет изменения направленности и величины воздействия ИМП имеется возможность управления источниками дополнительного нагрева и металлопотоками. Как показали эксперименты наибольший эффект воздействия ИМП был получен на режиме обработки 920 Дж и периодичностью импульсов разряда 0,5-2 секунды.When an IMP acts on a metal during crystallization, internal additional heat sources arise in it, as a result of the action of induced eddy currents, and the action of electric forces causes intense metal flows, which leads to crushing of the nucleating grains, an increase in the number of crystallization centers, i.e., ultimately, a change structures in the seam itself. At the same time, due to changes in the direction and magnitude of the impact of UTI, it is possible to control sources of additional heating and metal flows. As shown by experiments, the greatest effect of the influence of UTI was obtained at the processing mode of 920 J and with a frequency of discharge pulses of 0.5-2 seconds.

Силовое воздействие, во-первых, уплотняет металл, во-вторых, под действием металлопотоков происходит его перемешивание, способствующее дегазации, равномерности химсостава, кроме того, металлопоток дробит зарождающиеся (столбчатые) зерна. Осколки зерен являются центрами кристаллизации. Все это вместе взятое способствует измельчению структуры в околошовной зоне и устраняет появление остаточных термических напряжений, что способствует повышению качества металла шва.First, the force compacts the metal, and secondly, under the influence of metal flows it is mixed, which contributes to degassing, uniform chemical composition, in addition, the metal stream breaks up the nucleating (columnar) grains. The grain fragments are the centers of crystallization. All this taken together contributes to the refinement of the structure in the heat-affected zone and eliminates the appearance of residual thermal stresses, which improves the quality of the weld metal.

Claims

1. A method of fusion welding, including exposure to a pulsed magnetic field, characterized in that the pulsed magnetic field affects the crystallization zone of the molten metal of the weld with a pulse frequency of 0.5-2 seconds.

2. The method according to claim 1, characterized in that the pulsed magnetic field acts on the crystallization zone in the longitudinal direction with respect to the weld.

3. The method according to claim 1, characterized in that the pulsed magnetic field affects the crystallization zone in the transverse direction with respect to the weld.