UA125267C2

UA125267C2 - Method for arc welding with electromagnetic stirring

Info

Publication number: UA125267C2
Application number: UAA202003763A
Authority: UA
Inventors: Борис Валентинович Сітніков; В'ячеслав Павлович Маршуба; Павло Андрійович Ситников; Олександр Вікторович Крахмальов
Original assignee: Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Університет"
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2022-02-09

Abstract

The invention relates to arc welding with electromagnetic stirring of the bath smelt and can be used at production of welded structures of steel, nonferrous metals and their alloys. According to the claimed method during the pauses between heteropolar pulses of the axial magnetic field the arc is turned by an angle forward by transverse magnetic field, and filler material is fed into the tail part of the welding bath. The invention allows increasing the productivity, forming quality and resistance of metal seams to forming hot cracks.

Description

Винахід належить до галузі дугового зварювання з електромагнітним перемішуванням розплаву ванни і може бути використаний при виготовленні зварних конструкцій зі сталі, кольорових металів і їх сплавів. Більшість дефектів литої структури зварних швів (пори, тріщини, хімічна неоднорідність та ін.) виникають на етапі кристалізації розплаву ванни.The invention belongs to the field of arc welding with electromagnetic stirring of the bath melt and can be used in the manufacture of welded structures from steel, non-ferrous metals and their alloys. Most defects in the cast structure of welds (pores, cracks, chemical heterogeneity, etc.) occur at the stage of crystallization of the bath melt.

Попередженню дефектів швів кристалізаційного походження сприяє, як правило, формування дрібнозернистої структури металу. Численними дослідженнями встановлено, що електромагнітне перемішування як метод управління кристалізацією зварних швів, подрібнення їх структури, підвищення стійкості проти утворення гарячих тріщин, попередження пористості та поліпшення корозійних властивостей має широкі можливості. Застосування і інших способів перемішування на етапі кристалізації (механічна низькочастотна вібрація, ультразвукова обробка розплаву та ін.) надає подібний вплив на формування первинної структури металу шва.As a rule, the formation of a fine-grained structure of the metal contributes to the prevention of defects of seams of crystallization origin. Numerous studies have established that electromagnetic stirring as a method of controlling the crystallization of welds, grinding their structure, increasing resistance against the formation of hot cracks, preventing porosity and improving corrosion properties has wide possibilities. The use of other methods of mixing at the crystallization stage (mechanical low-frequency vibration, ultrasonic processing of the melt, etc.) has a similar effect on the formation of the primary structure of the weld metal.

Однак з позиції техніки здійснення процесу перемішування електромагнітне перемішування має безсумнівні переваги. Головні з них - можливість безконтактного впливу на розплав та зручність керування процесом шляхом регулювання електричних параметрів пристроїв, що створюють зовнішнє магнітне поле.However, from the point of view of the mixing technique, electromagnetic stirring has undoubted advantages. The main ones are the possibility of non-contact influence on the melt and the convenience of controlling the process by adjusting the electrical parameters of devices that create an external magnetic field.

Відомий спосіб дугового зварювання неплавким електродом з використанням присадного матеріалу, який подають імпульсно, а на зону дуги впливають імпульсним аксіальним магнітним полем, причому тривалість імпульсу подачі присадного матеріалу кратна тривалості циклу імпульсів керуючого магнітного поля (11.There is a known method of arc welding with a non-fusible electrode using filler material, which is fed in pulses, and the arc zone is affected by a pulsed axial magnetic field, and the duration of the pulse of the filler material supply is a multiple of the duration of the pulse cycle of the controlling magnetic field (11.

Спосіб здійснюється пристроєм, що містить соленоїд, який розміщують коаксіально електроду на елементі корпусу пальника, джерело живлення соленоїда, і апаратуру управління.The method is carried out by a device containing a solenoid, which is placed coaxially with an electrode on an element of the burner body, a solenoid power source, and control equipment.

Недоліком такого способу зварювання з електромагнітним перемішуванням розплаву є зниження проплавлюючої здатності дуги при зварюванні з подачею присадного матеріалу, що збільшує товщину рідкої прошарки між електродом і основним металом та ускладнює тепломасоперенос і перемішування розплаву зварювальної ванни. Ефективність електромагнітного перемішування розплаву зварювальної ванни з використанням присадного матеріалу знижується, для компенсації зниження проплавлюючої здатності дуги зазвичай підвищують величину зварювального струму, що пов'язано з додатковою витратою електроенергії і збільшенням зони термічного впливу.The disadvantage of this method of welding with electromagnetic mixing of the melt is a decrease in the melting ability of the arc when welding with filler material, which increases the thickness of the liquid layer between the electrode and the base metal and complicates heat and mass transfer and mixing of the weld pool melt. The effectiveness of the electromagnetic mixing of the weld pool melt with the use of filler material decreases, to compensate for the decrease in the melting ability of the arc, the value of the welding current is usually increased, which is associated with additional consumption of electricity and an increase in the zone of thermal influence.

Ко) Найбільш близьким за технічною суттю до способу зварювання, який описано, є спосіб дугового зварювання неплавким електродом з електромагнітним перемішуванням розплаву зварювальної ванни, при якому присадний матеріал подають у період пауз між різнополярними імпульсами аксіального магнітного поля з затримкою відносно моменту закінчення імпульсу магнітного поля |21.Ko) The closest in technical essence to the described welding method is the method of arc welding with a non-fusible electrode with electromagnetic stirring of the weld pool melt, in which the filler material is fed during the pause period between multipolar pulses of the axial magnetic field with a delay relative to the end of the magnetic field pulse | 21.

Спосіб здійснюється пристроєм, що містить соленоїд, який розміщують коаксіально електроду на елементі корпусу пальника, джерело живлення соленоїда, тиристорний інвертор, ключовий елемент, комутатор направлень, лічильний блок, джерело живлення елементів лічильного блоку, формувач імпульсів та пристрій для подачі присадного матеріалу.The method is carried out by a device containing a solenoid, the electrode of which is placed coaxially on an element of the burner body, a solenoid power source, a thyristor inverter, a key element, a direction switch, a counter, a power source for the elements of the counter, a pulse shaper and a device for supplying filler material.

Недоліком цього способу є те, що при збільшенні швидкості зварювання вище 12...15 м/г відбувається огрубіння поверхні швів, посилення її рельєфності, утворення підрізів та зниження стійкості металу швів проти утворення гарячих тріщин, що знижує продуктивність процесу і обмежує застосування методу в промисловості.The disadvantage of this method is that when the welding speed is increased above 12...15 m/h, there is a roughening of the surface of the seams, an increase in its relief, the formation of undercuts and a decrease in the resistance of the metal of the seams against the formation of hot cracks, which reduces the productivity of the process and limits the application of the method in industry

Задачею винаходу є підвищення продуктивності, якості формування та стійкості металу швів проти утворення гарячих тріщин при зварюванні з електромагнітним перемішуванням розплаву зварювальної ванни.The task of the invention is to increase productivity, quality of formation and resistance of weld metal against the formation of hot cracks during welding with electromagnetic stirring of the weld pool melt.

Поставлена задача вирішується тим, що в пропонованому способі дугового зварювання неплавким електродом з електромагнітнім перемішуванням розплаву зварювальної ванни, при якому присадний матеріал подають під час пауз між різнополярними імпульсами аксіального магнітного поля, згідно із способом, який пропонується, в період пауз між різнополярними імпульсами аксіального магнітного поля дугу розвертають кутом вперед поперечним магнітним полем, а присадний матеріал подають в хвостову частину зварювальної ванни.The problem is solved by the fact that in the proposed method of arc welding with a non-fusible electrode with electromagnetic stirring of the weld pool melt, in which filler material is fed during pauses between multipolar pulses of an axial magnetic field, according to the proposed method, during the period of pauses between multipolar pulses of an axial magnetic field the arc field is turned at an angle forward by the transverse magnetic field, and the filler material is fed into the tail part of the welding bath.

На кресленні приведена схема яка характеризує спосіб, де Ва - індукція аксіального магнітного поля; Вп - індукція поперечного магнітного поля; Мп - швидкість подачі присадного матеріалу; їй - тривалість імпульсу аксіального магнітного поля; їла - тривалість паузи аксіального магнітного поля; їпл. - тривалість імпульсу поперечного магнітного поля; (пп. - тривалість паузи поперечного магнітного поля; Її - поточне значення часу; І - положення дуги і присадного матеріалу протягом часу дії імпульсу аксіального магнітного поля; ІЇ - положення дуги і присадного матеріалу протягом часу дії імпульсу поперечного магнітного поля; 1 - електрод; 2 - дуга; З - зварювальна ванна; 4 - виріб; 5 - присадний матеріал.The drawing shows a diagram that characterizes the method, where Ba is the induction of an axial magnetic field; Vp - induction of the transverse magnetic field; Mp - speed of supply of additive material; her is the pulse duration of the axial magnetic field; fir - the duration of the pause of the axial magnetic field; epl. - pulse duration of the transverse magnetic field; (pp. - the duration of the pause of the transverse magnetic field; Her - the current time value; I - the position of the arc and filler material during the duration of the pulse of the axial magnetic field; II - the position of the arc and filler material during the duration of the pulse of the transverse magnetic field; 1 - electrode; 2 - arc; C - welding bath; 4 - product; 5 - filler material.

Спосіб здійснюють таким чином. При накладанні імпульсу аксіального магнітного поля подачу присадного матеріалу не здійснюють (кресл., положення І), розплав зварювальної ванни під впливом електромагнітних сил переміщується з головної частини в хвостову уздовж однієї з бічних її поверхонь. Коли тепловий вплив потоків гарячого розплаву поширюється на хвостову частину ванни і кристалізація припиняється практично по всій міжфазної поверхні, дія імпульсу аксіального магнітного поля завершується. У період пауз між різнополярними імпульсами аксіального магнітного поля присадний матеріал подають в хвостову частину зварювальної ванни, а дугу розвертають кутом вперед поперечним магнітним полем (кресл., положення 11).The method is carried out as follows. When an axial magnetic field pulse is applied, filler material is not supplied (drawing, position I), the molten weld pool moves from the head part to the tail part along one of its side surfaces under the influence of electromagnetic forces. When the thermal effect of the hot melt flows extends to the tail part of the bath and crystallization ceases over almost the entire interphase surface, the action of the pulse of the axial magnetic field ends. In the period of pauses between the multipolar pulses of the axial magnetic field, filler material is fed into the tail part of the welding bath, and the arc is turned at an angle forward by the transverse magnetic field (drawing, position 11).

Подання присадного матеріалу і розворот дуги кутом вперед викликає кристалізацію розплаву в хвостовій частині зварювальної ванни зі швидкістю в 2,8...3,4 разу, що перевищує швидкість зварювання та сприяє подрібненню структури метала шва і підвищенню його стійкості проти утворення гарячих тріщин. Після закінчення часу дії імпульсу поперечного магнітного поля, подача присадного матеріалу в хвостову частину зварювальної ванни припиняється, полярність аксіального магнітного поля змінюється. При накладанні імпульсу аксіального магнітного поля іншої полярності розвивається дзеркально подібний потік розплаву зварювальної ванни по іншу сторону її поздовжньої осі. Реверсування імпульсів аксіального магнітного поля в процесі зварювання сприяє симетричному формуванню зварного шва.The introduction of the filler material and the turning of the arc with an angle forward causes the crystallization of the melt in the tail part of the welding bath at a speed of 2.8...3.4 times, which exceeds the welding speed and contributes to the grinding of the structure of the weld metal and increasing its resistance against the formation of hot cracks. After the duration of the pulse of the transverse magnetic field, the supply of filler material to the tail part of the welding bath stops, the polarity of the axial magnetic field changes. When an axial magnetic field pulse of a different polarity is applied, a mirror-like flow of the weld pool melt develops on the other side of its longitudinal axis. The reversal of pulses of the axial magnetic field during the welding process contributes to the symmetrical formation of the weld.

Дослідження проводилися при автоматичному зварюванні стикових швів неплавким електродом в аргоні зразків зі сталі О8Х1І8НІОТ товщиною З мм з присадним дротом Св-The research was carried out during automatic welding of butt seams with a non-fusible electrode in argon of О8Х1И8НИОТ steel samples with a thickness of 3 mm with filler wire Св-

О6Х19НОТ діаметром 1,2 мм. При експериментах змінювалися такі параметри: швидкість зварювання Мзв, струм зварювання іІзб, швидкість подачі присадного дроту Мп, індукція аксіального магнітного поля Ва, індукція поперечного магнітного поля Ви, тривалість імпульсу аксіального магнітного поля а, тривалість імпульсу поперечного магнітного поля Кл.О6Х19NOT with a diameter of 1.2 mm. During the experiments, the following parameters were changed: welding speed Mzv, welding current iIzb, filler wire feed speed Mp, induction of the axial magnetic field Ba, induction of the transverse magnetic field Vy, duration of the pulse of the axial magnetic field a, duration of the pulse of the transverse magnetic field Kl.

Формування швів оцінювалося візуально, а їх розміри визначали на макрошліфах наплавлених валиків. Стійкість швів проти утворення гарячих тріщин вивчали на зразках типу "риб'ячий скелет" товщиною З мм. Зварювання здійснювали з боку кромки з меншою жорсткістю. Оцінку ефективності впливу параметрів режиму зварювання на стійкість швів проти утворення гарячих тріщин проводили за коефіцієнтом утворення тріщини Кр, який визначали як відношення довжини тріщини до довжини шва. Металографічний аналіз зразків-свідків показав, що вThe formation of the seams was assessed visually, and their sizes were determined on the macro sections of the welded rolls. The resistance of seams against the formation of hot cracks was studied on samples of the "fish skeleton" type with a thickness of 3 mm. Welding was performed from the side of the edge with less rigidity. The evaluation of the effectiveness of the welding mode parameters on the resistance of seams against the formation of hot cracks was carried out using the crack formation coefficient Kr, which was defined as the ratio of the length of the crack to the length of the seam. Metallographic analysis of witness samples showed that in

Зо досліджуваному інтервалі швидкостей зварювання Мзв 14...42 м/г запропонований спосіб забезпечує подрібнену однорідну структуру металу швів, що свідчать про прискорену кристалізацію зварювальної ванни, огрубіння поверхні швів, посилення її рельєфності та утворення підрізів не відбувається. Випробування показали, що такі шви мають підвищену стійкість проти утворення та розвитку гарячих тріщин, що підтверджується скороченням їх протяжності. Так в разі зварювання за запропонованим способом коефіцієнт утворення тріщиниIn the investigated welding speed interval Mzv 14...42 m/h, the proposed method provides a crushed, homogeneous structure of the weld metal, which indicates accelerated crystallization of the weld pool, roughening of the weld surface, increased relief, and the formation of undercuts does not occur. Tests have shown that such seams have increased resistance against the formation and development of hot cracks, which is confirmed by a reduction in their length. Thus, in the case of welding according to the proposed method, the coefficient of crack formation

Кір. зменшується таким чином: при Мзв-14 м/г від 18 до 5 95; при Мзв-28 м/г від 27 до 7 95; приMeasles. decreases as follows: at Mzv-14 m/h from 18 to 5 95; at Mzv-28 m/h from 27 to 7 95; at

Мзв-42 м/г від 32 до 12 96.Mzv-42 m/h from 32 to 12 96.

Таким чином, спосіб дугового зварювання неплавким електродом з електромагнітним перемішуванням розплаву зварювальної ванни, при якому в період пауз між різнополярними імпульсами аксіального магнітного поля дугу розвертають кутом вперед поперечним магнітним полем, а присадний матеріал подають в хвостову частину зварювальної ванни, дозволяє при збільшенні швидкості зварювання підвищити якість формування та стійкість металу швів проти утворення гарячих тріщин.Thus, the method of arc welding with a non-fusible electrode with electromagnetic stirring of the weld pool melt, in which during the pause period between the multipolar pulses of the axial magnetic field, the arc is turned at an angle forward by the transverse magnetic field, and the filler material is fed into the tail part of the welding pool, allows increasing the welding speed the quality of formation and resistance of the metal of the seams against the formation of hot cracks.

Джерела інформації: 1. Авторское свидетельство СССР Мо 872092 В2ЗК 9/08 15.10.81. 2. Авторское свидетельство СССР Мо 1496944 В2ЗК 9/08 30.07.89.Sources of information: 1. Author's certificate USSR Mo 872092 V2ZK 9/08 15.10.81. 2. Author's certificate of the USSR Mo 1496944 V2ZK 9/08 07/30/89.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION A method of arc welding with a non-fusible electrode with electromagnetic stirring of the weld pool melt, in which the filler material is fed during pauses between multipolar pulses of an axial magnetic field, which is characterized by the fact that during the pauses between multipolar pulses of an axial magnetic field, the arc is rotated forward by the transverse magnetic field , and the filler material is fed into the tail part of the welding bath.