Научная статья на тему 'Исследование процесса формирования сварного шва с полным проплавлением при импульсно-дуговой сварке тавровых соединений'

Исследование процесса формирования сварного шва с полным проплавлением при импульсно-дуговой сварке тавровых соединений Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
495
169
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИМПУЛЬСНО-ДУГОВАЯ СВАРКА / PULSED ARC WELDING / ТАВРОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ / СВАРКА С ПОЛНЫМ ПРОПЛАВЛЕНИЕМ / WELDED WITH FULL PENETRATION / T-JOINTS

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Зернин Е.А., Крампит А.Г., Крампит М.А., Чернов А.С.

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY PULSED ARC WELDING T-JOINTS FULL PENETRATION

Relevance of the work lies in the fact that the T-joint welding of large thicknesses currently costly machining both in time and with the financial side. The object of research is the process of arc welding, metal plates 10mm thick. The article describes the different methods of welding large thicknesses, their classification and comparison; description of the methodology is the pilot study; It shows experiments and results.

Текст научной работы на тему «Исследование процесса формирования сварного шва с полным проплавлением при импульсно-дуговой сварке тавровых соединений»

результате 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: dek-79@mail.ru

ОГРН 1094230001359

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.