CC BY
96восстановление и модернизация - 2011 - №7. extension in the break period // Welding
27. N.Yu. Krampit, M.A. Krampit. International - 2014 - DOI
Pulsed-arc welding with preheating of electrode 10.1080/09507116.2014.911408.
Солодский С.А., к.т.н., Луговцова Н.Ю., аспирант, Борисов И.С., студент ГОУ ВПО «Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета»
УДК 621.791.03
Технология MIG-MAG сварки с низкочастотной модуляцией тока
дуги
Введение
Магистральные трубопроводы, резервуары и другие конструкции в районах Крайнего Севера сооружают в зимний период, т.к. тундры, болота и т.д. становятся проходимыми для транспорта и всей сварочно-монтажной техники. Основным способом соединения труб в магистрали остаются сварные соединения. Производство сварочных работ в зимнее время имеет свои объективные особенности, связанные с отрицательной температурой воздуха, наличием ветров и обильных снегопадов, которые оказывают существенное влияние на качество сварных конструкций.
Для обеспечения нормального технологического процесса сварки в зимних условиях необходимо учитывать особенности формирования швов при минусовой температуре, которые могут отрицательно влиять на структуру и механические свойства сварных соединений. При сварке в зимнее время наблюдается увеличение скорости охлаждения металла сварочной ванны и зоны термического влияния [1].
Характер изменения скорости охлаждения с понижением температуры при малых значениях критических скоростей охлаждения для некоторых сталей повышенной прочности показывает возможность получения структуры закалки в зоне термического влияния сварного шва и закалочных трещин [2]. В связи с этим, формирование сварного шва в условиях крайне низких температур требует особых технологических решений. Возникает н е о б х о д и м о с т ь у п р а в л я т ь кр и с та л л и за ци о н н ы м и п роце сса м и формирования шва. Это возможно реализовать уп р а в л е н и е м те р м и ч е ски м ци кл о м кристаллизации. Технически это реализуется управлением двумя параметрами: температурой нагрева и, самое важное, временем пребывания и своевременным переходом металла шва из одной структурной
фазы в другую согласно диаграммы "Железо -Углерод". Таким образом, для получения равновесной, близкой к основному металлу, структуры сварного шва и зоны термического влияния, возникает необходимость поддерживать необходимые температурные диапазоны, соответствующие каждому фазовому превращению [3].
Импульсно-дуговые технологии с частотными характеристиками 100-25 Гц, которые в настоящее время широко используются, нацелены и используются для увеличения погонной энергии, для управления переносом электродного металла, глубиной проплавления, улучшением формирования сварного шва во всех пространственных положениях.
Чтобы вести речь о реальном управлении фазовыми превращениями в металле сварного шва, необходимо управлять временем кристаллизации согласно циклам диаграмм фазового состояния. Это возможно реализовать ипульсно-дуговыми сварочными процессами на частотах от 0,25 до 5 Гц, получившими в России название "низкочастотная модуляция тока дуги" [4].
Экспериментальная часть
Управление температурным режимом кристаллизации возможно только током дуги в чередующихся с заданной частотой и скважностью циклах импульса и паузы. а Например, широко известен способ сварки с 2 низкочастотной модуляцией тока дуги во время паузы, который реализуется за счет снижения сварочного тока до дежурного тока дуги, для процесса кристаллизации « сварочной ванны [1]. Но данный способ применяется при мМА-сварке, в этом случае 9 сварка ведется на жестком участке е вольтамперной характеристики (ВАХ) дуги от ® источника питания с крутопадающей внешней в вольтамперной характеристикой, что £ позволяет модулировать сварочный ток параметрами самого источника питания [5].
В случае процесса MAG сварки низкочастотное модулирование ограничивается тем, что системы питания дуги для данного процесса обладают жесткой внешней вольтамперной характеристикой. В связи с чем ток дуги регулируется исключительно двумя способами:
1. Изменением напряжения источника питания. Для управления током в паузе этот способ не подходит в связи с возникающей разностью скорости подачи и плавления проволоки, в результате чего в момент " паузы" произойдет "окунание" проволоки в сварочную ванну [6].
2. Периодическим, цикличным и плавным изменением скорости подачи проволоки. Данный подход позволяет плавно изменять, но не управлять током паузы, что не обеспечивает четкого управления скважностью импульсов [7,8].
Для получения стабильного процесса низкочастотной модуляции тока дуги для MAG сварки разработана эффективная технология, которая поясняется циклограммой (рис. 1).
Для формирования сварочной ванны
Т1
с vele "Pul«"
процесс сварки ведется с постоянной подачей сварочной проволоки на возрастающей вольтамперной характеристике дуги и жесткой внешней вольтамперной характеристике источника питания до образования сварочной ванны заданного объема (период Т1 cycle " Pulse" на рис. 1 и рис. 2). Далее, для кристаллизации сварочной ванны наступает момент "паузы", движение сварочной проволоки останавливают, а процесс горения дуги переводят на жесткую ВАХ дуги и внешнюю крутопадающую ВАХ источника питания (период Т2 cycle "Pause" на рис. 1 и рис. 2).
Данный подход с одновременной остановкой сварочной проволоки позволяет управлять временем паузы и увеличивает диапазон регулировки тока дуги за счет управления наклоном ВАХ источника питания.
Большую роль в процессе сварки предложенным способом играет период T=tn+tL где t„ - время паузы, tu - время импульса. В связи с этим должны выполняться следующие условия:
1. время паузы должно
обеспечивать кристаллизацию 0,75 части
JJtfiWi!
Wilding current
Wilding voltage
Рис. 1. Циклограмма процесса сварки
объема;
2. время паузы должно
обеспечивать непрерывность горения дуги (во время горения малоамперной дуги не должно произойти обрыва дуги вследствие чрезмерного расплавления вылета электрода). Это достигается введением канала обратной связи по току дуги и переходом источника питания на падающую ВАХ.
Материал и методы исследования. Для определения влияния исследуемого способа сварки на микроструктуру сварного соединения получены макро- и микроструктуры методом оптической металлографии с использованием оптического микроскопа Olympus GX-71. Процесс сварки - MAG, сварочная проволока Св08ГСМТ диаметром 1,2 мм, напряжение источника сварки -22 В, ток в импульсе -220 А, в паузе - 50 А. Частота циклов-1.1 Гц, скважность-1.25. Процесс сварки производился при температуре окружающей среды: -150 С.
Исследование микроструктуры сварного шва образцов С17 из стали 09Г2С (труба 159x6). Исходная структура стали 09Г2С в состоянии поставки феррито - перлитная структура. Перлит распределен равномерно (рис. 3 а, б). Количество и характер расположения перлита соответствуют баллу 1В по ГОСТ 5640-68.
Образец № 1 (сварка с низкочастотной модуляцией тока). Зона термического влияния -феррито-перлитная структура, измельчается размер зерен феррита, феррит переходит в сорбитооборазный. (рис. 3, в). Количество и характер расположения перлита соответствуют баллу 1Б по ГОСТ 5640-68. Структура наплавленного металла шва - феррито -перлитная.
Образец №2. В зоне сплавления металла шва и основного металла небольшая область с видманштеттовой структурой - балл 3Б по ГОСТ
current-voltage characteristic
I. Amp
TI cycle "Pulse" T2 cycle "piuse"
Рис. 2. Зависимость вольтамперной характеристики дуги и источника питания в разных циклах сварки
5640-68 (рис. 3, г). Структура шва аналогичная таковой в образце 1.
В нижнем ряду по сравнению с верхним рядом исчезает видманштеттова структура в шве и в области основного металла прилегающего к шву, за счет эффекта автотермообработки. Отличия, полученные в проведенном исследовании микроструктур сварного шва, можно объяснить различным характером изменения скорости охлаждения в интервале критических температур фазовых превращений при вторичной кристаллизации (в твердой фазе) [9].
Выводы
1. Применение падающей характеристики источника питания во время кристаллизации сварочной ванны позволяет увеличить время
a)
с-
ij'i
Л
■ , -
Ж/ }
Л
& VV
■J.
.■ч Oí -- * ; Vr.^tf
Рис. 3. Микроструктура сварного шва: а,б - ^ микроструктура стали 09Г2С, В
в - микроструктура ЗТВ сварного соединения § (сварка с низкочастотной модуляцией тока); г - >< микроструктура ЗТВ сварного соединения (обычная подача сварочной проволоки)
кристатллизации, что положительно сказалось на процессе сварки. Cнижение тока до минимального во время кристаллизации создает условия для термообработки сварного шва.
2. Стабилизация времени образования и кристаллизации сварочной ванны способствует улучшению формирования сварного шва и повышению производительности труда при сварке тонколистовых металлов.
3. Предлагаемая технология MAG учитывает время формирования сварочной ванны и время ее кристаллизации с учетом условий температурного режима формирования оптимальных структурно-фазовых превращений, что позволяет в широком д и а п а з о н е в о з д е й с т в о в а т ь н а кристаллизационные процессы как в жидкой, так и твердой фазах.
Список использованных источников
1. Saraev Y. Adaptiv pulse-arc welding methods for construction and repair of the main pipelines. Proceedings of The 2nd South-East European IIW International Congress "Welding -HIGH-TECH Technology in 21st century". Sofia, Bulgaria, October 21st-24th 2010, Р. 174 - 177.
2. Бpунов О.Г., Солодский С.А. Физико-математическое моделирование перехода капли электродного металла в сварочную ванну. Сварочное производство. 2008. №4. С. 16-19.
3. Chinakhov D.A., Agrenich E.P. Computer simulation of thermo-mechanical processes at
fusion welding of alloyed steels // Materials Science Forum. - Vols. 575-578 (2008). - P. 833-836.
4. Шигаев Т.Г. О терминологии сварки модулированным током // Сварочное производство.- 1980.- №7.- С.40.
5. Патент на изобретение № 2293630 (РФ). Способ механизированной сварки в СО2 с низкочастотной модуляцией сварочной ванны. Федько В.Т., Брунов О.Г., Солодский С.А., Крюков А.В., Седнев В.В. Приоритет изобретения 14 июля 2005 В23К 9/33. Опубликованно 10.04.2007. Бюл.№10.
6. Патон Б.Е., Лебедев В.А., Пичак Б.Г., Полосков С.И. Эволюции систем импульсной подачи электродной проволоки дли сварки и наплавки. Сварка и диагностика. 2009. № 3. С. 46-50.
7. Солодский С.А., Брунов О.Г., Зеленковский А.А..Автоматизированная система управления процессом сварки в СО2 с импульсной подачей проволоки и модуляцией сварочного тока. Сварочное производство. 2010. № 12. С. 26-30.
8. Lebedev V.A. Creating mechanized arc-welding equipment with pulsed electrode supply. Russian engineering research. 2009. т. 29. №2. с. 131-135.
9. Бpунов О.Г., Федько В.Т., Солодский С.А. Пеpенос электpодного металла пpи сваpке с импульсной подачей сваpочной пpоволоки. Сварочное производство. 2006. №8. С. 9-14
УДК 621.791.92
Филонов А.В. старший преподаватель, Крюков А.В. к.т.н ГОУ ВПО «Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета»
Системы управления переносом капли расплавленного электродного металла при дуговой сварке в защитных газах
Многие характеристики процесса сварки плавящимся электродом в защитных газах зависят от типа каплепереноса металла электрода. Типы переноса металла, а также силы, действующие на металл электрода в дуге, описаны в работах [18, 19]. Каждый тип переноса металла характеризуется как преимуществами, так и недостатками.
Возможны несколько вариантов получения капель заданной массы. Одним из перспективных направлений для решения задач управления каплепереносом является введение в процесс импульсных воздействий
[16]. В настоящее время получили развитие три системы управления каплепереносом:
- электрические системы, воздействующие на процесс импульсами тока от специальных источников (импульсно-дуговой процесс);
- механические системы, реализуемые с помощью подающих механизмов с импульсной подачей электродной проволоки;
- комбинированные системы, сочетающие совместное воздействие электрических и механических систем.
Первое направление - электрические
