SU1127717A1

SU1127717A1 - Method of fusion welding of steel sheets plated with titanium

Info

Publication number: SU1127717A1
Application number: SU823529068A
Authority: SU
Inventors: Александр Владимирович Конюхов; Борис Валентинович Иванов; Борис Григорьевич Семенов; Виталий Иванович Санников
Original assignee: Предприятие П/Я А-3881
Priority date: 1982-12-29
Filing date: 1982-12-29
Publication date: 1984-12-07

Abstract

1. СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ СТАЛБНБ1Х ЛИСТОВ, ПЛАКИРОВАННЫХ ТИТАНОМ, по которому производ т разделку кромок листов под сварку, сваривают стальной сЛой, после чего на корень выполненного шва со стороны титана нанос т разделительный слой тугоплавкого материала и сваривают титановый слой в среде заш.итного газа, отличающийс тем, что, с целью повышени качества шва и удешевлени процесса, в качестве разделительного сло используют порошковый композиционный материал, состо щий из карбида титана и легкоплавкой составл ющей при следующем соотношении компонентов , мае. %: Карбид титана50-84 . Легкоплавка составл юща 16-50 2.Способ по п. 1, отличающийс тем, что в качестве легкоплавкой составл ющей используют титан. 3.Способ по п. 1, отличающийс тем, что в качестве легкоплавкой составл ющей используют кобальт. 4.Способ по п. I, отличающийс тем, что в качестве легкоплавкой составл ющей используют никель. 5.Способ по п. I, отличающийс тем, что в качестве легкоплавкой составл ющей используют смесь титана с никелем. 6.Способ по п. , отличающийс тем, что в качестве легкоплавкой составл ющей используют смесь титана с кобальтом. 7.Способ по п. 1, отличающийс тем, что в качестве легкоплавкой составл ющей используют смесь никел с кобальтом. 8.Способ по п. 1, отличающийс тем, что в качестве легкоплавкой составл ющей используют смесь никел , кобальта и титана. , $$$$$$$$$Ж1. THE METHOD OF WELDING BY MELTING STALBNB1X SHEETS PLAINED BY TITANIUM, according to which the edges of the sheets are cut for welding, is welded with steel Lloy, after which a separation layer of refractory material is applied to the root of the seam from the titanium side characterized in that, in order to improve the quality of the weld and reduce the cost of the process, a powder composite material consisting of titanium carbide and a low-melting component is used as a separating layer the overall ratio of components, May. %: Titanium carbide 50-84. The fusible alloy is 16-50 2. The method according to claim 1, characterized in that titanium is used as the fusible component. 3. A method according to claim 1, characterized in that cobalt is used as the low-melting component. 4. A method according to claim I, characterized in that nickel is used as the low-melting component. 5. A method according to claim I, characterized in that a mixture of titanium and nickel is used as a low-melting component. 6. A method according to claim, characterized in that a mixture of titanium with cobalt is used as a low-melting component. 7. A method according to claim 1, characterized in that a mixture of nickel with cobalt is used as the low-melting component. 8. A method according to claim 1, characterized in that a mixture of nickel, cobalt and titanium is used as the low-melting component. $$$$$$$$$$ F

Description

Изобретение относитс к области электродуговой сварки плавлением металлов, в частности стали, плакированной титаном, и может быть использовано в машинострое НИИ. Известен способ сварки биметаллических листов с плакирующим слоем из титана , по которому перед сваркой удал ют часть титановой плакировки на ширину 12- 25 мм, сваривают встык основной металл, на место удаленной плакировки помещают титановую вставку и сваривают ее с плакирующим слоем с проплавлением примерно на 50% толщины титана 1. Недостатком известного способа вл етс высока трудоемкость и низкое качество сварочного соединени , так как плакирующий слой провариваетс не полностью. Установка дополнительных усиливающих накладок поверх титановых вставок не устран ет отмеченных недостатков и приводит к дополнительному расходу титана, сварочных материалов и повышению трудоемкости процесса. Примение разделительной прокладки из ниоби толщиной 0,1 мм также св зано с дополнительным расходом дефицитных материалов и высокой трудоем костью, так как требует точного соответстви размеров вставки и разделки плакирующего сло . Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту вл етс способ сварки плавлением стальг ных листов, плакированных титаном, при котором производ т разделку кромок листов под сварку, стальной слой сваривают плавлением на сваренные поверхности, обращенные в сторону, разделки титанового сло , нанос т тонкий разделительный слой тугоплавкого материала и сваривают титановый слой неплав щимс электродом в среде защитного газа. В известном способе разделительный слой нанос т плазменным напылением молибдена, вольфрага или тантала . Такой слой, благодар высокой температуре , плавлени , предотвращает перемешивание стали с титаном во -врем сварки татанового сло 2. Однако примен емые в известном способе металлы дл нанесени разделительного сло дефицитны, имеют высокую стоимость и требуют режимов напылени с повышенной мощностью плазменной дуги, вследствие высокой температуры их плавлени . Последнее ухудшает услови труда (высокие уровни щума, увеличенное тепловое и ультрафиолетовое излучение), уменьшает срок службы оборудовани дл напылени и значительно увеличивает расход электроэнергии. Целью изобретени вл етс повышение качества щва и удешевление процесса.. Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу сварки плавлением стальных листов, плакированных титаном, по которому производ т разделку кромок листов под сварку,, сваривают стальной слой, после чего на корень выполненного шва со стороны титгйа нанос т разделительный слой тугоплавкого материала и сваривают титановый слой в среде защитного газа, в качестве разделительного сло используют порошковый композиционный материал, сос то щий из карбида титана и легкоплавкой составл ющей при следующем соотношении компонентов, мае. %: Карбид титана50-84 Легкоплавка составл юща 16-50 причем в качестве легкоплавкой составл ющей используют титан, кобальт или никель, или смеси никель - кобальт, титан - кобальт, титан - никель, титан - никель - кобальт. Применение порошкового композиционного материала указанного состава обеспечивает создание между стальным и титановым швами тонкого тугоплавого сло , вместе с тем оно позвол ет снизить мощность плазменной дуги, так как при напылении необходимо лишь подплавление частиц легкоплавкой металлической св зки, при этом не происходит сплавлени титана, вход щего в состав композиционного материала со стальным слоем биметалла. Компоненты примен емого порощкового материала при взаимодействии с расплавленным титаном сварного шва не образуют зоны с повышенной микротвердостью, прилегающей к раздели|Тельному тугоплавкому слою. На чертеже представлено сварное соединение , разрез. Способ осуществл етс следующим образом . Перед сваркой производ т разделку кро мок свариваемых листов в зависимости от их толщины и типа сварного соединени . Показанна на чертеже U-образна раздел ка с углом оС при вершине может примен тьс дли листов со стальным слоем толщиной до 40 мм. В соответствии с изобретением стальные слои 1 и 2 сварс ваемых листов обрабатывают .под углом оС /2, титановые слои 3 и 4 свариваемых листов удал ютс на участке а/2. Стальные слои 1 и 2 вначале сваривают швом 5 в среде аргона , а затем щвом 6 любым высокопроизводительным способом сварки. При необходимости обратную сторону шва 5 зачищают или разглаживают неплав щимс электродом в среде защитного газа без присадки. На поверхности стальных слоев 1 и 2, свободные от титанового сло , на участке а, с помощью плазменной ст-руи нанос т разделительный слой 7 порошкового композиционного материала, состо щего из карбида титана и одного или нескольких металлов из группы: кобальт, никель, титан. Толщина сло принимаетс в пределах 0,3...0,5 мм в зависимости от процентного соотношени компонентов в порошковом материеле. Минимальную толщину сло принимают при максимальном содержании карбида титана. Затем сваривают титановые слои 3 и 4 швом 8 неплав щимс электродом в среде аргона с присадочным материалом в два прохода. При наложении первого прохода примен ют пониженные режимы сварки. Проводилась сварка опытных пластин из стали ВСтЗсп толщиной 16 мм, плакированной , титаном BTI-О толщиной 8 мм, имеющих ширину 125 мм и длину 450 мм. Разделка кромок проводилась под углом «t. 60°, титановый слой удал лс на участке а 10 мм. Шов 5 заваривалс неплав щимс электродом из вольфрама лантанированного диаметром 4 мм в среде аргона с присадкой проволоки из стали марки 08Г2С диаметром 2 мм, на токе 12ОА, сварка шва 6 производилась плав щимс электродом марки АНО-11 диаметром 5 мм на силе тока 25ОА, в несколько проходов. Шов 8 титанового сло заваривалс в среде аргона неплав щимс электродом из вольфрама лантанированного с присадкой проволоки марки BTI-00 с диаметром 6 мм, в два прохода, первый проход сваривалс при силе тока 180-200А, второй - 290310 А. Перед сваркой шва 8 на поверхности стальных слоев 1 и 2, обращенные к титановому слою, наносили разделительный слой 7 порошкового композиционного материала на установке дл плазменного напылени типа УМП-5-68. Толщина сло (0,3...0,5 мм) измер лась с помощью микрометра . Порошковый композиционный материал содержал карбид титана и один или несколько металлов из ,группы: кобальт, никель, титан. Процетное соотношение компонентов порошкового материала приведено в таблице . Как показал анализ peзyльтatoв, приведенных в таблице, применение порошкового композиционного материала предложенного состава во всех случа х приводит к снижению потребл емой мощности в 1,75...2,25 раза, а также к отсутствию зон повышенной микротвердости. Снижение потребл емой мощности увеличивает срок службы оборудовани дл напылени и улучшает услови труда за счет уменьшени теплового и ультрафиолетового излучени , а также снижени уровн шума. Кроме того, примен емые материалы дещевле. Все это приводит к уменьшению издержек производства. Поскольку температура плавлени карбида титана выше температуры плавлени вольфрама, молибдена, тантала, то разделительный тугоплавкий слой, напыленный порошковым композиционным материалом, обеспечивает более надежную защиту стального сло биметалла от сплавлени с титаном при сварке плакирующего сло . Это преимущество, а также отсутствие зоны с повышенной твердостью, прилегающей к разделительному тугоплавкому слою, обеспечивайт значительное повышение качества сварного соединени .The invention relates to the field of electric fusion welding of metals, in particular steel, clad with titanium, and can be used in machine building research institutes. A known method of welding bimetallic sheets with a cladding layer of titanium, which before welding remove part of the titanium cladding to a width of 12-25 mm, butt the base metal, butt the titanium insert into the place of the removed cladding and weld it to the cladding layer with penetration of about 50 % thickness of titanium 1. The disadvantage of this method is the high labor intensity and low quality of the welding joint, since the cladding layer is not completely welded. Installing additional reinforcement pads on top of titanium inserts does not eliminate these drawbacks and leads to additional consumption of titanium, welding materials and an increase in the complexity of the process. The application of a 0.1 mm thick niobium spacer is also associated with the additional consumption of scarce materials and high bone density, since it requires exact matching of the dimensions of the insert and the shearing of the cladding layer. The closest to the invention to the technical essence and the achieved effect is the method of fusion welding of steel sheets clad with titanium, in which the edges of the sheets are cut for welding, the steel layer is welded by fusion onto the welded surfaces facing the side, cutting the titanium layer is applied a thin separating layer of refractory material and weld the titanium layer with a non-consumable electrode in a protective gas medium. In the known method, the separation layer is applied by plasma spraying of molybdenum, tungsten or tantalum. Such a layer, due to the high temperature of melting, prevents the steel from mixing with titanium during the welding of the Tatan layer 2. However, the metals used in the known method for applying a separating layer are scarce, have a high cost and require spraying regimes with an increased power of the plasma arc, due to high melting temperatures. The latter worsens the working conditions (high levels of shum, increased heat and ultraviolet radiation), reduces the service life of the spraying equipment and significantly increases the power consumption. The aim of the invention is to improve the quality of the seam and reduce the cost of the process. The goal is achieved by the method of fusion welding of steel sheets clad with titanium, which is used to cut the edges of the sheets for welding, and weld the steel layer, then The titgya sides are applied to a separation layer of a refractory material and the titanium layer is welded in a protective gas medium. A powder composite material consisting of titanium carbide is used as a separation layer. and fusible component in the following ratio, May. %: Titanium carbide50-84 A low-melting alloy is 16-50, with titanium, cobalt or nickel, or nickel-cobalt, titanium-cobalt, titanium-nickel, titanium-nickel-cobalt mixtures being used as the low-melting component. The use of the powder composite material of this composition ensures the creation of a thin refractory layer between the steel and titanium seams, at the same time it allows to reduce the power of the plasma arc, since during spraying only the melting of the low-melting metallic binder is necessary; The composition of the composite material with a steel layer of bimetal. The components of the powder material used when interacting with the molten titanium of the weld seam do not form zones with increased microhardness adjacent to the separated solid layer. The drawing shows a welded joint, cut. The method is carried out as follows. Before welding, cutting of the edges of the sheets to be welded is performed depending on their thickness and type of the welded joint. The U-shaped section shown in the drawing with an oC angle at the apex can be used for sheets with a steel layer up to 40 mm thick. In accordance with the invention, the steel layers 1 and 2 of the sheets being welded are processed at an angle of ° C / 2, the titanium layers 3 and 4 of the sheets to be welded are removed in the region a / 2. Steel layers 1 and 2 are first welded with seam 5 in an argon atmosphere, and then with shvom 6 with any high-performance welding method. If necessary, the back side of the seam 5 is cleaned or smoothed with a non-consumable electrode in a protective gas without additives. On the surface of the steel layers 1 and 2, free from the titanium layer, at site a, a separation layer 7 of a composite powder material consisting of titanium carbide and one or more metals from the group of cobalt, nickel, and titanium is applied with the help of a plasma jet. . The thickness of the layer is taken in the range of 0.3 ... 0.5 mm, depending on the percentage of components in the powder material. The minimum layer thickness is taken at the maximum content of titanium carbide. Then titanium layers 3 and 4 are welded with a seam 8 with a non-consumable electrode in argon and filler material in two passes. When applying the first pass, reduced welding conditions are used. Experimental plates were made of VSTZSP steel, 16 mm thick, clad with BTI-O titanium, 8 mm thick, 125 mm wide and 450 mm long. Edging was carried out at an angle “t. 60 °, the titanium layer was removed in a 10 mm area. Seam 5 was welded with a non-melting lanthanated tungsten electrode of 4 mm diameter in argon medium with an additive of steel wire of 08G2S diameter of 2 mm, at a current of 12OA, welding of the seam 6 was performed with a 5 mm melting electrode of 25OA current, several passes. The seam 8 of the titanium layer was sealed in argon with a non-melting tungsten electrode lanthanated with an additive wire brand BTI-00 with a diameter of 6 mm, in two passes, the first pass was welded at a current of 180-200A, the second - 290310 A. Before welding the seam 8 to The surfaces of the steel layers 1 and 2 facing the titanium layer were applied to the separation layer 7 of the powder composite material on a plasma spraying unit of the type UMP-5-68. The thickness of the layer (0.3 ... 0.5 mm) was measured with a micrometer. The powder composite material contained titanium carbide and one or more metals from the group: cobalt, nickel, titanium. The percentage ratio of the components of the powder material is given in the table. As the analysis of the results shown in the table showed, the use of the powder composite material of the proposed composition in all cases leads to a decrease in power consumption by 1.75 ... 2.25 times, as well as to the absence of zones of increased microhardness. Reducing power consumption extends the service life of the sputtering equipment and improves working conditions by reducing heat and ultraviolet radiation, as well as reducing noise. In addition, the materials used are more significant. All this leads to a reduction in production costs. Since the melting temperature of titanium carbide is higher than that of tungsten, molybdenum, tantalum, the separating refractory layer sprayed with a powder composite material provides more reliable protection of the steel bimetal layer from fusion with titanium during welding of the cladding layer. This advantage, as well as the absence of a zone with increased hardness adjacent to the separating refractory layer, provides a significant improvement in the quality of the welded joint.

50 + 50 50 + 50

1 2 3 78 + 22 84 + 161 2 3 78 + 22 84 + 16

4 5 64 5 6

50 + 5050 + 50

60 + 40 84 + 1660 + 40 84 + 16

TiC+CoTiC + Co

50 + 5050 + 50

72302407230240

82202308220230

240 240

230 230 230 230 230230 230 230 230 230

240240

230230

Продолжение таблицыTable continuation

Claims

1. METHOD OF WELDING BY MELTING OF STEEL SHEETS PLATED BY TITANIUM, by which the edges of the sheets are welded, a steel layer is welded, after which a separating layer of refractory material is applied to the root of the welded seam from the titanium side and the titanium layer is welded in a protective gas medium, characterized in that that, in order to improve the quality of the weld and reduce the cost of the process, a powder composite material consisting of titanium carbide and a low-melting component in the following co wearing components, May. %:

Titanium Carbide 50–84. Fusible component 16-50

2. The method according to π. 1, characterized in that as the low-melting component using titanium.

3. The method according to π. 1, characterized in that cobalt is used as the low-melting component.

4. The method according to π. I, characterized in that nickel is used as the low-melting component.

5. The method according to π. 1, characterized in that as a low-melting component using a mixture of titanium with Nickel.

6. The method according to π. 1, characterized in that as a low-melting component using a mixture of titanium with cobalt.

7. The method according to π. 1, characterized in that as a low-melting component using a mixture of Nickel with cobalt.

8. The method according to π. 1, characterized in that as a low-melting component using a mixture of Nickel, cobalt and titanium.

SU „„ 1127717