CC BY
150результате снижения погонной энергии сварки и увеличения скоростей охлаждения.
5. Применение порошковой проволоки при сварке высокопрочных трубных сталей является эффективным способом получения сварного соединения с высокими механическими характеристиками при отрицательных температурах.
Список литературы
1. Яковлев, Д.С. Анализ технологических особенностей сварки порошковой проволокой / Д.С. Яковлев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». - 2014. Вып. 14. - №2.
- С.92-95.
2. Я к о в л е в , Д . С . А н а л и з различных типов сварочных проволок для сварки трубн ых сталей при толщинах более 25,0 мм / Д.С. Яковлев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлург».
- 2012. - Вып. 11. - №5(12). - С. 30-32.
3. Пат. 2434070 Российская Федерация, МПК С22С38/00,
В23К35/30, В23К9/23. Высокопрочная сварная стальная труба, металл сварн ого шва которой обладает высоким сопротивлением холодному растрескиванию, и способ ее изготовления / Наоя Хаякава, Суити С акагути , Ф ум и м ару Кавабата, Мицухиро Окацу, Макота Ота, Сигеки Нисияма, Каору Нагатани, Кеито Исизаки. - № 2009139659/02; заявл. 19.03.2008; опубл. 20.11.2011. - Бюл. №32. - С.26.
4. Файнберг, Л. И. Микролегирование швов титаном и бором при многодуговой сварке газонефтепроводных труб большого диаметра / Л.И. Файнберг, А.А. Рыбаков, А.Н. Алимов, Р. Розерт // Автоматическая сварка. - 2007. - №5. -С. 20-25.
5. Подгаецкий, В.В. О влиянии химического состава шва на его микроструктуру и механические свойства / В.В. Подгаецкий // Автоматическая сварка. - 1991. - №2. -С.1-9.
Зернин Е.А., Крампит А.Г., Крампит М.А., Чернов А.С. ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», Юргинский технологический институт
УДК 621.791.65
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНОГО ШВА С ПОЛНЫМ ПРОПЛАВЛЕНИЕМ ПРИ ИМПУЛЬСНО-ДУГОВОЙ СВАРКЕ
ТАВРОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Актуальность работы заключается в том что сварка тавровых соединенийсредних и больших толщин на данный момент требует значительных затрат на механическую обработку как по времени, так и с финансовой стороны. Объектом исследования является процесс дуговой сварки плавящимся электродом металлических пластин толщиной 10мм. В статье рассмотрены различные способы сварки больших толщин, проведена их классификация и сравнение; описаны
методики проведения экспериментального исследования; показано проведение экспериментов и представлены результаты. *
Ключевые слова: импульсно-дуговая ^ сварка, тавровые соединения, сварка с полным проплавлением.
На машиностроительных * предприятиях сварка зависит от механической обработки(в частности § н а э та п е п о д гот о в ки кр о м о к) . Конструкции из листов более 4 мм для обесп еч ен и я гаран ти рован н о го
проплавления корня шва свариваются в разделку, что повышает трудоемкость, возрастает расход сварочных материалов и электроэнергии, что в итоге увеличивает стоимость конечного продукта.
Цель работы: установить взаимосвязь параметров сварки на процесс формирования сварного шва при сварке таврового соединения в нижнем положении без разделки к р о м о к с о д н о с т о р о н н и м гарантированным проплавлением корня шва толщиной свыше 10 мм.
Задачи:
1. Провести анализ имеющихся на данный момент способов сварки металла тавровых соединений толщиной 10мм и более;
2. Исследовать влияние режимов сварки: напряжения, скорости подачи проволоки, угла наклона горелки и параметров сборки.
3. На основе экспериментальных исследований определить области сварки таврового соединения в нижнем положении без разделки кромок с односторонним гарантированным проплавлением корня шва толщиной свыше 10 мм.
В качестве способа сварки была выбрана сварка в защитных газах, о б л а д а ю щ а я х о р о ш и м и технологическими характеристиками и б о л е е н и з ки м и з а т р а т а м и н а о б о р уд о в а н и е и м а те р и а л ы в сравнении со сваркой под слоем флюса, лазерной сваркой, электроннолучевой сваркой, а также гибридными способами сварки.
П р и с в а р к е п л а в я щ и м с я эл е ктр одо м в з а щи тн ы х га з а х необходимо погрузить дугу в зазор и обе сп еч и тьустой ч и вое горен и е сварочной дуги между двумя кромками. Решено было рассмотреть различные способы импульсно-дуговой сварки [1], [2]. Был выбран
п р о ц е с с с в а р к и к о р о т к о й сфокусированной дугой.
В настоящее время реком ен даци й п о сварке таки х соединений в литературе мало и они носят больше рекламный характер без конкретных данных, позволяющих использовать их на производстве. В данной работе параметры (величина зазора в соединении; угол наклона горелки; индуктивность цепи и т.д.) определялись экспериментальным путем.
Зазор в соединении. Методика: величина зазора варьировалась от 0 до 8 мм (рис. 1). Сварка без зазора, даже при вы сокой силе тока не обеспечивала гарантированного проплавления (рис. 1, 2, а). Также гарантированного проплавления не обеспечивает сварка в большой зазор, при невысокой силе тока (рис. 1, 2, б).Полное проплавление обеспечивается в очень узкой области величины зазора. Даже незначительные отклонения от каких-л и б о п а р а м е т р о в и л и неравномерности при движении электрода вызывали непровары или прожоги.
О Л** вмп
Рис. 1. Влияние величины зазора
Рис. 2. Неполное проплавление при отсутствии зазора (а) и при большом азоре, но недостаточной силе тока (б)
Влияние угла горелки вдоль оси у шва.В головной и хвостовой частях I—
сварочной ванны жидкий металл находится на разных уровнях» так как он вытесняется из-под основания дуги в сторону, противоположную перемещению сварочной проволоки [3], [4]. Вытеснение жидкого металла может продолжаться до тех пор, пока горизонтальная составляющая силы воздействия столба дуги Рд, н а п р а в л е н н о й в с т о р о н у вытесненного жидкого металла, не будет уравновешена п роти водей ствующей ей си л ой гидростатического давления Рг жидкого металла и шлака ванны (рис. 3).Процесс сварки будет устойчивым в случае, когда эти две силы уравновесят друг друга. Смещение равновесия в ту или другую сторону в ы з о в е т л и б о д а л ь н е й ш е е углубление дуги в основной металл либо подтекание расплавленного металла под основание столба дуги и уменьшение глубины провара вследствие ухудшения условий передачи тепла дуги через прослойку жидкого металла [5].
Рис. 3. Силы, действующие на сварочную ванну
Методика: угол наклона горелки варьировался в пределе ±60°от оси шва с шагом в 10°.В результате эксперимента наиболее рациональным оказался угол 5-10° «углом назад» (рис. 4).
Влияние угла горелки поперек оси шва. Методика: угол наклона горелки варьировался в пределе от 40 до 90°от горизонтальной пластины с шагом в 10° (рис. 5).
I г
Рис. 4. Области бездефектного формирования в зависимости от угла наклона горелки вдоль оси шва (красная штриховка - область угла наклона горелки, при котором невозможно обеспечить полное проплавление;
зеленая штриховка - область с образованием дефектов; зеленая заливка - область с рекомендуемым углом наклона горелки)
Рис. 5. Влияние угла наклона горелки поперек оси шва (а) (красная штриховка
- неполное проплавление; синяя штриховка - подрез; зеленая штриховка | - рациональный угол) и подрез стенки ] (б)
Влияние скорости подачи\ проволоки. Методика: т.к. в
а
б
современных сварочных источниках питания существует связь между напряжением и скоростью подачи проволоки, то скорость подачи определялась в увеличении или уменьшении от базового параметра скорости подачи электрода (рис. 6).
Рис. 6. Зависимость от скорости подачи проволоки
Основная трудность дуговой сварки стальных листов и деталей, не имеющих разделки кромок, -правильное формирование обратной стороны шва. При недостаточном подводе тепла дуги к месту сварки получается непровар сечения, а чрезмерный подвод тепла вызывает п о л н о е п р о п л а в л е н и е , и расплавленный металл вытекает из объема шва, образуя с обратной стороны отверстия (прожоги) или натеки. Получить полное проплавление толщины сечения без натеков или прожогов очень трудно. В процессе сварки обратная сторона шва не видна, и сварщик, как правило, работает в режиме, вызывающем непровар. Оставшийся в результате непровара з а з о р с т а н о в и т с я ц е н т р о м концентрации напряжений, и сварной
шов быстро разрушается, особенно при переменных или ударных нагрузках.
Лучший способ устранения непровара - подварка шва с обратной стороны. Но часто подварку трудно выполнить, так как обратная сторона шва бывает малодоступна (потолочное положение) или совсем недоступна (сварка труб встык и т.п.), кроме того, подварка значительно увеличивает^ трудоемкость работ (на 30-40%).
Сварку таких деталей выполняют на постоянном токе 140-160 А прямой полярности электродами диаметром 3-4 мм. Чтобы избежать непроваров, ж прожогов или натеков, рекомендуется п р и м е н я т ь п о д кл а д ки , п л от н о прикладываемые к обратной стороне шва. Съемные подкладки § изготавливают из красной меди. Так как 2 медь высокотеплопроводный металл,
то при соприкосновении с расплавленным металлом подкладки не оплавляются и после окончания сварки легко удаляются. Там, где возможно, применяют несъемные подкладки из стальной полосы толщиной 3-4 мм и шириной 30-50 мм. Они остаются приваренными к обратной стороне шва. Применение подкладок значительно повышает производительность сварки, так как сварщик может не опасаться прожогов и работать на повышенных режимах [6].
Применение остающейся подкладки. Методика: в качестве подкладки использовали проволоку, по диаметру близкую к величине зазора, расположенную с противоположной от подвода дуги стороны. Варьируя напряжением на дуге, скоростью подачи проволоки и углом наклона горелки подбирался рациональный режим. При короткой дуге и опоре на проволоку происходил прожог и вытекание металла (рис. 7, а).
При наклоне горелки и короткой дуге происходил срез одной кромки и образовывался подрез на другой (рис. 7, б). При повышенном напряжении и пониженной скорости подачи горение дуги происходило между двумя кромками, но не было проникновения дуги внутрь стыка (рис. 7, в). Необходимо было обеспечить необходимый диаметр столба дуги и н а п р я же н и е д л я о б е сп еч е н и я те п л о вл оже н и я в о бе кр о м ки и остающуюся подкладку одновременно (рис. 7, г). Это обеспечивает формирование корня шва и сплавление с кромками.
На рис. 8 представлен протравленный шлиф корневого шва. Видно, что произошло формирование обратного валика, а также сплавление с кромками по всей толщине зазора. Произошло полное заполнение стыка, при необходимости можно наложить облицовочный валик.
Таким образом, обеспечение
Рис. 7. Сварка с остающейся подкладкой
в корне шва (а - прожог проволоки, б - подрез кромки, в - несплавление, г -идеальное течение процесса)
Рис. 8. Шлиф корневого шва таврового соединения толщиной 12 мм
полного проплавления возможно при правильном соотношении ширины р а з д е л к и , с к о р о с т и п о д а ч и электродной проволоки, напряжения ^ дуги, а также углов горелки вдоль шва и угла наклона горелки к вертикальной кромке
Выводы К
1. Полное проплавление можно | обеспечить в достаточно широком диапазоне режимов, но стабильного процесса формирования сварного шва с полным проплавлением можно^ добиться только при использовании
несъемной подкладки, зазора в 4±0,5 мм, пониженной скоростью подачи проволоки, угла наклона горелки вдоль оси шва 5-10° углом назад и 80-90° поперек оси шва.
2. Рациональным режимом является такой, при котором дуга оплавляетобе кромки и подкладку одновременно.
Списоклитературы
1. Крампит М.А. СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ИМПУЛЬСНО-ДУГОВОЙ СВАРКИ, РАЗРАБОТАННЫЕ ЗА РУБЕЖОМ // «Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований» - 2015 - №5 - 18-21.
2. Крампит А.Г., Зернин Е.А., Крампит М.А. Современные способы импульсно-дуговой MIG/MAG сварки // «Технологии и материалы» - 2015 - №1 - с. 4-11.
3. Донченко В.Ф. Обоснование параметров режима автоматической сварки под флюсом стыковых соединений по зазору, - «Сварочное производство» - 1965 - № 5, с. 25-28.
4. Фролов Б.В. Теоретические основы сварки. М., «Высшая школа», 1970.
5. Веселков В. Д., Логутенок В. Ж. Сварка с двусторонним формированием шва. Л., «Судостроение», 1976, с. 64.
6. Особенности сварки при различных условиях и материалах. Часть 1. URL: http://penzaelektrod.ru/articles/art21.htm (дата обращения 20.06.2015)
ООО «НПО СварПро»
Жидкость для защиты от налипания брызг расплавленного металла на поверхности свариваемых изделий
«ИДЕал» „о^^, ^Г.Ч
(С- ш
ТУ 4191 -001 -62503450-2010
2010
ПРИМЕНЯЮТ
ПРЕИМУЩЕСТВА
для защиты поверхностей свариваемых изделий и сборочно-сварочной аппаратуры от брызг расплавленного металла при производстве сварных металлоконструкций в любой отрасли промышленности.
Сокращает затраты на слесарную обработку Увеличивает срок службы деталей сварочной горелки Легко удаляется с поверхности Не содержит масла, силикона, растворителей Не взрывоопасно Малый расход
Рациональное соотношение цены и качества
При производстве используется только отечественное сырье Поставляется в емкостях от 0,5 до 50 л
По вопросам приобретения обращаться
652050, Кемеровская обл., г.Юрга, ул. Ленинградская, 38-85. тел. +7 923 616 0663 e-mail: [email protected]
ОГРН 1094230001359
