RU2791021C1 - Электрод для дуговой сварки деталей из разнородных сталей и способ дуговой сварки деталей из разнородных сталей - Google Patents
Электрод для дуговой сварки деталей из разнородных сталей и способ дуговой сварки деталей из разнородных сталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2791021C1 RU2791021C1 RU2022106372A RU2022106372A RU2791021C1 RU 2791021 C1 RU2791021 C1 RU 2791021C1 RU 2022106372 A RU2022106372 A RU 2022106372A RU 2022106372 A RU2022106372 A RU 2022106372A RU 2791021 C1 RU2791021 C1 RU 2791021C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- welding
- coating
- steel
- parts
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Электрод может быть использован для ручной дуговой сварки деталей из разнородных сталей, например, при изготовлении резервуаров, емкостей и трубопроводов для хранения и перемещения агрессивных жидкостей. Электрод содержит стальной стержень с обмазкой, состав которого обеспечивает сварку стали, из которой выполнена первая из деталей, и стальной стержень с обмазкой, состав которого обеспечивает сварку стали, из которой выполнена вторая деталь. Каждый из стержней электрода по всей длине освобожден от обмазки на четверти ее поверхности, при этом они установлены параллельно друг другу с касанием смежных поверхностей, свободных от обмазки, и скреплены медными скобами. Электрод ориентируют с размещением каждого стержня со стороны соответствующей детали, для сварки которой он предназначен, и обеспечивают совместное плавление стержней с получением сварного шва с усредненным химическим составом по сравнению с составом свариваемых деталей. 2 н.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, при ручной сварке резервуаров, емкостей и трубопроводов для хранения и перемещения агрессивных жидкостей, жидких минеральных удобрений, нефтепродуктов в которых выполняется соединение, например, углеродистых феррито-перлитных сталей (фланец) с нержавеющими аустенитными (патрубок), а также при ремонте таких конструкций.
Основные проблемы, характерные для сварки разнородных материалов, связаны с охрупчиванием границ раздела между ними. Степень их проявления определяется природой взаимодействующих материалов и технологией формирования неразъемных соединений. Причины, объясняющие низкий уровень прочностных свойств, ударной вязкости, статической и усталостной трещиностойкости сварных конструкций из разнородных материалов, заключаются в формировании зон переменного химического состава со сложной (различной) кристаллической структурой, присутствием хрупких интерметаллидов или неметаллических включений, высокопрочных закаленных зон, появлением остаточных напряжений и пр.
Избавиться от данных проблем путем оптимизации режимов сварки и наплавки, как правило, не удается. Неизбежность формирования такого рода структурных составляющих обусловлена самой сутью, природой сварочных процессов.
Если в процессе сварки не происходит активного перемешивания материалов соединяемых заготовок, то и добиться получения качественного шва в большинстве случаев также не удается. При повышении в углеродистых сталях количества углерода эта задача усложняется многократно. Поэтому одна из наиболее сложных с практической точки зрения задач при сварке разнородных материалов связана с соединением углеродистых и легированных сталей (Никулина А.А. Структура и свойства разнородных соединений, полученных методом сварки и наплавки углеродистых и легированных сталей, док. дисс., - Новосибирск, 2020, - 385 с.).
Известны электроды для ручной дуговой сварки разнородных сталей, содержащий металлический стержень и нанесенную на него обмазку (RU 2428290, 10.09.2011; RU 2595083, 20.08.2016).
Недостатками этих электродов являются:
- низкая технологичность при опрессовке и низкая технологичность электродного покрытия при прокалке;
- низкая сопротивляемость сварных швов образованию горячих трещин, особенно при сварке разнородных сталей,
- высокое содержание кислорода в металле сварного шва и, как следствие склонность к образованию горячих кристаллизационных трещин.
Известен способ сварки (патент SU №1389963 А1, 23.04.88) - аналог, где сварку выполняют составной проволокой, отрезки которой имеют различный химический состав, при этом сварку осуществляют с колебаниями проволоки и в процессе каждого колебания расплавляют один из отрезков проволоки.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому электроду является электрод для ручной дуговой сварки деталей из разнородных сталей, включающий стальной стержень, выполненный из металла с обмазкой близкими по химическому составу и механическим свойствами, с металлом одной из свариваемых деталей (RU №2022738, 15.11.94).
Общей технической проблемой известных аналога и прототипа является высокая трудоемкость в организации процесса сварки разнородных сталей, а общим недостатком - образование трещин и иных макродефектов в сварном шве.
Задачей решаемой настоящим изобретением является упрощение процесса сварки и повышение качества шва у свариваемых изделий из разнородных сталей.
Настоящая задача решается тем, что электрод для дуговой сварки деталей из разнородных сталей, содержащий стальной стержень с обмазкой, состав которого обеспечивает сварку стали, из которой выполнена одна из деталей, снабжен дополнительным стальным стержнем с обмазкой, состав которого обеспечивает сварку стали, из которой выполнена другая деталь, при этом каждый из упомянутых стержней электрода по всей длине освобожден от обмазки на четверти ее поверхности, причем стержни с обмазкой установлены параллельно друг другу с касанием смежных поверхностей, свободных от обмазки, и скреплены медными скобами.
В способе дуговой сварки деталей из разнородных сталей, включающем подготовку свариваемых кромок и последующее формирование свариваемого шва, для формирования шва используют электрод, состоящий из двух стальных стержней с обмазкой, скрепленных между собой медными скобами, каждый из которых имеет состав обеспечивающий сварку стали одной из свариваемых деталей, причем стержни с обмазкой установлены параллельно друг другу с касанием смежных поверхностей, свободных от обмазки по всей длине на четверти ее поверхности, при этом электрод ориентируют с размещением каждого стержня со стороны соответствующей детали, для сварки которой он предназначен, и обеспечивают совместное плавление стержней с получением сварного шва с усредненным химическим составом по сравнению с составом свариваемых деталей.
Техническая сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в процессе дуговой сварки разнородных сталей в сварочном шве целенаправленно формируются химические концентрационные градиенты (ХКГ), суть - скачки концентрации, углерода и(или) основных легирующих элементов, от оси шва (границы раздела) в направлении кромок свариваемых сталей, посредством расплавления электрической дугой сдвоенного электрода предлагаемой конструкции. При этом электрод составляется так, что химический состав каждой его части соответствует или близок к химическому составу, соединяемой сваркой стали, а при сварке происходит плавление и смешивание в сварном шве его частей с образованием нового сварочного материала - стали с усредненным химическим составом по отношению к свариваемым.
Изобретение иллюстрируется следующими материалами.
На фиг. 1 - схема предлагаемого электрода.
На фиг. 2 - общий вид предлагаемого электрода.
На фиг. 3 - схема сварки разнородных сталей сдвоенным электродом.
На фиг. 4 - микроструктура сварного шва без предварительной организации в нем химических концентрационных градиентов с характерными дефектами.
На фиг. 5 - микроструктура сварного шва при предварительной организации в нем химических концентрационных градиентов.
На фиг. 6 - влияние химического концентрационного градиента на формировании микроструктуры в сварном шве.
Электрод выполнен сдвоенным и состоит из двух металлических стержней 1 и 2 из металлов близких по химическому составу и механическим свойствами свариваемым деталям. Металлические стержни 1 и 2 соприкасаются между собой, по всей длине и имеют обмазку 3 и 4. Металлические стержни 1 и 2, для их лучшего контакта, в месте соприкосновения по их смежной стороне 5 на ¼ их диаметра освобождены от обмазки 3 и 4. Обе части электрода скреплены друг с другом одной или несколькими медными скобами 6. На фиг. 3 поясняющей реализацию способа, показаны свариваемые пластины 7 и 8 из разнородной стали (марки 12Х10Н10Т и Ст. 50).
Изобретение поясняется следующими примерами.
Пример 1. Из листовых сталей 50 и 12Х10Н10Т вырезали образцы свариваемых деталей 3 и 4 размером 80×50×6 по 6 шт. каждой. На образцах проводили подготовку свариваемых кромок для чего кромки выполняли наждачным кругом, с углом 30°.
Образцы из сталей 50 и 12Х10Н10Т перед сваркой прихватывали между собой.
Сварку разнородных металлов осуществляли сварочным инвертором «Ресанта» на режимах: ток - 120 А, полярность - обратная.
Электроды для сварки разнородных сталей: для стали 50 был выбран электрод марки Св-08, с обмазкой 5, а для стали 12X10 Н10Т - электрод марки ЦЛ11 с обмазкой 6. С обоих электродов рашпилем снималась обмазка на ¼ диаметра - до металлического стержня. Затем по образующей поверхности электроды соединяли и скрепляли медными скобами 7 диаметром равным 1,5-3 мм.
В этом примере электроды над кромками разнородных сталей располагали, как показано на фиг. 4 электрод марки Св-08 над кромкой стали 50, а стали 12Х10Н10Т - электрод марки ЦЛ11, после чего осуществляли сварку образцов на выше указанных режимах.
После остывания образцов вырезали темплеты и готовились шлифы с целью выявления образования в сварном шве дефектов (трещин, непроваров и пр.).
Микроструктура по оси сварного шва представлена на фиг. 4. При сварки разнородных сталей с организацией в сварном шве химических концентрационного градиентов в зоне термического влияния трещин обнаружено не было.
Таким образом, при формировании сварного соединения из разнородных сталей по примеру 1 предлагаемого способа, трещин в нем обнаружено не было (см. фиг. 4.)
Пример 2. Таким же образом подготовили и вторую партию образцов и электродов для дуговой сварки разнородных сталей. Отличие от предыдущего примера 1, состояло в том, что электрод марки ЦЛ11 был установлен уже над кромкой, стали 50, а электрод марки Св-08 - над кромкой стали 12Х10Н10Т.
После остывания сварного шва из него также вырезались темплеты и готовились шлифы на предмет определения микродефектов. На микрошлифах были обнаружены: трещина по оси шва (вдоль границы свариваемых разнородных сталей), микротрещины у кромок, непровар корня шва. Технический результат изобретения достигается, прежде всего, за счет формирования в сварочном шве заранее заданного, ХКГ углерода и (или) основных легирующих элементов (в нашем случае - это хром и никель) с плавным профилем концентрации химического элемента, который позволяет нивелировать неизбежный резкий скачек химического состава и связанных с ним основных физико-механических свойств, на границе свариваемых разнородных сталей, например, феррито-перлитной стали 50 и аустенитной стали 12Х10Н10Т. Также, достижению технического результата способствует и правильное расположение в пространстве сторон предлагаемого сдвоенного электрода, по отношению к свариваемым сталям (кромкам сварного шва).
Так, в обоих примерах, сварной шов образуется между разнородными сталями, отличающимися друг от друга как по содержанию углерода, так и по содержанию основных легирующих элементов (см. Табл. 1).
Как следует из приведенной таблицы, если свариванию подвергать выбранные для иллюстрации изобретения стали марок 50 и 12Х10Н10Т, то ХКГ - скачек концентрации, например, углерода при переходе от одной стали к другой составит:
ХКГС(50/12Х10Н10Т)=(0,47÷0,55)-0,12=0,35-0,43.
Аналогично можно рассчитать этот параметр и для основных легирующих элементов хрома и никеля:
ХКГCr(50/12Х10Н10Т)=0,25-(17÷19)=-(16,75÷18,75),
ХКГNi(50/12Х10Н10Т)=0-(9÷11)=-(9÷11).
Эти протяженные скачки (особенно для Cr и Ni) концентраций химических элементов и формируют будущий градиент структуры и свойств сварного соединения, являясь основной причиной формирующихся в нем остаточных напряжений, вызывающих структурные макродефекты.
Если же сварку этих сталей проводить с использованием составного электрода по предлагаемому изобретению, из сталей Св-08 и Св-08Х19Н10Б (электрод марки ЦЛ-11), то протяженный скачек концентрации, например хрома, равный - (16,75-18,75), распадается уже на две более короткие площадки: ХКГ между сталями 50 и новой сталью, полученной при совместном плавлении Св-08 и Св-08Х19Н10Б в сварочной ванне, и ХКГ между новой сталью и 12Х10Н10Т, каждый из которых составит, соответственно:
ХКГCr(50/Св-08+Св-08Х19Н10Б)=0,25-(9,075÷11,075)=-(8,825÷10,825),
ХКГCr(Св-08+Св-08Х19Н10Б/12Х10Н10Т)=(9,075÷11,075)-(17,0÷19,0)=-7,925,
Видно, что расчетные ХКГCr на границах свариваемых разнородных сталей (50 и 12Х10Н10Т) и новой стали, полученной при совместном плавлении частей составного электрода, оказываются почти в 2 раза ниже, чем для исходного образца.
Таким образом, по результатам проведенных экспериментов, установлено, что из-за отсутствия в процессе сварки разнородных сталей в сварном шве заданного ХКГ углерода и основных легирующих элементов (хром, никель), с большой долей вероятности, возникают различные макродефекты. Путем создания, в сварном шве заданного, плавного ХКГ (углерода и(или) основных легирующих элементов) при дуговой сварке разнородных металлов, в сварном шве и зоне сплавления не образуются трещины и другие дефекты, а новая сталь, имеющая усредненное содержание химических элементов по отношению к свариваемым, образуется непосредственно в процессе сварки - путем плавления и перемешивания в сварочной ванне материалов, близких к ним по составу.
Claims (2)
1. Электрод для дуговой сварки деталей из разнородных сталей, содержащий стальной стержень с обмазкой, состав которого обеспечивает сварку стали, из которой выполнена одна из деталей, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным стальным стержнем с обмазкой, состав которого обеспечивает сварку стали, из которой выполнена другая деталь, при этом каждый из упомянутых стержней электрода по всей длине освобожден от обмазки на четверти ее поверхности, причем стержни с обмазкой установлены параллельно друг другу с касанием смежных поверхностей, свободных от обмазки, и скреплены медными скобами.
2. Способ дуговой сварки деталей из разнородных сталей, включающий подготовку свариваемых кромок и последующее формирование сварного шва, отличающийся тем, что для формирования шва используют электрод, состоящий из двух стальных стержней с обмазкой, скрепленных между собой медными скобами, каждый из которых имеет состав, обеспечивающий сварку стали одной из свариваемых деталей, причем стержни с обмазкой установлены параллельно друг другу с касанием смежных поверхностей, свободных от обмазки по всей длине на четверти ее поверхности, при этом электрод ориентируют с размещением каждого стержня со стороны соответствующей детали, для сварки которой он предназначен, и обеспечивают совместное плавление стержней с получением сварного шва с усредненным химическим составом по сравнению с составом свариваемых деталей.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2791021C1 true RU2791021C1 (ru) | 2023-03-01 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2811539C1 (ru) * | 2023-07-17 | 2024-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ) | Электрод для дуговой сварки деталей из разнородных сталей |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1389963A1 (ru) * | 1986-07-08 | 1988-04-23 | Научно-Исследовательский И Проектный Институт Городского Пассажирского Транспорта Г.Москвы "Мосгортрансниипроект" | Способ дуговой сварки деталей из углеродистой стали с детал ми из высоколегированной аустенитной стали |
| RU2022738C1 (ru) * | 1991-04-03 | 1994-11-15 | Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" | Способ сварки разнородных сталей |
| RU2011122978A (ru) * | 2010-06-09 | 2012-12-20 | Дженерал Электрик Компани | Устройство и способ для сварки разнородных легированных сталей |
| RU2480316C2 (ru) * | 2007-08-31 | 2013-04-27 | Дженерал Электрик Компани | Способ и устройство для соединения разнородных металлов |
| WO2016126901A1 (en) * | 2015-02-04 | 2016-08-11 | Fisher Controls International Llc | Methods and apparatus for welding work pieces having dissimilar compositions |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1389963A1 (ru) * | 1986-07-08 | 1988-04-23 | Научно-Исследовательский И Проектный Институт Городского Пассажирского Транспорта Г.Москвы "Мосгортрансниипроект" | Способ дуговой сварки деталей из углеродистой стали с детал ми из высоколегированной аустенитной стали |
| RU2022738C1 (ru) * | 1991-04-03 | 1994-11-15 | Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" | Способ сварки разнородных сталей |
| RU2480316C2 (ru) * | 2007-08-31 | 2013-04-27 | Дженерал Электрик Компани | Способ и устройство для соединения разнородных металлов |
| RU2011122978A (ru) * | 2010-06-09 | 2012-12-20 | Дженерал Электрик Компани | Устройство и способ для сварки разнородных легированных сталей |
| WO2016126901A1 (en) * | 2015-02-04 | 2016-08-11 | Fisher Controls International Llc | Methods and apparatus for welding work pieces having dissimilar compositions |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2814639C1 (ru) * | 2023-05-02 | 2024-03-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ) | Составной электрод для дуговой сварки деталей из разнородных сталей |
| RU2811539C1 (ru) * | 2023-07-17 | 2024-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ) | Электрод для дуговой сварки деталей из разнородных сталей |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Alipooramirabad et al. | Residual stress-microstructure-mechanical property interrelationships in multipass HSLA steel welds | |
| Govindarao et al. | Affect of vibratory welding process to improve the mechanical properties of butt welded joints | |
| JP5442456B2 (ja) | 軸方向の大きい塑性歪みに適応する炭素鋼構造およびパイプライン中の耐食合金溶接部 | |
| Serindağ et al. | A study on microstructural and mechanical properties of gas tungsten arc welded thick cryogenic 9% Ni alloy steel butt joint | |
| Wan et al. | Welding defects occurrence and their effects on weld quality in resistance spot welding of AHSS steel | |
| Sridhar et al. | Influence of welding current on bead profile and mechanical properties of double sided submerged arc welding of AISI 304 austenitic stainless steel | |
| Polezhayeva et al. | Fatigue performance of friction stir welded marine grade steel | |
| RU2791021C1 (ru) | Электрод для дуговой сварки деталей из разнородных сталей и способ дуговой сварки деталей из разнородных сталей | |
| Braun et al. | Mechanical behavior of additively and conventionally manufactured 316L stainless steel plates joined by gas metal arc welding | |
| Barsoum et al. | Fatigue strength evaluation of friction stir welded aluminium joints using the nominal and notch stress concepts | |
| Beaugrand et al. | Hydrogen embrittlement of 8630M/625 subsea dissimilar joints: factors that influence the performance | |
| Łabanowski | Stress corrosion cracking susceptibility of dissimilar stainless steels welded joints | |
| Prasanna et al. | Investigation of welding of dissimilar high thickness SA106 Gr. C carbon steel and SA335P12 alloy steel to eradicate the failure in boiler components fabricated through SAW and SMAW processes | |
| Hensel et al. | Capability of martensitic low transformation temperature welding consumables for increasing the fatigue strength of high strength steel joints | |
| Chiong et al. | Effect of SMAW parameters on microstructure and mechanical properties of AISI 1018 low carbon steel joints: an experimental approach | |
| NL2017980B1 (en) | Process of butt-welding a laminated item, and an assembly comprising a butt-welded laminated item | |
| US20020134452A1 (en) | Methods of girth welding high strength steel pipes to achieve pipeling crack arrestability | |
| Winarto et al. | Study the effect of welding position and plate thickness to the mechanical and microstructural properties of the TIG dissimilar metal welded between carbon steel ASTM A36 and stainless steel 304 plates | |
| Fortan et al. | The strength of stainless steel fillet welds using GMAW | |
| RU2814639C1 (ru) | Составной электрод для дуговой сварки деталей из разнородных сталей | |
| Kocak et al. | Trends in laser beam welding technology and fracture assessment of weld joints | |
| Andud et al. | Fatigue Life Behaviour of Transverse Fillet Weld and Transverse Fillet on Weld of the HSLA S460G2+ M Followed by HFMI/PIT | |
| Nowacki | Ferritic-austenitic steel and its weldability in large size constructions | |
| RU2772702C1 (ru) | Способ изготовления конструкции узла сопряжения днища резервуара с его стенкой | |
| Rybakov et al. | Cracks in welded joints of large diameter pipes and measures for their prevention |