RU2319584C1 - Способ дуговой наплавки и сварки с комбинированной газовой защитой - Google Patents
Способ дуговой наплавки и сварки с комбинированной газовой защитой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319584C1 RU2319584C1 RU2006118410/02A RU2006118410A RU2319584C1 RU 2319584 C1 RU2319584 C1 RU 2319584C1 RU 2006118410/02 A RU2006118410/02 A RU 2006118410/02A RU 2006118410 A RU2006118410 A RU 2006118410A RU 2319584 C1 RU2319584 C1 RU 2319584C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- nitrogen
- gas
- argon
- arc
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к наплавке и сварке стальных изделий в среде защитных газов. Предварительно зону сварки через наружное цилиндрическое сопло продувают защитным газом, в качестве которого используют аргон. Подают от независимого источника питания ток на внутреннее цилиндрическое сопло, которое выполняют в виде полого неплавящегося электрода, и зажигают дугу. После образования в дуге высокотемпературной области и переходе ее в полость неплавящегося электрода в указанную область подают присадочную проволоку, подключенную к импульсному источнику питания, и защитный газ, в качестве которого используют смесь аргона с азотом. Объемное соотношение аргона ni и азота na в смеси выбирают в интервале 10÷20:1. Расход смеси определяют из соотношения Q=kd, где k=3 - экспериментально определяемый коэффициент, учитывающий влияние диаметра присадочной проволоки на расход газовой смеси; d - диаметр присадочной проволоки. Соотношение тока с полого неплавящегося электрода и импульсного тока, подаваемого на присадочную проволоку, выбирают в пределах 2÷2,5. Повышается качество металла шва за счет увеличения содержания азота до 0,15 мас.%. 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к наплавке и сварке в среде защитных газов и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.
Известен процесс сварки неплавящимся электродом в среде защитного газа, реализующийся с помощью сварочной горелки (см. патент №204162 А2, МПК В23K 9/173, опубл. 17.01.2002), содержащей токоведущий мундштук для подачи сварочной проволоки и вспомогательный угольный электрод, который входит в контакт с мундштуком. В начале сварки зажигают первичную дугу между торцом неподвижной сварочной проволоки и свариваемой заготовкой. Первичная дуга расплавляет небольшой отрезок проволоки и достигает угольного электрода, после чего зажигается вторичная дуга между угольным электродом и заготовкой. После образования сварочной ванны производиться подача сварочной проволоки и сварка продолжается.
Однако в этом процессе сварки возможно науглероживание наплавленного и основного металла за счет эрозии угольного электрода, что недопустимо. Кроме того, подача электронейтральной присадочной проволоки осуществляется в плазму дуги, а не в ее катодное пятно, что не обеспечивает достаточную температуру для максимальной интенсификации процессов массообмена между расплавом капли и легирующим его газом. Также применение нелегирующего газа не позволяет металлургически обрабатывать электродный металл на стадии зарождения и роста капли.
Известен процесс сварки в среде защитных газов, реализуемый с помощью сварочной горелки (см. патент №2392864 А1, МПК В23K 9/28, опубл. 17.03.2004). В этом способе сварка ведется с помощью неплавящегося электрода, закрепленного в мундштуке. Защитный газ подается в зону сварки через каналы в корпусе горелки.
Но при сварке такой горелкой присадочный материал трудно подать в катодную область дуги, где температура достаточна для высокоскоростного протекания металлургических процессов легирования наплавляемого металла на стадии капли, а применение только защитного газа не позволяет легировать наплавленный металл из газовой фазы.
Наиболее близким к изобретению является способ дуговой сварки с комбинированной газовой защитой (см. патент №5079438 В4, МПК В23K 9/16, опубл. 02.11.1993). По этому способу сварку ведут проволокой, поступающей через конический наконечник, в условиях защиты углекислым газом при нормальной температуре, подаваемым через наружное цилиндрическое сопло, и аргоном при нормальной температуре, подаваемым через внутреннее цилиндрическое сопло, концентричное внешнему соплу.
Но этот способ не позволяет подавать проволоку в высокотемпературную область дуги, в которой возможно более эффективное как плавление присадочной проволоки, так и легирование металла образующихся в зоне действия максимальных температур капель из газовой фазы. Данный способ не позволяет управлять процессом переноса капель электродного металла в сварочную ванну, а применение в качестве защитного газа, обладающего высокой окислительной способностью СО2, не обеспечивает достаточного качества наплавленного металла.
Задачей предлагаемого технического решения является создание такого способа наплавки и сварки с комбинированной газовой защитой, который позволит легировать металл азотом уже на стадии зарождения и роста капли и получить качественный наплавленный металл, содержащий до 0,15 мас.% азота.
Технический результат заключается в достижении качественного наплавленного металла, содержащего до 0,15 мас.% азота, за счет совместной подачи смеси газов и присадочной проволоки в высокотемпературную катодную область дуги, термические условия в которой обеспечивают эффективное поглощение азота каплями электродного металла.
Технический результат достигается тем, что в способе дуговой наплавки или сварки стальных изделий с комбинированной газовой защитой, включающем подачу присадочной проволоки и защитного газа через внутреннее цилиндрическое сопло и защитного газа через наружное цилиндрическое сопло, концентричное внутреннему, предварительно зону сварки через наружное цилиндрическое сопло продувают защитным газом, в качестве которого используют аргон, подают от независимого источника питания ток на внутреннее цилиндрическое сопло, которое выполняют в виде неплавящегося электрода, и зажигают дугу, после образования в которой высокотемпературной области и переходе ее в полость неплавящегося электрода в указанную область подают присадочную проволоку, подключенную к импульсному источнику питания, и защитный газ, в качестве которого используют смесь аргона с азотом, при этом объемное содержание аргона ni и азота nа в смеси выбирают в интервале 10÷20:1, а расход смеси определяют из соотношения Q=kd, где k - экспериментально определяемый коэффициент, учитывающий влияние диаметра присадочной проволоки на расход газовой смеси; d - диаметр присадочной проволоки, а соотношение тока с неплавящегося электрода и импульсного тока, подаваемого на присадочную проволоку, выбирают в пределах 2÷2,5.
Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что присадочная проволока подается совместно со смесью легирующего и защитного газов в высокотемпературную область в дуге. Образующаяся за счет формирования в полости неплавящегося электрода распределенного катодного пятна высокотемпературная область позволяет интенсифицировать процесс разложения молекулярного азота на атомарный, который диффундирует в каплю электродного металла в результате реакции N2↔N+N. Наложение на присадочную проволоку импульсов тока дает возможность управлять процессом переноса капель электродного металла.
Расход газовой смеси зависит от диаметра присадочной проволоки и определяют по формуле Q=kd, где d - диаметр присадочной проволоки, k=3 - экспериментально определяемый коэффициент в зависимости от необходимого количества азота для оптимального легирования конкретного сплава с определенным типом матрицы и структурно-фазовым составом. Физический смысл коэффициента k заключается в степени эффективности использования подаваемой в дугу доли азота, участвующего в легировании элементарного объема плавящегося торца присадочной проволоки. Такой элементарный объем может быть представлен в виде произведения площади сечения проволоки на ее единичную высоту, условно равную 1 мм. Вышеуказанное соотношение справедливо для диаметров присадочных проволок 1-4 мм. Присадочную проволоку диаметром менее 1 мм применять нецелесообразно ввиду пересыщения образующихся мелких капель азотом и обильного порообразования, а также неоправданного снижения производительности процесса, при диаметрах проволоки более 4 мм нарушаются термические условия образования высокотемпературной области.
Соотношение инертного газа ni и азота nа, подаваемых в смеси во внутреннее цилиндрическое сопло выбирают в интервале 10÷20:1. Соблюдение данного диапазона позволит получить качественный наплавленный металл с содержанием азота до 0,15 мас.%. При соотношении ni/nа меньше 10 в наплавленном металле будут образовываться поры по причине избыточного содержания азота. При ni/nа более 20 азота в газовой смеси будет недостаточно для заданного легирования металла.
Соотношение тока с неплавящегося полого электрода и импульсного тока, подаваемого на сварочную проволоку, выбирают в пределах 2...2,5 для заявленных диаметров проволок. Нахождение соотношения токов в указанных выше пределах обуславливает качественный перенос капель электродного металла в сварочную ванну. При соотношении этих токов менее 2 возможен взрыв капли электродного металла, что не позволит насытить ее азотом, а также приведет к выходу из строя неплавящегося электрода, а при соотношении более 2,5 тока импульса окажется недостаточно для срыва капли электродного металла, что ведет к нежелательному росту капель, увеличению их разбрызгивания и, как следствие, к неудовлетворительному формированию наплавленного металла.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема способа наплавки.
На фиг.2 показано поперечное сечение горелки.
На фиг.3 изображена микроструктура (×500) наплавленного металла с содержанием азота 0,13 мас.%
Сварочная горелка (фиг.1, 2), изготовленная для реализации способа, состоит из корпуса 1, в котором предусмотрены наружное сопло для поддува инертного газа и внутреннее цилиндрическое сопло концентричное наружному соплу, для размещения в нем неплавящегося полого электрода 2, в полости которого при наплавке образуется высокотемпературная область 3, и прижимной гайки 4 для его закрепления в корпусе. В прижимную гайку вмонтированы керамические вставки 5 для изоляции присадочной проволоки 6 от корпуса 1 горелки. Конструкция закрыта крышкой 7, в которой предусмотрены отверстия для поддува аргона и крепления сварочного пистолета 8. Корпус горелки подключен к источнику питания 9, а присадочная проволока - к импульсному источнику питания 10. Дуга горит между неплавящимся электродом 2 и наплавляемым изделием 11.
Способ реализуется следующим образом. Предварительно осуществляют продувку зоны сварки инертным газом через наружное цилиндрическое сопло, выполняющее функцию корпуса 1 горелки, после включения независимого источника питания зажигают дугу между неплавящимся электродом 2, являющимся одновременно внутренним цилиндрическим соплом, и изделием 11. Через определенное время, необходимое для перехода катодного пятна с торца неплавящегося электрода 2 в его полость, в дуге образуется высокотемпературная область 3. После чего включают импульсный источник питания 10 и устанавливают значения тока из расчета нахождения соотношения тока с неплавящегося электрода и импульсного тока в пределах 2...2,5. Затем совместно со смесью азота и инертного газа в высокотемпературную область дуги 3 подают присадочную проволоку 6, где она плавится с образованием капель электродного металла. Капля уже в процессе зарождения и роста насыщается азотом и при прохождении импульса тока срывается с торца присадочной проволоки 6 в сварочную ванну. Соотношение инертного газа и азота в смеси в процессе наплавки поддерживают в диапазоне 10÷20:1, а расход газовой смеси Q устанавливают равным произведению диаметра проволоки d на коэффициент пропорциональности k, который постоянен для используемых параметров процесса.
Пример 1.
Проводили наплавку на Сталь 3 порошковой проволокой типа ПП-Нп-07Х15Н3Ю2ГВФ (ТУ №355 ВолгГТУ) диаметром 3 мм.
Предварительно осуществляли продувку зоны сварки аргоном через внешнее сопло корпуса горелки с расходом 8 л/мин. Затем зажигали дугу между вольфрамовым электродом и изделием. Ток дуги составлял 500 А, напряжение на дуге 25 В. Через 5 секунд образовывалась высокотемпературная область в дуге, после чего включали импульсный источник питания и одновременно подавали присадочную проволоку и газовую смесь с объемным соотношением аргона к азоту 15:1. Расход газовой смеси составлял 9 л/мин. На присадочной проволоке импульсный ток составлял 220 А, а скорость ее подачи - 108 м/ч. Исследованиями структуры хорошо сформированного наплавленного металла установлено, что в нем в достаточном количестве (0,12 мас.%) содержатся азот в виде нитрида AlN (фиг.3). Также проводили сварку листовой стали 3 толщиной 4 мм. Полученные данные свидетельствуют, что металл шва хорошо сформирован и содержит азот в количестве 0,12 мас.%.
Содержание азота в наплавленном металле определяли по данным химического анализа. Качество металла оценивали методами металлографии.
Сравнительные данные испытаний предлагаемого способа дуговой наплавки и сварки в сравнении с прототипом приведены в таблице, из которой следует, что заявляемый способ дуговой наплавки характеризуется качественным наплавленным металлом с содержанием азота 0,10...0,15 мас.%.
| Таблица. | |||||||
| Влияние параметров заявляемого способа на качество наплавленного металла и содержание в нем азота | |||||||
| Объект | Диаметр проволоки, d, мм | Соотношение инертного газа и азота в смеси | Соотношение тока с неплавящегося электрода и импульсного тока, подаваемого на проволоку | Расход газовой смеси, Q, л/мин | Качество наплавленного металла | Производительность, кг/ч | Содержание азота в наплавленном металле мас.% |
| Предлагаемый | 1 | 10:1 | 2,0 | 3 | Высокое, нет газовых пор и неметаллических включений, формирование шва отличное | 5 | достаточное 0,15 |
| 4 | 20:1 | 2,5 | 12 | 20 | достаточное 0,10 | ||
| 2 | 15:1 | 2,3 | 6 | 10 | достаточное 0,12 | ||
| 0,5 | 8:1 | 1,7 | 1,5 | Формирование в шве неудовлетворительное, разбрызгивание капель | 15 | недостаточное менее 0,10 | |
| 5 | 23:1 | 3,0 | 15 | Формирование шва неудовлетворительное, газовые поры | 25 | превышенное более 0,20 | |
| Прототип | 3 | - | - | 7 | - | 7 | отсутствует |
Использование предлагаемого способа наплавки и сварки дает в сравнении с известными способами следующий технический результат.
1. Возможность легирования наплавленного металла на стадии зарождения и роста электродной капли в высокотемпературной катодной области дуги.
2. Повышение производительности наплавки и сварки за счет увеличения скорости плавления присадочной проволоки и исключение взаимосвязи между скоростью ее подачи и сварочным током.
3. Перераспределение тепловой мощности, выделяемой на аноде (изделии), и снижение в связи с этим, проплавления основного металла и термического воздействия на него, что обеспечивает уменьшение остаточных напряжений и возможность получения заданного состава наплавленного металла при минимальном количестве проходов.
4. Повышение износостойкости и термической стабильности наплавленного металла за счет нитридного упрочнения.
Claims (1)
- Способ дуговой наплавки или сварки стальных изделий с комбинированной газовой защитой, включающий подачу присадочной проволоки и защитного газа через внутреннее цилиндрическое сопло и защитного газа через наружное цилиндрическое сопло, концентричное внутреннему, отличающийся тем, что предварительно зону сварки через наружное цилиндрическое сопло продувают защитным газом, в качестве которого используют аргон, подают от независимого источника питания ток на внутреннее цилиндрическое сопло, которое выполняют в виде неплавящегося электрода, и зажигают дугу, после образования в которой высокотемпературной области и переходе ее в полость неплавящегося электрода в указанную область подают присадочную проволоку, подключенную к импульсному источнику питания, и защитный газ, в качестве которого используют смесь аргона с азотом, при этом объемное содержание аргона ni и азота nа в смеси выбирают в интервале 10÷20:1, а расход смеси определяют из соотношения Q=kd, где k=3 - экспериментально определяемый коэффициент, учитывающий влияние диаметра присадочной проволоки на расход газовой смеси; d - диаметр присадочной проволоки, а соотношение тока с неплавящегося электрода и импульсного тока, подаваемого на присадочную проволоку, выбирают в пределах 2÷2,5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006118410/02A RU2319584C1 (ru) | 2006-05-26 | 2006-05-26 | Способ дуговой наплавки и сварки с комбинированной газовой защитой |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006118410/02A RU2319584C1 (ru) | 2006-05-26 | 2006-05-26 | Способ дуговой наплавки и сварки с комбинированной газовой защитой |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006118410A RU2006118410A (ru) | 2007-12-20 |
| RU2319584C1 true RU2319584C1 (ru) | 2008-03-20 |
Family
ID=38916765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006118410/02A RU2319584C1 (ru) | 2006-05-26 | 2006-05-26 | Способ дуговой наплавки и сварки с комбинированной газовой защитой |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2319584C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105603355A (zh) * | 2016-01-06 | 2016-05-25 | 江苏烁石焊接科技有限公司 | 一种采用氮弧和氮化物原位冶金实现钢表面增氮的方法 |
| RU2595185C2 (ru) * | 2014-12-08 | 2016-08-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ плазменной обработки металлов |
| RU2701233C1 (ru) * | 2016-01-20 | 2019-09-25 | Ниппон Стил Корпорейшн | Способ дуговой сварки расходуемым электродом в среде защитного газа и сварное соединение, полученное дуговой сваркой |
| RU192910U1 (ru) * | 2018-11-22 | 2019-10-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Арк-инжиниринг" | Горелка для наплавки металла |
| RU2815965C1 (ru) * | 2023-07-26 | 2024-03-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ плазменной наплавки и сварки комбинацией дуг |
-
2006
- 2006-05-26 RU RU2006118410/02A patent/RU2319584C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2595185C2 (ru) * | 2014-12-08 | 2016-08-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ плазменной обработки металлов |
| CN105603355A (zh) * | 2016-01-06 | 2016-05-25 | 江苏烁石焊接科技有限公司 | 一种采用氮弧和氮化物原位冶金实现钢表面增氮的方法 |
| CN105603355B (zh) * | 2016-01-06 | 2018-01-05 | 江苏烁石焊接科技有限公司 | 一种采用氮弧和氮化物原位冶金实现钢表面增氮的方法 |
| RU2701233C1 (ru) * | 2016-01-20 | 2019-09-25 | Ниппон Стил Корпорейшн | Способ дуговой сварки расходуемым электродом в среде защитного газа и сварное соединение, полученное дуговой сваркой |
| US10898967B2 (en) | 2016-01-20 | 2021-01-26 | Nippon Steel Corporation | Consumable electrode type gas shield arc welding method and arc welding portion |
| RU192910U1 (ru) * | 2018-11-22 | 2019-10-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Арк-инжиниринг" | Горелка для наплавки металла |
| RU2815965C1 (ru) * | 2023-07-26 | 2024-03-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ плазменной наплавки и сварки комбинацией дуг |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006118410A (ru) | 2007-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9782850B2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding | |
| EP3126083B1 (en) | Method and system to use ac welding waveform and enhanced consumable to improve welding of galvanized workpiece | |
| US10086461B2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding | |
| US4463243A (en) | Welding system | |
| US10155276B2 (en) | Method of welding surface-treated members using a welding wire | |
| US20130092667A1 (en) | Method and System to Start and Use Combination Filler Wire Feed and High Intensity Energy Source for Welding | |
| WO2015132651A2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for root pass welding of the inner diameter of clad pipe | |
| JP2009107017A (ja) | 溶接部の品質を制御する方法 | |
| RU2319584C1 (ru) | Способ дуговой наплавки и сварки с комбинированной газовой защитой | |
| NO121388B (ru) | ||
| CN109551086A (zh) | 一种用于镀锌板的熔化极气体保护高速焊接方法 | |
| US5734144A (en) | Plasma arc welding method and apparatus in which a swirling flow is imparted to a plasma gas to stabilize a plasma arc | |
| US6414269B2 (en) | Pit and blow hole resistant flux-cored wire for gas-shielded arc welding of galvanized steel sheet | |
| EP0919317A1 (en) | Method for the plasmic arc-welding of metals | |
| WO2009034460A2 (en) | Method and apparatus of welding with electrical stickout | |
| EP1570939B1 (de) | Unterpulver-Schweissverfahren | |
| Al-Quenaei | Fusion welding techniques | |
| Singaravelu et al. | Modified short arc gas metal arc welding process for root pass welding applications | |
| US3473002A (en) | Triply shielded arc welding method | |
| DE10354409A1 (de) | Verfahren zum Plasmaschweißen | |
| KR101051667B1 (ko) | 텅스텐-불활성-가스 용접장치 및 텅스텐-불활성-가스 용접방법 | |
| JP3726813B2 (ja) | パウダプラズマ溶接装置と溶接方法 | |
| RU2027572C1 (ru) | Плавящийся электрод для электродуговой сварки | |
| JPS6163378A (ja) | 非消耗電極用溶接ト−チ | |
| PL236766B1 (pl) | Sposób spawania elementów metalowych z zastosowaniem spawania plazmowego i spawania metodą MAG |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080527 |