SU927441A1 - Способ вертикальной сварки открытой дугой - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СВАРКИ ОТКРЫТОЙ ДУГОЙ

I

Изобретение относитс  к технологии дуговой сварки, преимущественно ajrro- вой сварки чугуна, и может быть использовано при изготовленни литосварных конструкций, а также при выполнении наплавочных и ремонтных работ.

При сглрке чугунных деталей с получением металла шва, однородного основному по сч-руктуре и свойствам, необхо-. димо создание условий, обесПечивак цих замедленное охлаждение изделий в зоне сварки с тем, чтобы исключить образование ледебурита в металле шва и зоне сплавлени  и мартенсита в зоне термического вли ни . Обычно такие успоЕКЯ достигаютс  в св зи высокого предварительного подогрева изделий и мерам, которые принимаютс  дл  замедлени  скорости остываш1  заваренной отливки (гор ча  сварка).

В случае сварки без предварительного подогрева м гкий термический пикл в оксотошовной зоне, замедленное охлаждение металла шва и снижение интенсивности нарастани  сварочных напр жений -могут быть обеспечены только за счет большого тепловложени  в изделие, дл  чего требуетс  высока  погонна  энерги .

, Наиболее близким, к такому требованию  вл ютс  способы дуговой сварки с принудительным формированием металла шва и электрошлаковой сварки, которым свойственна относительно мала  скорость

10 сварки, и тфи этом степень тепловложе- ни  широко регулируетс  за сочетани  рациональной величины зазора между свариваемыми кромками и значений параметров режима сварки. Приме15 нительно к сварке чугуна оба- способа обладают как положительными качествами , так и существенными недостатками. Известмый способ вертикальной сварки стальных деталей с принудительным

20 ( }юрмированием шва за15ЛК)чаетс  в том, что электрическа  дуга горит между 1КОШ1ОМ порошковой проволоки и поверхностью жидкой металлической ванны, ко. тора , по мере заполнени  .зазора и вер тикального перемещени  дуги, кристаллизируетс  в объеме, образованном .рплавленными кромкг.ми и искусственно охлажденными медными ползунами или подкладками fl . При вертикальной дуговой сварке чугуна с принудительным формированием с использованием порошковой проволоки дл  наплавки чугуна не всегда обеспечиваетс  качественное схгаавление, например , при сварке ферритного или ферритоперлитного чугунов с крупными графитовыми включени ми. Кромки основного металла при таком способе оппавп ютс  не дугой, а за счет избыточного тепла от перегрева сварочной ванны. Крупные графитовые включени , занимающие до 15% оплавленной поверхности, выступают в роли барьера при расплавлении основного металла, достаточно плотно покрыва  межфазную поверхность. В зоне, где происходит сплавление, чугун свароч ной ванны имеет температуру, близкую к солидусу, -и поэтому не может растворить крупные графитовь1е включени . В результате этого на границе шов-основной металл отмечаютс  большие участки с несплавлением. Повышение содержани  углерода и кремни  в проволоке необходимое дл  протекани  процесса 1%)афитизации металла шва при кристаллизации сварочной ванны, только ухудшает смачивание сплавленных кромок и увеличива ет количество участков с несплавлением Шлакова  ванна при электрошлаковой сварке чугуна способствует растворению графитовых включений, покрывающих оплавленную поверхность, и предохран ет последнюю от окислени  воздухом, тем самым способству  смачиванию ее металлической ванной (жидким чугуном) и хсрошему сплавлению с основным мета лом. Выполнение электрошлаковой сварки с полу 1ением однородного металла шва возможно лишь, если в качестве электро да используютс  литые чугунные пластины или стержни. Это ограничивает длину свариваемых швов и не обеспечивает непрерывности процесса сварки. Дл  непрерывности процесса электрошлаковой сварки требуетс  проволочный электрод. Проволока сплошного сечени  из чугуна изготовлена быть не может, а осушеотвление электрошлакового процесса порошковой проволокой, предназначенной дл  наплавки чугуна, невозмож но. Объ сн етс  это тем, что температу ра активного объема шлаковой ванны, где происходит плавление проволоки, недостаточна дл  получени  однородной капли, по составу близкой к расчетному составу порошковой проволоки. Плавление оболочки порошковой проволоки значительно опережает плавление тугоплавкого спрессованного сердечника, сердечник отваливаетс  кусочками, которые всплывают в шлаковой ванне и засор ют металл шва. С увеличением напр жени  процесс переходит в дуговой. Известен способ вертикальйой сварки открытой дугой с принудительным формированием металла шва, при котором используют порошковую проволоку и на поверхности металлической ванны в течение всего процесса сварки поддерживают (СЛОЙ жидкого шлака Г2 . Однако в этом способе слой жидкого шлака слищком тонок, дуга раздвигает . его и горит между электродом и метал- лической ванной. Самозащитна  порошкова  проволока, примен ема  дл  вертикальной дуговой сварки стали, практически не содержит флюсообразующих компонентов, а возможность сварки открытой дугой достигаетс  за счет сгоргши  газообразующих компонентов с образованием смеси газов СО + + COij. Кроме того, при сварке сталей слой шлака, образующийс  из примесей шихты порошковой проволоки и от загр знений с кромок деталей, специально удал етс  из сварочной ванны, так как затрудн ет ведение процесса. Цель изобретени  - получение при непрерывной вертикальной сварке чугуна доброкачественного соединени , со швом любой прот женности, однородным основному металлу по химическому составу, структуре и равноценным ему по механическим свойствам. Поставленна  цель достигаетс  тем, что дл  осуществлени  вертикешьной сварки открытой дугой порошковой проволокой с принудительным формированием использ ютс  преимущества как дуговой, так и электрошлаковой сварки, а именно: за счет дугового процесса (дуга горит между концом электродной порошковой проволоки и поверхностью шлаковой ванны ) достигаетс  значительный перегрев шлаковой ванны, :.- результате чего увеличиваетс  тепловложение в свариваемую деталь, обеспечиваютс  м гкий термический цикл в околошовной зоне и качественное спларление с любой структуры , с этой целью глубшгу сло  жидкого шлака на поверхности ванны поддерживают равным 1/6-1/2 толщины свариваемых заготовок.

Наличие ишаковой ванны значительной .5 глубины обеспечигает стаб шьное горение электрической дуп. между поверхностью шлака и концом электродной порошковой проволоки в течении всего вре- мени сварки.Ю

На чертеже изображена схема сварки чугуна.

В зазоре между свариваемыми пластинами 1 любым известным способом (заливкой жидким шлаком, индукционным 15 нагревом, дуговой сваркой плав щимс  или неплав щимс  электродом) навод т шлаковую занну 2 определенной требуеой глубины. Менаду поверхностью шлаовой ванны 2 и концом порошковой про- 20 волоки 3 возбуждают дугу 4. Расплав-   сь, порошкова  проволока 3 и свариаемые кромки пластин 1 образуют меаллическую ванну 5, котора  в процессе сварки находитс  под шлаковой ванной 2. 5 редупреждение вытекани  жидкого метала и шлака, а также формирование сварого шва 6 осуществл етс  меднь1м во- доохлаждаемыми или графитовыми ползу- . нами 7..30

Поскольку шлакова  ванна  вл етс  дополнительным сопротивлением, то необходимое дл  устойчивого процесса сварки напр жение превосходит напр жение известного способа в 1,5-2 расза и рпре- 35 дел етс  глубиной шлаковой ванны, а также электропроводностью шлака. Мини- . мальна  глубтша шлаковой ванны (обычно не менее 5 мм) обусловлена возможностью поддержани  дуги между кон-40 цом порошковой проволоки и поверхностью этой ванны. При меньшей глубине шлак может выдуватьс  электрической дугой, котора  начинает гореть концом порошковой проволоки и металлической ванной, 45 в результате чего не достигаетс  требуемый эффект повыше1ш  качества наплав- , ленного металла. Верхний предел глубины шлаковой ванны (12-15 мм) ограничен мощностью примен емых в промыш- jo ленности источников питани  сварочной дуги и требовани ми техники безопасности .

Выполн етс  вертикальна  сварка встык пластин из чуг-упа на марки СЧ 18-ЗЪ размерами 400x200x30 мм (длина шва 400 мм), Исполы уетс  сварочна  установка А-433 Р с источником питани  выпр мителем ВКСМ-1ООО и балластными реостатами РБ-ЗОО. Одна сторона шва формируетс  медным водоохлаждаемым ползуном, друга  - медной водоохлаждаемой пластиной.

Пример. Используетс  порошкова  проволока марки ПП-ЛНЧ-2 диаметром 3 мм и флюс АНФ-28. Режим сварки: ток 34О-380 А (посто нный, обратной пол рности); напр жение, дуги 56-57 В при глубине шлаковой ванны 12-15 мм, 48-50 В при глубине ванны 7-8 мм и 45-46 В при глубине ванны 5-6 мм. Химический состав металла шва %: углерод 3,2-3,4; кремний 2,5-2,7; марганец 0,6-О,7, сера 0,03; фосфор 0,07. Микроструктура шва представл ет собой мелкопластинчатый графит, равномерно распределенный в перлитной металлической основе. Предел про аюсти металла шва на разрыв 25-28 кгс/мм (образцы с диаметром рабочей части 10 мм и расчетной длиной 50 мм).

П р и м е р 2. Примен етс  опытна  .порошкова   проволока диаметром 3 мм, отличающа с  от проволоки ПП-АНЧ-2 нколько меньшим содержанием углерода и большим содержанием кремни , и флюс АНФ-1. Режим сварки: ток 36О-380 А (посто нный, обратной пол рности); напр жение дуги 46-48 В при глубине шлаковой BSHitti 5-6 мм. Химический состав металла шва, %: углерод 3,О 3,2, кремний 2,7-2,9j марганец 0,60 ,7;сера О,О4-0,О5; фосфор О,070 ,08. Микроструктура шна: пластинчатый графит средней величины, равномерно распределенный в перлитно-ферритной металлической основе. Предел прочности металла шва на разрыв 21-23 кгс/мм (на тех же образцах).

В обоих случа х процесс сварки  вл етс  стабильным с минимальным разбрызгиванием . Металл шга плотный, без пор, трещин и других дефектов. Отбепа в зоне сплавлени  нет. Твердость металла шва и зоны термического вли ни  не превышает 22О-23О НВ; обрабатываемость соединени  хороша .

Таким образом, экспериментально подтверждено, что при выполнении сварки по предлагаемому способу металл шва представл ет собой чугун, близкий по химическому составу и структуре основному мепгаллу, а соединение в целом имеет высокую прочность.

Предлагаемый способ будет применен дл  изготовлени  крупных литоеварных изделий из чугуна, имеющих вертикаль

Claims (1)

1. Формула.изобретения

   Способ вертикальной сварки.открытой дугой, при котором сварку ведут порош5 ковой проволокой, осуществляют принудительное формирование металла шва и на поверхности металлической ванны в течение всего процесса сварки поддерживают слой жидкого шлака, отличаю10 щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений при сварке чугуна путем увеличения тепловложения в соединение, глубину слоя жидкого шлака поддерживают в пределах 1/6-1/2 15 толщины свариваемых заготовок.