RU2376345C2 - Method of argon-arc treatment of welded joints for removal of welding temper - Google Patents
Method of argon-arc treatment of welded joints for removal of welding temper Download PDFInfo
- Publication number
- RU2376345C2 RU2376345C2 RU2007141423/02A RU2007141423A RU2376345C2 RU 2376345 C2 RU2376345 C2 RU 2376345C2 RU 2007141423/02 A RU2007141423/02 A RU 2007141423/02A RU 2007141423 A RU2007141423 A RU 2007141423A RU 2376345 C2 RU2376345 C2 RU 2376345C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- metal
- arc
- pulse
- heating
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электродуговой обработки сварных швов и зоны термического влияния для снижения остаточных сварочных напряжений.The invention relates to the field of electric arc processing of welds and heat affected zones to reduce residual welding stresses.
Одним из нежелательных воздействий от термического цикла сварки является наличие в сварных соединениях высоких значений остаточных сварочных напряжений, что негативно сказывается на механических, коррозионных свойствах швов и прилегающих к ним участков. С целью снятия высоких значений макро- и микронапряжений необходимо применение специальных мер, основанных на нагреве зоны термического влияния выше температуры аллотропического превращения Ас3 с последующим медленным остыванием в диапазоне температур 920-350°С со скоростью Wохл=1÷12°С/мин.One of the undesirable effects of the thermal welding cycle is the presence in the welded joints of high values of residual welding stresses, which negatively affects the mechanical, corrosive properties of the welds and adjacent sections. In order to remove the high macro- and microstresses values requires the use of special measures, based on the heating of the heat affected zone above the allotropic transformation temperature A C3 followed by slow cooling in the temperature range 920-350 ° C at a rate OHL W = 1 ÷ 12 ° C / min .
Известны способы электродуговой обработки поверхности металлического изделия (патенты РФ №2144096 С23С 14/02, опубл. 2000, патент РФ №2165474 С23С 14/02, опубл. 2001) осуществляемые дугой обратной полярности, когда катодное пятно располагается на поверхности обрабатываемого изделия. Физической особенностью таких процессов является хаотическое перемещение катодного пятна по поверхности обрабатываемого изделия с высокой скоростью (Лесков Г.И. Электрическая сварочная дуга. - М.: Машиностроение, 1970, с.101, 126), в результате чего нагрев термообрабатываемых участков не превышает 150-350°С, что не позволяет эффективно снижать остаточные сварочные напряжения. Применение различных методов управления перемещением катодного пятна при помощи магнитных полей обеспечивает лишь регулирование направления его движения, не позволяя эффективно использовать данные способы для термообработки сварных соединений в интервале температур 920-350°С с регулируемым термическим циклом нагрева и охлаждения, и обуславливая их использование, в основном, для очистки поверхности металлов за счет так называемого эффекта «катодного распыления».Known methods for electric arc surface treatment of a metal product (RF patents No. 2144096 C23C 14/02, publ. 2000, RF patent No. 2165474 C23C 14/02, publ. 2001) carried out by an arc of reverse polarity, when the cathode spot is located on the surface of the workpiece. The physical feature of such processes is the chaotic movement of the cathode spot over the surface of the workpiece with high speed (Leskov GI Electric welding arc. - M .: Mashinostroenie, 1970, p. 101, 126), resulting in heating of the heat-treated sections does not exceed 150 -350 ° C, which does not allow to effectively reduce residual welding stresses. The use of various methods for controlling the movement of the cathode spot using magnetic fields provides only control of its direction of movement, not allowing the effective use of these methods for heat treatment of welded joints in the temperature range 920-350 ° C with an adjustable thermal cycle of heating and cooling, and determining their use, in mainly for cleaning the surface of metals due to the so-called “cathodic sputtering” effect.
Известен также способ обработки сварных соединений, в частности для предотвращения ножевой коррозии, заключающийся в местном скоростном нагреве электрической дугой зоны соединения сварного шва с основным металлом в защитной атмосфере с одновременным охлаждением сварного шва (авторское свидетельство СССР №308077, C21d 9/50, опубл. 1969). Нагрев отличается высокой локальностью и производится дугой с неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона. Электрическая дуга перемещается со скоростью 30-35 м/час. Одновременно с нагревом противоположная сторона нагреваемой части шва орошается водой.There is also known a method of processing welded joints, in particular to prevent knife corrosion, which consists in local high-speed electric arc heating of the zone of connection of the weld with the base metal in a protective atmosphere while cooling the weld (USSR author's certificate No. 308077, C21d 9/50, publ. 1969). Heating is highly localized and is produced by an arc with a non-consumable tungsten electrode in an argon atmosphere. The electric arc moves at a speed of 30-35 m / h. Simultaneously with heating, the opposite side of the heated part of the seam is irrigated with water.
Термический цикл нагрева и последующего охлаждения изделия с необходимой скоростью при данном способе обработки регулируется интенсивностью теплоотвода путем изменения расхода воды на орошение. К его недостаткам относятся, прежде всего, ограниченные возможности регулирования термического цикла. Орошение водой обрабатываемых деталей приводит к интенсивному теплоотводу от заготовки, который существенно повышает скорость охлаждения. Регулирование термического цикла теплового воздействия на металл при помощи изменения расхода воды позволяет изменять значения Wохл лишь в сторону увеличения, что не отвечает решению задачи снижения остаточных сварочных напряжений и, в случае применения углеродистых закаливающихся сталей, способствует повышению уровня остаточных напряжений, ухудшению механических свойств и структуры металла.The thermal cycle of heating and subsequent cooling of the product at the required speed with this processing method is controlled by the heat removal rate by changing the flow rate of water for irrigation. Its disadvantages include, first of all, the limited possibilities of regulating the thermal cycle. Irrigation of the workpieces with water leads to intensive heat removal from the workpiece, which significantly increases the cooling rate. The regulation of the thermal cycle of the thermal effect on the metal by changing the flow rate of water allows changing the values of W cool only upwards, which does not meet the task of reducing the residual welding stresses and, in the case of using carbon hardened steels, increases the level of residual stresses, deteriorates the mechanical properties and metal structure.
Наиболее близким к изобретению относится способ аргонодуговой обработки сварных соединений, включающий нагрев дугой участка перехода от шва к основному металлу. Оплавление краев шва и участков околошовной зоны осуществляется неплавящимся электродом в аргоне (Аснис А.Е., Иващенко Г.А., Андерсон Я.Э. Опыт применения аргонно-дуговой обработки сварных швов в вагоностроении, «Автоматическая сварка», 1975, №11, с.67-68). Отсутствие принудительного охлаждения снижает Wохл, однако метод не позволяет эффективно управлять термическим циклом, поскольку высокая мощность дуги и малая скорость ее перемещения, требующиеся для необходимого нагрева при обработке толстолистового материала, обуславливают большие размеры сварочной ванны и ее объем, что негативно сказывается на значении остаточных напряжений. Напротив, при малой толщине обрабатываемого металла уже при низких значениях тока дуги, необходимых для обеспечения стабильности горения и процесса обработки, наблюдаются перегрев обрабатываемой зоны и снижение достигаемого эффекта.Closest to the invention relates to a method of argon-arc treatment of welded joints, including heating the arc section of the transition from the weld to the base metal. The edges of the seam and sections of the heat-affected zone are melted by a non-consumable electrode in argon (Asnis A.E., Ivashchenko G.A., Anderson Y.E. Experience in the use of argon-arc processing of welds in car building, "Automatic Welding", 1975, No. 11 p. 67-68). The absence of forced cooling reduces W OHL, but the method can not effectively control the thermal cycle as high power arc and low speed its movement required for the necessary heat in the processing of thick material, cause large size of the weld pool and its volume, which adversely affects the value of the residual stresses. On the contrary, with a small thickness of the treated metal, even at low arc currents necessary to ensure the stability of the combustion and the processing process, overheating of the treated zone and a decrease in the achieved effect are observed.
Техническим результатом настоящего изобретения является эффективное снижение остаточных сварочных напряжений, повышение механических свойств металла сварного соединения.The technical result of the present invention is to effectively reduce residual welding stresses, increase the mechanical properties of the weld metal.
Это достигается тем, что в способе аргонодуговой обработки сварных соединений для снятия остаточных сварочных напряжений, включающем нагрев дугой участка перехода от шва к основному металлу, осуществляют импульсно-дуговой нагрев циклическим воздействием на металл базовым током Iб=20÷50 А и импульсным током Iи, величину которого выбирают из соотношения:This is achieved by the fact that in the method of argon-arc treatment of welded joints to relieve residual welding stresses, which includes heating the arc of the transition section from the weld to the base metal, pulse-arc heating is performed by cyclic exposure of the metal to a base current I b = 20 ÷ 50 A and pulse current I and , the value of which is selected from the ratio:
, А , BUT
где τб - длительность базового тока,where τ b - the duration of the base current,
τи - длительность тока в импульсе,τ and - the duration of the current in the pulse,
к=(1,3÷3,5) - коэффициент, определяющий допуск соотношения параметров цикла,k = (1.3 ÷ 3.5) - coefficient determining the tolerance of the ratio of cycle parameters,
и с частотой импульсов тока f=0,1-03 Гц.and with a frequency of current pulses f = 0.1-03 Hz.
Нагрев и охлаждение металла при дуговой термообработке характеризуется термическим циклом в различных точках зоны обработки при прохождении источника тепла (кривая 1 на фиг.1). Скорость охлаждения металла после удаления источника тепла определяется углом α1 наклона вектора Wохл1 скорости в интересующей точке к оси времени. При импульсной аргонодуговой термообработке термический цикл характеризуется пульсирующим циклическим нагревом и охлаждением (кривая 2 на фиг.1), причем во время действия импульса тока осуществляется цикл нагрева, а в период протекания базового тока происходит снижение температуры нагретой зоны, причем воздействие дуги в этот период обеспечивает подогрев охлаждаемого металла, снижая тем самым скорость его охлаждения до момента действия последующего импульса тока. Во время последующего импульса протекает повторный нагрев охлаждаемого металла, однако за счет постоянного удаления источника тепла со скоростью от рассматриваемой точки ее нагрев не достигает предшествующего максимального значения. Средняя скорость охлаждения металла в случае импульсного действия источника нагрева приближенно будет определяться кривой 3, проведенной по точкам минимальных температур термического цикла 2. Как видно, угол наклона вектора Wохл2 оказывается существенно меньше, что определяет меньшую скорость охлаждения металла, исключает вероятность пережогов и образование зон высоких концентраций напряжений.Heating and cooling of the metal during arc heat treatment is characterized by a thermal cycle at various points in the processing zone when the heat source passes (
Соотношение импульсного Iи и базового тока Iб, частоту импульсов f, длительности импульсного τи и базового тока τб и скорость сварки следует выбирать таким образом, чтобы обеспечить скорость охлаждения Wохл нагретых участков менее 12°С/с и не допустить понижения температуры в период горения базового тока ниже точки мартенситного превращения Мн (Фиг.1) для данного материала. Частота импульсов тока выбирается также из условия перекрытия пятен поверхностного расплава на 20÷30%, что соответствует f=0,1÷0,3 Гц. Увеличение частоты выше 0,3 Гц, приводит к повышению вводимой в зону электродуговой обработки энергии, приближая импульсный процесс к непрерывному, в результате чего растут зона перегрева и объем расплавленного металла.The ratio of the pulsed I and the and the base current I b, the pulse frequency f, the duration of the pulse τ u and base current τ b and the welding speed should be chosen so as to ensure the cooling rate W OHL heated areas of less than 12 ° C / s and to prevent lowering the temperature during the burning of the base current below the point of martensitic transformation M n (Figure 1) for this material. The frequency of current pulses is also selected from the condition that the spots of the surface melt overlap by 20–30%, which corresponds to f = 0.1–0.3 Hz. An increase in frequency above 0.3 Hz leads to an increase in the energy introduced into the electric arc treatment zone, bringing the pulsed process closer to continuous, as a result of which the overheating zone and the volume of molten metal grow.
Понижение частоты ниже 0,1 Гц способствует увеличению в период протекания базового тока скорости охлаждения, не обеспечивая необходимого перекрытия точек расплава. При этом для обеспечения мягкого термического цикла термообработки скорость перемещения источника нагрева Vи (дуги с неплавящимся электродом) следует выбирать Vи=4÷8 м/ч.Lowering the frequency below 0.1 Hz increases the cooling rate during the flow of the base current, without providing the necessary overlap of the melt points. In this case, to ensure a soft thermal cycle of heat treatment, the speed of movement of the heating source V and (arcs with non-consumable electrode) should be chosen V and = 4 ÷ 8 m / h.
Защита электрода и участков нагрева от влияния воздуха обеспечивается подачей аргона при его расходе 8÷10 л/мин.Protection of the electrode and heating sections from the influence of air is ensured by the supply of argon at a flow rate of 8 ÷ 10 l / min.
Импульсно-дуговое воздействие приводит к периодичности нагрева и охлаждения температуры ванны расплава, что существенно влияет на температурные условия вблизи межфазной границы, определяя характер кристаллизации жидкого металла, металлургические и химические процессы. Частота пульсации температуры ванны, а также температуры в твердом металле вблизи межфазной границы совпадает с частотой импульсов тока, которые оказывают прямое влияние на скорость формирования и роста кристаллов. Импульсное воздействие дуги на металл позволяет достичь измельчения структуры и повысить механические свойства сварного соединения. При этом объем ванны расплавленного металла при нагреве массивных тел невелик, что исключает вероятность деформирования шва и появления пор, а низкая скорость охлаждения нагретых участков в диапазоне температур 920÷350°С позволяет достичь более равноосной структуры, предотвращая закаливание металла.A pulsed-arc action leads to the periodicity of heating and cooling the temperature of the melt pool, which significantly affects the temperature conditions near the interface, determining the nature of crystallization of liquid metal, metallurgical and chemical processes. The pulsation frequency of the bath temperature, as well as the temperature in the solid metal near the interphase boundary, coincides with the frequency of current pulses, which directly affect the rate of formation and growth of crystals. The pulsed effect of the arc on the metal allows to achieve a refinement of the structure and increase the mechanical properties of the welded joint. At the same time, the volume of the molten metal bath when heating massive bodies is small, which eliminates the likelihood of weld deformation and the appearance of pores, and the low cooling rate of the heated sections in the temperature range of 920 ÷ 350 ° C allows you to achieve a more equiaxed structure, preventing metal quenching.
Практически величина базового тока составляет не более 20÷50 А, а длительность протекания базового тока находится в пределах - 2÷6 с. Минимальные значения Iб из указанных диапазонов соответствуют малым толщинам (менее 3 мм) обрабатываемого металла, наибольшие значения - толщинам до 50 мм и более. Если Iб>50 А и (или) τб>6 с, то возможно увеличение объема сварочной ванны и роста остаточных сварочных напряжений. При Iб<20 А снижается устойчивость дуги и стабильность процесса обработки.In practice, the magnitude of the base current is not more than 20 ÷ 50 A, and the duration of the flow of the base current is in the range - 2 ÷ 6 s. The minimum values of I b from these ranges correspond to small thicknesses (less than 3 mm) of the metal being processed, the highest values correspond to thicknesses of up to 50 mm and more. If I b > 50 A and (or) τ b > 6 s, then an increase in the volume of the weld pool and increase in residual welding stresses is possible. When I b <20 A, the stability of the arc and the stability of the processing process are reduced.
Коэффициент , определяющий допуск соотношения параметров цикла, выбирается исходя из толщины обрабатываемого металла.Coefficient , which determines the tolerance of the ratio of cycle parameters, is selected based on the thickness of the metal being processed.
На практике предложенный процесс может быть реализован путем применения серийного сварочного импульсного источника питания и сварочной горелки.In practice, the proposed process can be implemented by using a serial welding pulse power source and a welding torch.
Пример. Выполняли локальную аргонодуговую термообработку сварного соединения неплавящимся лантанированным электродом марки ЭВЛ (ГОСТ 23949) диаметром ⌀3 мм на постоянном и импульсном токе прямой полярности. Условия и результаты экспериментов приведены в таблице 1. В качестве защитного газа использовали аргон высшего сорта по ТУ 2114-006-5761815-99.Example. A local argon-arc heat treatment of the welded joint was carried out with a non-consumable lanthanum electrode of the EVL brand (GOST 23949) with a diameter of ⌀3 mm at a direct and pulsed current of direct polarity. The experimental conditions and results are shown in Table 1. The highest grade argon according to TU 2114-006-5761815-99 was used as a protective gas.
Данные, приведенные в таблице, свидетельствуют, что предлагаемый способ, в сравнении с прототипом, позволяет снизить на 25÷30% остаточные сварочные макро- и микронапряжения, повысить механические свойства наплавленного металла (ЗТВ) за счет дискретного ввода тепла и оптимизации параметров локальной аргонодуговой обработки.The data presented in the table indicate that the proposed method, in comparison with the prototype, allows to reduce residual welding macro- and microstresses by 25 ÷ 30%, to increase the mechanical properties of the deposited metal (HAZ) due to discrete heat input and optimization of local argon-arc processing parameters .
Применение данного способа процесса термообработки сварных соединений позволяет снизить скорость охлаждения нагретого металла до величин, не превышающих 12°С/с, что позволяет исключить возможность образования неблагоприятных закалочных структур и в 1,5÷2,5 раза снизить остаточные сварочные напряжения 1-го рода (макронапряжения) и на 60÷80% напряжения 2-го рода (микронапряжения), запасенные в металле от сварки и заготовительных операций, равномерно распределяя их от шва к основному металлу. Минимизация остаточных сварочных напряжений повышает стойкость обработанных зон образованию холодных трещин, сероводородному растрескиванию и локальной коррозии.The use of this method of the heat treatment of welded joints allows to reduce the cooling rate of heated metal to values not exceeding 12 ° C / s, which eliminates the possibility of formation of unfavorable quenching structures and reduces the residual welding stresses of the first kind by 1.5–2.5 times (macrostresses) and 60–80% of the 2nd kind of stress (microstresses) stored in the metal from welding and blanking operations, evenly distributing them from the weld to the base metal. Minimization of residual welding stresses increases the resistance of the treated areas to the formation of cold cracks, hydrogen sulfide cracking and local corrosion.
Эксперименты показали, что данный способ может эффективно применяться при термообработке как сварных соединений тонколистовых материалов, так и сварных швов металла толщиной до 100÷120 мм при базовом значении тока 30÷50 А.The experiments showed that this method can be effectively used in the heat treatment of both welded joints of sheet materials and metal welds with a thickness of up to 100 ÷ 120 mm at a base current value of 30 ÷ 50 A.
Claims (1)
Iи, величину которого выбирают из соотношения:
, A
где τб - длительность базового тока, с;
τи - длительность тока в импульсе, с;
к=(1,3÷3,5) - коэффициент, определяющий допуск соотношения параметров цикла, и с частотой импульсов тока f=0,1-0,3 Гц. Method of argon-arc treatment of welded joints to relieve residual welding stresses, including heating by an arc of the transition section from the weld to the base metal, characterized in that the pulse-arc heating is carried out by cyclic exposure to the metal with a base current I b = 20 ÷ 50 A and pulse current
I and , the value of which is selected from the ratio:
, A
where τ b is the duration of the base current, s;
τ and - current duration in a pulse, s;
k = (1.3 ÷ 3.5) is the coefficient that determines the tolerance of the ratio of the cycle parameters, and with the frequency of the current pulses f = 0.1-0.3 Hz.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007141423/02A RU2376345C2 (en) | 2007-11-07 | 2007-11-07 | Method of argon-arc treatment of welded joints for removal of welding temper |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007141423/02A RU2376345C2 (en) | 2007-11-07 | 2007-11-07 | Method of argon-arc treatment of welded joints for removal of welding temper |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007141423A RU2007141423A (en) | 2009-05-20 |
RU2376345C2 true RU2376345C2 (en) | 2009-12-20 |
Family
ID=41021276
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007141423/02A RU2376345C2 (en) | 2007-11-07 | 2007-11-07 | Method of argon-arc treatment of welded joints for removal of welding temper |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2376345C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2524037C1 (en) * | 2012-12-20 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Argon-arc processing of welds produced by linear friction welding |
-
2007
- 2007-11-07 RU RU2007141423/02A patent/RU2376345C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Аснис А.Е. и др. «Опыт применения аргонодуговой обработки сварных швов в вагоностроении», Автоматическая сварка №11, 1975, с.67-68. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2524037C1 (en) * | 2012-12-20 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Argon-arc processing of welds produced by linear friction welding |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007141423A (en) | 2009-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA3074362C (en) | Method for laser beam welding of one or more steel sheets made of press-hardenable manganese-boron steel | |
Ramesh et al. | Microstructural characterization and tensile behavior of Nd: YAG laser beam welded thin high strength low alloy steel sheets | |
Choi et al. | Hybrid friction stir welding of high-carbon steel | |
US7540402B2 (en) | Method for controlling weld metal microstructure using localized controlled cooling of seam-welded joints | |
CA2939839A1 (en) | Method for laser welding one or more workpieces made of hardenable steel in a butt joint | |
CN113399864A (en) | Welding method and welding wire for T91 and TP347H dissimilar steels | |
CN114406512B (en) | Welding and electric pulse heat treatment process for dissimilar alloy | |
JP5454132B2 (en) | Surface melting method, surface modified steel slab, processed product | |
RU2701974C1 (en) | Method of processing sheet from titanium alloy | |
RU2376345C2 (en) | Method of argon-arc treatment of welded joints for removal of welding temper | |
RU2627837C1 (en) | Method for manufacturing weld bimetallic cutting tool | |
RU2733879C1 (en) | Method of hardening cutting part of working members | |
CN105983766A (en) | Low-carbon steel and alloy steel welding method | |
John et al. | Effect of employing metal cored filler wire for single V butt joint welding of Ti-Nb microalloyed 800MPa steels | |
CN113814563B (en) | Method and device for improving corrosion resistance of MIG welding Cr-Ni series stainless steel | |
Pinto et al. | Microstructure and residual stress formation in induction‐assisted laser welding of the steel S690QL | |
JPH07241692A (en) | Fusion repair method of crack | |
Amuda et al. | Influence of thermal treatments on sensitization in Cr-Mn-Cu austenitic stainless steel welds | |
Greeff | The influence of welding parameters on the sensitisation behaviour of 3CR12 | |
CA2711795A1 (en) | Method for controlling weld metal microstructure using localized controlled cooling of seam-welded joints | |
RU2640516C1 (en) | Method of hollow metal blank laser hardening | |
JP2005048271A (en) | Method for welding high-carbon steel material | |
Midawi et al. | Comparison of hardness and microstructures produced using GMAW and hot-wire TIG mechanized welding of high strength steels | |
RU2398892C1 (en) | Procedure for surface strengthening of forming rolls | |
SU874290A1 (en) | Method of electric arc multi-coat welding |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091108 |