RU2475344C1 - Method of welding by non-consumable electrode in protective gases - Google Patents
Method of welding by non-consumable electrode in protective gases Download PDFInfo
- Publication number
- RU2475344C1 RU2475344C1 RU2011140746/02A RU2011140746A RU2475344C1 RU 2475344 C1 RU2475344 C1 RU 2475344C1 RU 2011140746/02 A RU2011140746/02 A RU 2011140746/02A RU 2011140746 A RU2011140746 A RU 2011140746A RU 2475344 C1 RU2475344 C1 RU 2475344C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- current
- welding current
- pulse
- gas inclusions
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области сварки и может быть использовано в различных отраслях промышленности при изготовлении, монтаже и ремонте ответственных металлических конструкций из сталей перлитного класса, к качеству которых предъявляются высокие требования.The invention relates to the field of welding and can be used in various industries in the manufacture, installation and repair of critical metal structures made of pearlite class steels, the quality of which is high.
В настоящее время для сварки изделий из сталей перлитного класса в различных пространственных положениях широко используют автоматическую сварку неплавящимся электродом в импульсном режиме в среде защитных газов или смесей, с разделкой или без разделки кромок соединения, с присадочной или без присадочной проволоки. Этот способ по сравнению со сваркой в непрерывном режиме обеспечивает управление процессами плавления металла сварочной ванны независимо от ее пространственного положения, увеличивает в 2-3 раза скорость ее кристаллизации, уменьшает степень деформационных процессов в свариваемых конструкциях и наплавленных поверхностях, повышает качественные характеристики сварных соединений.At present, automatic welding of nonconsumable electrode in pulsed mode in the environment of shielding gases or mixtures, with or without cutting the joint edges, with or without filler wire, is widely used for welding products of pearlite-grade steel in various spatial positions. Compared to continuous welding, this method provides control of the melting processes of the weld pool metal regardless of its spatial position, increases its crystallization rate by 2–3 times, reduces the degree of deformation processes in welded structures and deposited surfaces, and improves the quality characteristics of welded joints.
Преимущества этого способа дают достаточно высокое качество соединений в конструкциях из сталей аустенитного класса, однако при сварке соединений из сталей перлитного класса получить высокое качество сварных соединений значительно сложнее, так как эти стали из-за низкого содержания в них элементов раскислителей (кремния, марганца и т.д.) имеют повышенную склонность к образованию газовых включений (пор, газовых полостей) в сварном соединении. Одним из основных технических приемов борьбы с порообразованием при сварке сталей перлитного класса является сварка с присадочными проволоками с повышенным содержанием кремния. Как показывает практика, требуемую сплошность сварного соединения этих сталей можно обеспечить при содержании кремния в проволоке 0.24% и выше (см. книгу С.Л.Белкина «Механизация сварочных работ на АЭС» Москва, «Энергоатомиздат, 1991 г. стр.70).The advantages of this method provide a sufficiently high quality of joints in structures made of austenitic steel, however, when welding joints from pearlite steel, it is much more difficult to obtain high quality welded joints, since these steels are due to their low content of deoxidizing elements (silicon, manganese, etc.) .d.) have an increased tendency to form gas inclusions (pores, gas cavities) in the welded joint. One of the main techniques for combating pore formation during welding of pearlite-grade steels is welding with filler wires with a high silicon content. As practice shows, the required continuity of the welded joint of these steels can be achieved with a silicon content of 0.24% or higher in the wire (see the book by S. L. Belkin “Mechanization of welding work at nuclear power plants”, Moscow, “Energoatomizdat, 1991, p. 70).
Выпускаемые в настоящее время сварочные проволоки с содержанием кремния 0.17-0.35% во многих случаях не решают проблему исключения образования газовых включений.Currently produced welding wires with a silicon content of 0.17-0.35% in many cases do not solve the problem of eliminating the formation of gas inclusions.
Поэтому разрабатывают новые проволоки с более высоким содержанием кремния, однако для получения качественных сварных соединений необходимо проведение исследовательских работ с последующей аттестацией и получением разрешения на применение Ростехнадзора на основании результатов испытаний сварных соединений, что выливается в длительный дорогостоящий процесс. Кроме того, при сварке соединений некоторых ответственных конструкций применение таких проволок не допускается, так как повышенное содержание кремния в сварном соединении может привести к его охрупчиванию.Therefore, new wires with a higher silicon content are being developed, however, in order to obtain high-quality welded joints, it is necessary to conduct research work with subsequent certification and obtaining permission to use Rostekhnadzor based on the results of tests of welded joints, which results in a long expensive process. In addition, when welding joints of some critical structures, the use of such wires is not allowed, since the increased silicon content in the welded joint can lead to its embrittlement.
Известен способ другой сварки в среде защитных газов, когда несколько газов или их смесей, имеющих разные потенциалы ионизации, подают импульсами, в переходный период изменения состава газов или их смесей на сварочный ток накладывают пакет импульсов. Частота импульсов тока превышает частоту подачи газов не менее чем в 4 раза. (см. Патент РФ №2008153 С1, кл В23K 9/167, В23K 9/173, опубл. 1994 г).A known method of another welding in a shielding gas medium is when several gases or mixtures thereof having different ionization potentials are supplied by pulses, and a pulse packet is imposed on the welding current during the transition period of changing the composition of gases or their mixtures. The frequency of current pulses exceeds the frequency of gas supply by at least 4 times. (see RF Patent No. 2008153 C1, class B23K 9/167, B23K 9/173, publ. 1994).
Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:
- ограничение расстояния удаленности источника питания и аппаратуры управления от места сварки для формирования качественного сварного соединения, то есть сложность воспроизведения данного режима (наложение импульсов сварочного тока в переходный период изменения состава газов) по мере увеличения длины шлангов для подачи газов;- limiting the distance of the distance of the power source and control equipment from the welding site to form a high-quality welded joint, that is, the difficulty of reproducing this mode (imposing welding current pulses during the transition period of changing the composition of gases) as the length of the hoses for supplying gases increases;
- изготовление технически сложного и дорогостоящего оборудования;- manufacture of technically sophisticated and expensive equipment;
- изменение состава газовой смеси при сварке влечет за собой изменение поверхностного натяжения жидкого металла сварочной ванны, что вызывает нестабильность дегазации и формирования сварного шва;- a change in the composition of the gas mixture during welding entails a change in the surface tension of the molten metal of the weld pool, which causes instability in the degassing and formation of the weld;
- частота импульсов сварочного тока резко возрастает с увеличением толщины свариваемого соединения, что также требует использования технически сложного и дорогостоящего оборудования.- the frequency of the pulses of the welding current increases sharply with increasing thickness of the welded joint, which also requires the use of technically sophisticated and expensive equipment.
Известен способ сварки неплавящимся электродом в защитных газах корневых слоев сварных соединений, при котором дугу прямой полярности питают импульсами тока при непрерывном движении сварочной головки, при этом импульсы тока имеют прямоугольную форму, длительность импульсов тока ограничивают величиной, обеспечивающей горение дуги во время импульса тока в динамическом режиме, причем амплитуду импульсов тока изменяют установочно изменением напряжения источника питания, частоту следования импульсов тока - плавно, а длительность импульсов тока - ступенчато и в обратно пропорциональной зависимости от отклонения среднего значения напряжения на дуге от заданного (см. патент РФ №2381092, кл. В23K 9/095, В23K 33/00, опубл. 2009 г.).A known method of welding a non-consumable electrode in protective gases of the root layers of welded joints, in which the arc of direct polarity is fed by current pulses during continuous movement of the welding head, the current pulses are rectangular in shape, the duration of the current pulses is limited by the value that ensures arc burning during a current pulse in a dynamic the mode, and the amplitude of the current pulses is changed by setting the voltage of the power source, the pulse repetition rate of the current is smooth, and the pulse duration s current - stepwise in inverse proportion to deviations from the average value of arc voltage from the target (see RF patent №2381092, Cl 9/095 V23K, V23K 33/00, publ g. 2009...).
Отсутствие дефектов в виде пор, газовых полостей, отвечающих нормативным документам, данный способ гарантирует при условии образования технологического отверстия в виде замочной скважины, что допустимо только при сварке первого прохода корневых слоев соединения или при однопроходной сварке.The absence of defects in the form of pores, gas cavities that meet regulatory documents, this method ensures that a technological hole is formed in the form of a keyhole, which is permissible only when welding the first pass of the root layers of the joint or in single-pass welding.
Что же касается многопроходной сварки при заполнении разделки свариваемого соединения, то в сквозном проплавлении нет необходимости.As for multi-pass welding when filling the grooves of the welded joint, there is no need for through penetration.
В первом случае в сварочной ванне благодаря сквозному технологическому отверстию в виде замочной скважины происходит активная дегазация и хорошее формирование сварного соединения. Во втором случае этого не происходит, особенно в процессе сварки перлитных сталей с присадочной проволокой, в которых кремния меньше чем 0.24%. Это связано с тем, что по мере заполнения разделки от прохода к проходу происходит увеличение содержания кислорода и азота, а дегазация сварочной ванны происходит не в полном объеме и по мере увеличения количества проходов происходит накопление остаточного газа в сварном соединении. Все это приводит к образованию дефектов в виде газовых включений, что для ответственных конструкций не допустимо, так как снижается плотность сварного шва.In the first case, active degassing and good formation of the welded joint occur in the weld pool due to the through technological hole in the form of a keyhole. In the second case, this does not happen, especially during the welding of pearlitic steels with filler wire, in which silicon is less than 0.24%. This is due to the fact that as the filling is completed from passage to passage, the content of oxygen and nitrogen increases, and the degassing of the weld pool does not occur in full, and as the number of passes increases, residual gas accumulates in the welded joint. All this leads to the formation of defects in the form of gas inclusions, which is not acceptable for critical structures, since the density of the weld is reduced.
Кроме того, в способе сварки, защищенном патентом РФ №2381092, предложен сложный алгоритм управления тепловложением в сварочную ванну. Для реализации этого способа требуется технологически сложное дорогостоящее оборудование.In addition, in the welding method protected by RF patent No. 2381092, a complex algorithm for controlling the heat input into the weld pool is proposed. To implement this method requires technologically sophisticated expensive equipment.
Однако патент РФ №2381092 по своей технической сущности и достигаемому результату является наиболее близким к предложению заявителя, и потому его выбрали за прототип.However, the patent of the Russian Federation No. 2381092 in its technical essence and the achieved result is the closest to the proposal of the applicant, and therefore he was chosen for the prototype.
Задачей предложения заявителя является повышение качества сварных соединений, особенно из перлитных сталей большой толщины, путем исключения дефектов в виде газовых включений, превышающих максимально допустимые нормативными документами размеры, а также расширения номенклатуры используемых при этом сварочных (присадочных) материалов и сварочного оборудования без существенного его усложнения.The objective of the applicant’s proposal is to improve the quality of welded joints, especially from pearlitic steels of large thickness, by eliminating defects in the form of gas inclusions that exceed the maximum permissible size by regulatory documents, as well as expanding the range of welding (filler) materials and welding equipment used without significant complication .
Сущность предлагаемого технического решения состоит в создании наилучших условий для дегазации сварочной ванны во время импульсной сварки, когда дуга горит в динамическом режиме, путем значительного увеличения времени жидкого состояния металла сварочной ванны и ограничения фронта направленной дискретной кристаллизации до требуемого размера за счет воздействия на сварочную ванну импульсами тока с заранее определяемой из эмпирически выведенного соотношения частоты, длительность и величина тока относительно базового в паузе выбраны из экспериментально установленных диапазонов.The essence of the proposed technical solution is to create the best conditions for the degassing of the weld pool during pulsed welding, when the arc burns in dynamic mode, by significantly increasing the liquid state of the metal of the weld pool and limiting the front of directional discrete crystallization to the required size due to the impact on the weld pool by pulses current with a predetermined from an empirically derived frequency ratio, the duration and magnitude of the current relative to the base in the pause selected from experimentally established ranges.
Указанный выше технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом способе сварки неплавящимся электродом в защитных газах сварных соединений, по которому дугу прямой полярности, горящую между неплавящимся электродом и изделием, питают кратковременными импульсами сварочного тока при непрерывном перемещении электрода вдоль сварного соединения, сварку осуществляют током, частоту следования импульсов которого определяют в зависимости от максимально допустимого размера газовых включений и скорости сварки, образующей форму сварочной ванны, близкую к овальной, связанных между собой следующим соотношением:The above technical result is achieved due to the fact that in the proposed method of welding with a non-consumable electrode in shielded gases of welded joints, in which the arc of direct polarity burning between the non-consumable electrode and the workpiece is supplied with short-term pulses of the welding current while continuously moving the electrode along the welded joint, welding is carried out current, the pulse repetition rate of which is determined depending on the maximum allowable size of the gas inclusions and the welding speed forming close to oval weld pool, interconnected by the following ratio:
где f - частота импульсов сварочного тока [сек-1];where f is the frequency of the pulses of the welding current [sec -1 ];
Vсв - скорость сварки [мм/сек];Vсв - welding speed [mm / s];
a - максимально допустимый размер газовых включений [мм],a is the maximum allowable size of gas inclusions [mm],
при этом длительность импульса сварочного тока выбирают в диапазоне 0,1-0,5 от величины длительности одного сварочного цикла, а величину тока сварочного импульса - в 1,3-2,5 раза больше величины базового тока в паузе.the pulse duration of the welding current is selected in the range of 0.1-0.5 of the duration of one welding cycle, and the current value of the welding pulse is 1.3-2.5 times the value of the base current in a pause.
Эмпирически установленное соотношение позволяет определить частоту следования импульсов сварочного тока для получения размера возможных газовых включений менее максимально допустимого установленного нормативными документами. Скорость сварки, приближающая форму сварочной ванны к овальной, обеспечивает равномерное распределение кристаллов по всему фронту кристаллизации, что способствует улучшению условий для дегазации. Установленный нормативными документами максимально допустимый размер газовых включений определяет необходимую и достаточную частоту следования импульсов сварочного тока, которая встряхивает и создает волнообразные колебания расплавленного металла направленно кристаллизующейся зоне сварочной ванны. При этом расплав, имеющий более высокую температуру, оплавляет границу между расплавом и кристаллизующейся зоной сварочной ванны, получая ограниченный фронт направленной дискретной кристаллизации.The empirically established ratio allows you to determine the repetition rate of the welding current pulses to obtain the size of the possible gas inclusions less than the maximum allowable established by regulatory documents. The welding speed, which approximates the shape of the weld pool to oval, ensures uniform distribution of crystals along the entire crystallization front, which helps to improve the conditions for degassing. The maximum allowable size of gas inclusions established by regulatory documents determines the necessary and sufficient repetition frequency of pulses of the welding current, which shakes and creates wave-like oscillations of the molten metal in the direction of the crystallized zone of the weld pool. In this case, the melt having a higher temperature melts the boundary between the melt and the crystallizing zone of the weld pool, obtaining a limited front of directional discrete crystallization.
Выбор длительности импульса сварочного тока в экспериментально установленном диапазоне 0,1-0,5 от величины длительности одного сварочного цикла позволяет ограничить время присутствия расплава сварочной ванны при температуре выше температуры расплава в паузе, ограничивая тем самым растворение газов по всей сварочной ванне, так как различные газы имеют разные температуры растворимости. Это способствует уменьшению пористости по фронту направленной дискретной кристаллизации.The choice of the duration of the welding current pulse in the experimentally established range of 0.1-0.5 of the duration of one welding cycle allows you to limit the time of the presence of the weld pool melt at a temperature above the melt temperature in the pause, thereby limiting the dissolution of gases throughout the weld pool, since gases have different solubility temperatures. This contributes to a decrease in porosity along the front of directional discrete crystallization.
Экспериментально установленный диапазон величины сварочного тока в импульсе в 1,3-2,5 раза больше базового тока в паузе определен из условий формирования сварного шва и максимальной дегазации сварочной ванны во всех ее пространственных положениях. Кратковременные импульсы сварочного тока в сочетании с необходимой и достаточной частотой их следования активизируют газодинамические процессы в расплаве сварочной ванны, которые способствуют равномерному распределению легирующих элементов по всему объему расплава, разрушают крупные поры расплава на более мелкие, вытесняют их из расплава с помощью волнообразных его колебаний и перемещают от центра ванны к периферии.The experimentally established range of the magnitude of the welding current in the pulse is 1.3-2.5 times greater than the base current in the pause, determined from the conditions for the formation of the weld and the maximum degassing of the weld pool in all its spatial positions. Short-term pulses of the welding current, combined with the necessary and sufficient frequency of their repetition, activate gas-dynamic processes in the melt of the weld pool, which contribute to the uniform distribution of alloying elements throughout the volume of the melt, destroy large pores of the melt into smaller ones, displace them from the melt by means of its wave-like oscillations and move from the center of the bath to the periphery.
Признаки, приведенные в формуле предлагаемого изобретения, являются необходимыми и достаточными для достижения указанного выше нового технического результата (по сравнению с прототипом): повышение качества сварных соединений, особенно при сварке перлитных сталей большой толщины с присадочными материалами, содержащими кремния 0,17-0,35 путем исключения дефектов в виде газовых включений, превышающих размеры, максимально допустимые нормативными документами, за счет поддержания в течение всего процесса ограниченного фронта направленной дискретной кристаллизации введением в сварочную ванну импульсов тока, конкретную частоту следования которых определяют из эмпирически выведенного соотношения, а длительность и величину импульсов тока выбирают из экспериментально установленных диапазонов.The signs given in the claims of the invention are necessary and sufficient to achieve the above new technical result (compared with the prototype): improving the quality of welded joints, especially when welding pearlite steels of large thickness with filler materials containing silicon 0.17-0, 35 by eliminating defects in the form of gas inclusions exceeding the sizes maximum permissible by regulatory documents, by maintaining a limited front directed secret crystallization by introducing current pulses into the weld pool, the specific repetition rate of which is determined from the empirically derived ratio, and the duration and magnitude of the current pulses are selected from experimentally established ranges.
Таким образом, заявлено техническое решение поставленной задачи.Thus, the claimed technical solution to the problem.
В процессе анализа современного уровня техники указанная в формуле сумма признаков не выявлена.In the process of analyzing the current level of technology, the sum of signs indicated in the formula is not revealed.
Наличие отличительных признаков заявленного предложения по отношению к выбранному прототипу свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию «новизна» по действующему законодательству.The presence of distinctive features of the claimed proposal in relation to the selected prototype indicates the conformity of the claimed technical solution to the criterion of "novelty" according to current legislation.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления предлагаемого способа автоматической сварки в среде защитных газов неплавящимся электродом в импульсном режиме, поясняются следующими материалами:Information confirming the possibility of implementing the proposed method for automatic welding in a protective gas environment with a non-consumable electrode in a pulsed mode is explained by the following materials:
- На рис.1 представлена циклограмма изменения величин сварочного тока и напряжения в процессе сварки одного прохода;- Fig. 1 shows a sequence diagram of changes in the values of the welding current and voltage during the welding of one pass;
- На рис.2 представлена фотография внешнего вида сварного шва, полученного в результате сварки по предложенному способу;- Figure 2 shows a photograph of the appearance of the weld obtained by welding according to the proposed method;
- На рис.3 представлена циклограмма изменения величин сварочного тока и напряжения в процессе сварки сварного соединения, описанного в примере №1;- Figure 3 shows the sequence diagram of the changes in the values of the welding current and voltage during welding of the welded joint described in example No. 1;
- На рис.4 представлена циклограмма изменения величин сварочного тока и напряжения в процессе сварки сварного соединения, описанного в примере №2;- Fig. 4 shows the sequence diagram of changes in the values of the welding current and voltage during welding of the welded joint described in example No. 2;
- На рис.5 представлен макрошлиф, полученный при металлографическом исследовании сварного шва, процесс сварки которого описан в примерах №1 и №2.- Fig. 5 shows a macro section obtained by metallographic examination of a weld, the welding process of which is described in examples No. 1 and No. 2.
В процессе сварки одного прохода в интервале времени t0-t1 (см. рис.1) запускается процесс воспроизведения выставленного на аппаратуре управления сварочного режима. За это время происходит разогрев сварочной дуги, стабилизация горения дуги и образование сварочной ванны. В этом интервале времени увеличивается значение тока сварки до базового. Заданное значение напряжения обеспечивает выставление зазора дугового промежутка между электродом и изделием для стабильного горения сварочной дуги. При этом основной металл разогревается и формируется сварочная ванна. С момента образования сварочной ванны начинается процесс растворения газов и их высвобождение из основного металла с последующим накоплением в сварочной ванне и дегазацией в кристаллизующемся металле.During welding of one pass in the time interval t 0 -t 1 (see Fig. 1), the playback process of the welding mode set on the control equipment is started. During this time, the welding arc is warmed up, the combustion of the arc is stabilized, and the weld pool is formed. In this time interval, the value of the welding current increases to the base value. The set voltage value ensures that the arc gap is set between the electrode and the workpiece for stable burning of the welding arc. In this case, the base metal is heated and a weld pool is formed. From the moment of formation of the weld pool, the process of dissolution of gases and their release from the base metal begins, followed by accumulation in the weld pool and degassing in the crystallizing metal.
В интервале времени t1-t2 происходит импульсное нарастание сварочного тока до заданного значения. При этом величина дугового промежутка остается постоянной, а напряжение соответственно уменьшается. В этот момент времени увеличивается объем сварочной ванны и глубина проплавления дугой. В связи с тем, что скорость сварки неизменна, постоянно происходит высвобождение газов из расплава сварочной ванны (образованного основным и присадочным металлами) и кристаллизующегося металла, в результате чего зарождаются новые газовые включения в металле шва. По завершению интервала времени t1-t2 сварочный ток принимает значение, равное току импульса, а напряжение дуги принимает соответствующее значение для поддержания зазора дугового промежутка.In the time interval t 1 -t 2 there is a pulse increase in the welding current to a predetermined value. In this case, the magnitude of the arc gap remains constant, and the voltage decreases accordingly. At this point in time, the volume of the weld pool and the penetration depth of the arc increase. Due to the fact that the welding speed is unchanged, gases are constantly released from the melt of the weld pool (formed by the base and filler metals) and crystallizing metal, as a result of which new gas inclusions in the weld metal are generated. At the end of the time interval t 1 -t 2, the welding current takes a value equal to the pulse current, and the arc voltage takes an appropriate value to maintain the gap of the arc gap.
В интервале t2-t3 дуга горит на максимальном значении сварочного тока. В этот момент стабилизируются все параметры сварочного режима и осуществляется дегазация в расплаве сварочной ванны. Образовавшиеся газовые включения при максимальном перемешивании жидкого металла сварочной ванны за счет интенсивного импульсного воздействия дуги дробятся на мелкие составляющие. Большая часть раздробленных газовых включений, которые располагались в верхних и пограничных слоях сварочной ванны, выходит за ее пределы. Оставшаяся часть раздробленных и образовавшихся вновь из основного металла газовых включений за счет встряхивания в жидком металле сварочной ванны перемещается в периферийные участки, где при уменьшении силы встряхивания стремится занять места в пограничных кристаллизующихся слоях жидкого металла сварочной ванны.In the interval t 2 -t 3 the arc burns at the maximum value of the welding current. At this moment, all parameters of the welding mode are stabilized and degassing is carried out in the weld pool melt. The resulting gas inclusions with maximum mixing of the molten metal of the weld pool due to the intense pulse action of the arc are crushed into small components. Most of the fragmented gas inclusions, which were located in the upper and boundary layers of the weld pool, go beyond its limits. The remaining part of the gaseous inclusions crushed and re-formed from the base metal due to shaking in the molten metal of the weld pool moves to the peripheral areas, where, with a decrease in the strength of the shaking, it tends to take places in the crystallizing boundary layers of the weld pool liquid metal.
В интервале времени t3-t4, когда все параметры сварочного процесса стабилизировались, одновременно происходит отключение импульса сварочного тока и нарастание напряжения дуги для установки заданного зазора дугового промежутка. Сварочный ток снижается до базового значения. По истечении данного интервала замедляются гидродинамические процессы в сварочной ванне и уменьшается дегазация.In the time interval t 3 -t 4 , when all parameters of the welding process have stabilized, the welding current pulse is switched off and the arc voltage rises to set the specified arc gap. The welding current is reduced to the base value. After this interval, the hydrodynamic processes in the weld pool slow down and degassing is reduced.
В интервале времени t4-t1 сварочная дуга приобретает статическое равновесие, где сварочный ток принимает значение, равное базовому, и выставляется необходимый зазор дугового промежутка для стабильного горения дуги за счет увеличения напряжения до заданного значения. В это время происходит кристаллизация пограничной зоны жидкого металла сварочной ванны, а газовые включения вытесняются из кристаллизующейся в жидкую часть сварочной ванны. Оставшаяся часть раздробленных газовых включений, с вновь освободившимся газом из расплавляющегося основного и присадочного металла, зарождает новые газовые включения в расплаве сварочной ванны.In the time interval t 4 -t 1, the welding arc acquires a static equilibrium, where the welding current assumes a value equal to the base, and the necessary gap of the arc gap is set for stable arc burning by increasing the voltage to a predetermined value. At this time, crystallization of the boundary zone of the molten metal of the weld pool occurs, and gas inclusions are displaced from the weld pool crystallizing into the liquid part. The remainder of the fragmented gas inclusions, with newly released gas from the melting base and filler metal, generates new gas inclusions in the weld pool melt.
Данный процесс образования, дробления и вытеснения газовых включений повторяется до момента завершения сварки. В интервале времени tn-tn1 происходит плавное гашение дуги. Сварочный ток постепенно снижается, при этом с уменьшением тепловложения сварочная ванна кристаллизуется, а оставшиеся газовые включения вытесняются из кристаллизующейся в расплав сварочной ванны вплоть до полного вытеснения и выхода из нее.This process of formation, crushing and displacement of gas inclusions is repeated until the welding is completed. In the time interval t n -t n1 there is a smooth arc extinction. The welding current gradually decreases, while with a decrease in heat input, the weld pool crystallizes, and the remaining gas inclusions are displaced from the weld pool crystallizing into the melt until it is completely displaced and exited.
В результате предложенного процесса сварки каждого прохода формируется мелкочешуйчатая поверхность сварного соединения (см. рис.2).As a result of the proposed welding process of each pass, a small-scaled surface of the welded joint is formed (see Fig. 2).
Осуществление предлагаемого способа сварки с питанием дуги кратковременными импульсами сварочного тока позволяет предотвратить образование дефектов в виде газовых включений, особенно при сварке перлитных сталей, с использованием присадочных проволок с содержанием кремния 0,17-0,35% и используемых в настоящее время сварочным оборудованием.Implementation of the proposed method of welding with arc supply by short pulses of welding current prevents the formation of defects in the form of gas inclusions, especially when welding pearlitic steels, using filler wires with a silicon content of 0.17-0.35% and currently used welding equipment.
Примеры осуществления способаExamples of the method
Автоматическая сварка неплавящимся электродом в защитных газах трубопровода из стали перлитного класса 10ГН2МФА диаметром 990 мм с толщиной стенки 62 мм проводилась в два этапа:Automatic welding by a non-consumable electrode in shielding gases of a pipe made of 10GN2MFA pearlitic steel with a diameter of 990 mm and a wall thickness of 62 mm was carried out in two stages:
- первый этап сварки включает в себя формирование корня шва данного сварного соединения до толщины 10-12 мм. Осуществление способа сварки корневых проходов представлено в примере №1;- the first stage of welding includes the formation of the root of the seam of the welded joint to a thickness of 10-12 mm The implementation of the method of welding root passages is presented in example No. 1;
- второй этап сварки заключается в заполнении оставшейся толщины разделки кромок (50-52 мм) данного сварного соединения. Осуществление способа сварки при заполнении разделки кромок сварного соединения представлено в примере №2.- the second stage of welding is to fill the remaining thickness of the cutting edges (50-52 mm) of the welded joint. The implementation of the welding method when filling the cutting edges of the welded joint is presented in example No. 2.
Подготовка кромок трубопровода под сварку выполнялась с V-образной разделкой с углами раскрытия кромок 45° и 9°, притупление составляло 1,5 мм.The preparation of the pipeline edges for welding was carried out with a V-shaped groove with opening angles of 45 ° and 9 °, the blunting was 1.5 mm.
Пример №1.Example No. 1.
Для сварки корневых проходов сварного соединения применялась присадочная проволока Св-08Г2С диаметром 1,2 мм.For welding the root passages of the welded joint, a filler wire Sv-08G2S with a diameter of 1.2 mm was used.
При сварке корневых проходов максимально допустимый размер газовых включений по нормативным документам должен составлять не более 0,2 мм.When welding root passages, the maximum allowable size of gas inclusions according to regulatory documents should be no more than 0.2 mm.
Для того, чтобы газовые включения не образовывались по своим размерам больше максимально допустимых, то есть более 0,2 мм, проводились расчеты сварочного режима:In order to prevent gas inclusions from forming in size larger than the maximum allowable, that is, more than 0.2 mm, the welding mode was calculated:
Vсв=3,6 [м/ч]=1,0 [мм/сек] - средняя скорость сварки, образующая форму сварочной ванны, близкой к овальной;V St = 3.6 [m / h] = 1.0 [mm / s] - the average welding speed, forming the shape of the weld pool, close to oval;
а=0,2 [мм] - максимально допустимый дефект;a = 0.2 [mm] - the maximum allowable defect;
f=Vсв/а - частота импульсов сварочного тока;f = V sv / a - pulse frequency of the welding current;
f=1,0/0,2=5 [сек-1];f = 1.0 / 0.2 = 5 [sec -1 ];
tц=1/f, где tц - длительность одного сварочного цикла;t c = 1 / f, where t c is the duration of one welding cycle;
tц=1/5=0,2 [сек].t c = 1/5 = 0.2 [sec].
Длительность импульса сварочного тока выбрана из диапазона 0,1 до 0,5 от длительности цикла сварки и составляет 0,5.The pulse duration of the welding current is selected from a range of 0.1 to 0.5 of the duration of the welding cycle and is 0.5.
tи=tц·0,5, где tи - продолжительность импульса сварочного тока;t and = t c · 0.5, where t and is the pulse duration of the welding current;
tи=0,2·0,5=0,1 [сек];t and = 0.2 · 0.5 = 0.1 [s];
tц=tи+tп, где tп - продолжительность паузы сварочного тока;t c = t and + t p where t p - the duration of the pause of the welding current;
tп=tц-tи;t p = t c -t and ;
tп=0,2-0,1=0,1 [сек].t p = 0.2-0.1 = 0.1 [s].
Величина импульса сварочного тока выбрана из диапазона 1,3-2,5 от величины тока паузы и составляет 2,0. Для сварки трубопроводов с толщиной стенки 62 мм величина сварочного тока в паузе составляет 200 А.The magnitude of the welding current pulse is selected from a range of 1.3-2.5 of the value of the pause current and is 2.0. For welding pipelines with a wall thickness of 62 mm, the welding current in the pause is 200 A.
Iи=Iп·2,0, где Iи - величина импульса сварочного тока;I and = I p · 2.0, where I and - the magnitude of the pulse of the welding current;
Iп - величина сварочного тока в паузе;I p - the value of the welding current in a pause;
Iи=200·2,0=400 [А].I and = 200 · 2.0 = 400 [A].
Таким образом, определены основные параметры режима сварки корневых проходов в зависимости от скорости сварки и максимально допустимых газовых включений по требованиям нормативных документов (см. рис.3), в результате которых после сварки соединения максимальный размер полученных газовых включений составил меньше минимального размера включений, то есть менее 0,2 мм (см. рис.5).Thus, the main parameters of the root pass welding mode were determined depending on the welding speed and the maximum allowable gas inclusions according to the requirements of regulatory documents (see Fig. 3), as a result of which, after welding the joint, the maximum size of the obtained gas inclusions was less than the minimum size of the inclusions, then there is less than 0.2 mm (see Fig. 5).
Пример №2.Example No. 2.
При заполнении разделки кромок трубопровода применялась присадочная проволока Св-10ГН1МА диаметром 1,2 мм.When filling the cutting edges of the pipeline, a filler wire Sv-10GN1MA with a diameter of 1.2 mm was used.
При заполнении разделки кромок сварного соединения максимально допустимый размер газовых включений по нормативным документам должен составлять не более 3,0 мм.When filling the grooves on the edges of the welded joint, the maximum allowable size of gas inclusions according to regulatory documents should be no more than 3.0 mm.
Для того, чтобы газовые включения не образовывались по своим размерам больше максимально допустимых, то есть более 3,0 мм, проводились расчеты сварочного режима:In order to prevent gas inclusions from forming in size larger than the maximum allowable, i.e. more than 3.0 mm, the welding mode was calculated:
Vсв=4,5 [м/ч]=1,25 [мм/сек] - средняя скорость сварки, образующая форму сварочной ванны, близкой к овальной;V St = 4,5 [m / h] = 1.25 [mm / s] - the average welding speed, forming the shape of the weld pool, close to oval;
а=3,0 [мм] - максимально допустимый дефект;a = 3.0 [mm] - the maximum allowable defect;
f=Vсв/а - частота импульсов сварочного тока;f = V sv / a - pulse frequency of the welding current;
f=1,25/3,0=0,41 [сек-1];f = 1.25 / 3.0 = 0.41 [sec -1 ];
tц=1/f, где tц - длительность одного сварочного цикла;t c = 1 / f, where t c is the duration of one welding cycle;
tц=1/0,41=2,5 [сек].t c = 1 / 0.41 = 2.5 [sec].
Длительность импульса сварочного тока выбрана из диапазона 0,1 до 0,5 от длительности цикла и составляет 0,1.The pulse duration of the welding current is selected from a range of 0.1 to 0.5 of the cycle duration and is 0.1.
tи=tц·0,1, где tи - продолжительность импульса сварочного тока;t and = t c · 0,1, where t and is the duration of the pulse of the welding current;
tи=2,5·0,1=0,25 [сек].t and = 2.5 · 0.1 = 0.25 [s].
tц=tи+tп, где tп - продолжительность паузы сварочного тока;t c = t and + t p where t p - the duration of the pause of the welding current;
tп=tц-tи;t p = t c -t and ;
tп=2,5-0,25=:2,25[ceк].t p = 2.5-0.25 = : 2.25 [sec].
Величина импульса сварочного тока выбрана из диапазона 1,3-2,5 от величины тока паузы и составляет 1,5. Для сварки трубопроводов с толщиной стенки 62 мм величина базового сварочного тока в паузе составляет 200 А.The magnitude of the pulse of the welding current is selected from a range of 1.3-2.5 of the value of the pause current and is 1.5. For welding pipelines with a wall thickness of 62 mm, the base welding current in a pause is 200 A.
Iи=Iп·1,5, где Iи - величина импульса сварочного тока;I and = I p · 1,5, where I and - the magnitude of the pulse of the welding current;
Iп - величина сварочного тока в паузе;I p - the value of the welding current in a pause;
Iи=200·1,5=300 [А].I and = 200 · 1,5 = 300 [A].
Таким образом, определены основные параметры режима сварки при заполнении разделки кромок сварного соединения в зависимости от скорости сварки и максимально допустимых газовых включений по требованиям нормативных документов (см. рис.4), в результате которых после сварки соединения максимальный размер полученных газовых включений составил 1,0 мм, что значительно меньше максимально допустимого размера - 3,0 мм (см. рис.5).Thus, the main parameters of the welding mode when filling the edges of the welded joint are determined depending on the welding speed and the maximum allowable gas inclusions according to the requirements of regulatory documents (see Fig. 4), as a result of which, after welding the joint, the maximum size of the obtained gas inclusions is 1, 0 mm, which is significantly less than the maximum allowable size - 3.0 mm (see Fig. 5).
Таким образом, заявленное новое техническое решение указанной выше задачи, совокупность существенных признаков которого не известна из настоящего уровня техники, обладает новизной по сравнению с выбранным прототипом, технически выполнимо, промышленно применимо, что соответствует критериям, характеризующим изобретение по действующему законодательству.Thus, the claimed new technical solution to the above problem, the set of essential features of which is not known from the current level of technology, is novel in comparison with the selected prototype, technically feasible, industrially applicable, which meets the criteria characterizing the invention according to the current legislation.
Предложенный способ прошел производственное испытание, по окончанию которого был осуществлен ультразвуковой и радиографический контроли полученных сварных соединений с последующими металлографическими исследованиями макрошлифов, которые зафиксировали положительные результаты по окончанию сварки, о чем свидетельствуют заключения и протоколы соответствующих служб предприятия.The proposed method passed a production test, at the end of which ultrasonic and radiographic tests of the welded joints were carried out, followed by metallographic studies of macro sections, which recorded positive results at the end of welding, as evidenced by the conclusions and protocols of the relevant services of the enterprise.
Новое техническое решение позволило значительно повысить качество сварных соединений конструкций из перлитных сталей, особенно большой толщины, путем исключения образования газовых включений размером более максимально допустимых нормативными документами за счет создания наилучших условий для дегазации и образования ограниченного фронта направленной дискретной кристаллизации сварного соединения, а также расширить номенклатуру используемых при этом присадочных материалов.The new technical solution made it possible to significantly improve the quality of welded joints of structures made of pearlitic steels, especially of large thickness, by eliminating the formation of gas inclusions larger than the maximum allowable normative documents by creating the best conditions for degassing and forming a limited front of directional discrete crystallization of the welded joint, as well as expanding the range filler materials used for this.
Claims (1)
где f - частота импульсов сварочного тока, с-1;
Vсв - скорость сварки, мм/с;
а - максимально допустимый размер газовых включений, мм, и сварку осуществляют при длительности импульса сварочного тока, равной 0,1-0,5 величины длительности одного сварочного цикла и величине тока сварочного импульса, в 1,3-2,5 раза большей величины базового сварочного тока в паузе. A method of welding products with a non-consumable electrode in shielding gases, including the supply of an arc of direct polarity burning between the non-consumable electrode and the product, short-term pulses of the welding current while continuously moving the electrode along the welded joint, characterized in that the pulse repetition rate of the welding current is preliminarily determined depending on the maximum allowable the size of gas inclusions in the weld and the welding speed at which a weld pool is formed, the shape of which is close to oval, the following ratio:
where f is the frequency of the pulses of the welding current, s -1 ;
Vсв - welding speed, mm / s;
a - the maximum allowable size of gas inclusions, mm, and welding is carried out with a pulse duration of the welding current equal to 0.1-0.5 times the duration of one welding cycle and the current value of the welding pulse, 1.3-2.5 times the value of the base welding current in a pause.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011140746/02A RU2475344C1 (en) | 2011-10-10 | 2011-10-10 | Method of welding by non-consumable electrode in protective gases |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011140746/02A RU2475344C1 (en) | 2011-10-10 | 2011-10-10 | Method of welding by non-consumable electrode in protective gases |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2475344C1 true RU2475344C1 (en) | 2013-02-20 |
Family
ID=49120913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011140746/02A RU2475344C1 (en) | 2011-10-10 | 2011-10-10 | Method of welding by non-consumable electrode in protective gases |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2475344C1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1018822A1 (en) * | 1982-01-25 | 1983-05-23 | Kruchinin Ilya | Method of arc welding of aluminium alloys |
| JPH02133176A (en) * | 1988-11-14 | 1990-05-22 | Nippon Mining Co Ltd | Tig pulsed arc welding method |
| RU2008153C1 (en) * | 1992-07-16 | 1994-02-28 | Научно-производственное объединение "Техномаш" | Process of arc welding in atmosphere of shielding gases |
| JP2002224829A (en) * | 2001-02-05 | 2002-08-13 | Hitachi Ltd | Method and equipment for welding narrow groove with peak pulse tig |
| RU2254214C1 (en) * | 2003-12-29 | 2005-06-20 | Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method for electric arc welding of aluminum and its alloys by means of non-consumable electrode |
| US7301123B2 (en) * | 2004-04-29 | 2007-11-27 | U.I.T., L.L.C. | Method for modifying or producing materials and joints with specific properties by generating and applying adaptive impulses a normalizing energy thereof and pauses therebetween |
| RU2381092C2 (en) * | 2008-04-25 | 2010-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method of making welded joint root pass by nonconsumable electrode in protective gases |
-
2011
- 2011-10-10 RU RU2011140746/02A patent/RU2475344C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1018822A1 (en) * | 1982-01-25 | 1983-05-23 | Kruchinin Ilya | Method of arc welding of aluminium alloys |
| JPH02133176A (en) * | 1988-11-14 | 1990-05-22 | Nippon Mining Co Ltd | Tig pulsed arc welding method |
| RU2008153C1 (en) * | 1992-07-16 | 1994-02-28 | Научно-производственное объединение "Техномаш" | Process of arc welding in atmosphere of shielding gases |
| JP2002224829A (en) * | 2001-02-05 | 2002-08-13 | Hitachi Ltd | Method and equipment for welding narrow groove with peak pulse tig |
| RU2254214C1 (en) * | 2003-12-29 | 2005-06-20 | Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method for electric arc welding of aluminum and its alloys by means of non-consumable electrode |
| US7301123B2 (en) * | 2004-04-29 | 2007-11-27 | U.I.T., L.L.C. | Method for modifying or producing materials and joints with specific properties by generating and applying adaptive impulses a normalizing energy thereof and pauses therebetween |
| RU2381092C2 (en) * | 2008-04-25 | 2010-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method of making welded joint root pass by nonconsumable electrode in protective gases |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107921584B (en) | Method for laser welding | |
| JP3209369U (en) | A system for starting and using a combination of filler wire feed and high-intensity energy source for root-pass welding of inner diameter of clad pipe | |
| Meng et al. | High speed TIG–MAG hybrid arc welding of mild steel plate | |
| Wang et al. | Effect of ultrasonic vibration on microstructural evolution and mechanical properties of underwater wet welding joint | |
| CN101367157A (en) | High-strength or ultra-high strong steel laser-electrical arc composite heat source welding method | |
| JP5616109B2 (en) | Laser piercing method | |
| Franco et al. | Analysis of copper sheets welded by fiber laser with beam oscillation | |
| Sun et al. | Investigation on microstructure and mechanical properties of NV E690 steel joint by laser-MIG hybrid welding | |
| Li et al. | Analysis and improvement of laser wire filling welding process stability with beam wobble | |
| Yang et al. | Influence of alternating magnetic field on microstructure and mechanical properties of laser-MIG hybrid welded HG785D steel joint | |
| US5599469A (en) | Plasma welding process | |
| Suder et al. | Penetration and mixing of filler wire in hybrid laser welding | |
| Zhan et al. | Microstructure characteristics and mechanical properties of fiber-diode hybrid laser welded 304 austenitic stainless steel | |
| RU2679858C1 (en) | Method of hybrid laser-arc welding of steel thick-walled structures | |
| Li et al. | Effects of shielding gas on GMAW of 10Ni5CrMoV HSLA steel using high Cr-Ni austenitic wire | |
| RU2578303C1 (en) | Method of laser-arc welding of vertical joints of thick-sheet steel structures | |
| Chen et al. | The mechanisms of underwater wet flux-cored arc welding assisted by ultrasonic frequency pulse high-current | |
| Hao et al. | Comparisons of laser and laser-arc hybrid welded carbon steel with beam oscillation | |
| RU2653396C1 (en) | Method of manufacturing the t-beam with laser beam | |
| RU2475344C1 (en) | Method of welding by non-consumable electrode in protective gases | |
| JP2001259873A (en) | Laser welding method | |
| US5750955A (en) | High efficiency, variable position plasma welding process | |
| John et al. | Effect of employing metal cored filler wire for single V butt joint welding of Ti-Nb microalloyed 800MPa steels | |
| RU2410216C2 (en) | Method for adaptive pulse-arc welding | |
| Bunaziv | Optimization of parameters for fiber laser-MAG hybrid welding in shipbuilding applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131011 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20141210 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |