CC BY
80
_________________________________________ © Н.В. Павлов, А.В. Крюков,
Е.А. Зернин, А.А. Зеленковский,
2010
УДК 621.791.03
Н.В. Павлов, А.В. Крюков, Е.А. Зернин,
А.А. Зеленковский
ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА СВАРКИ С ИМПУЛЬСНОЙ ПОДАЧИ ЭЛЕКТРОДНОЙ ПРОВОЛОКИ НА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ
Для оценки влияния состава защитной газовой среды при сварке с импульсной подачей электродной проволоки в смеси газов, на химический состав сварного шва был произведен ряд экспериментов. В результате чего был сделан вывод, использование сварки с импульсной подачей электродной проволоки в смеси газов, приводит повышению механических свойств из-за меньшего тепловложе-ния в каплю электродного металла, без снижения содержания углерода. Ключевые слова: сварка, смесь газов, импульсная подача, химический состав, тепловложение, каплеперенос.
Одним из способов осуществления управляемого переноса электродного металла, является использование устройства с импульсной подачей электродной проволоки (ИПЭП) [1].
В основу процесса дуговой сварки с ИПЭП, положено использование дополнительной силы (силы инерции, действующей в период торможения электрода), которая прикладываясь к капле, резко изменяет характер плавления и переноса электродного металла аналогично импульсу электродинамической силы при импульсно -дуговом процессе [2]. Одним из путей повышения эффективности применения данного способа сварки является использование смеси газов (Аг+С02). Это обеспечивает лучшее формирование шва и меньшую величину разбрызгивания электродного металла, чем при сварке в чистом углекислом газе [3].
На основе проведенных экспериментов было установлено, что рационально использовать для сварки с ИПЭП смесь газов Аг(70%)+С02(30%), т.к. данное процентное соотношение смеси обеспечивает минимальные потери металла на угар и разбрызгивание при стабильном управляемом процессе каплепереноса [4].
Так как при сварке с использованием инертных газов имеют место процессы окисления, азотирования, наводороживания, а также растворения газов и вредных примесей в сварочной ванне [5].
Рис. 1. Точки замеров для исследования химического состава
Это связано с несовершенством газовой защитной зоны сварки и проникновением в нее атмосферного воздуха. Кроме того, неизбежное присутствие даже небольших концентраций вредных примесей в инертных газах, наличие окисленных поверхностных слоев на кромках металла и сварочной проволоки способствуют образованию оксидов, нитридов и других веществ, заметно ухудшающих физико-механические свойства сварных соединений. В свою очередь кремний, растворяясь в феррите. Повышает предел текучести и уменьшает склонность к хладноломкости, марганец же образует твердый раствор с железом и немного повышает твердость и прочность.
Для оценки влияния состава защитной газовой среды при сварке с ИПЭП на химический состав сварного шва был произведен ряд экспериментов. Сварку производили следующими способами:
- механизированная сварка с постоянной подачей сварочной проволоки в СО2;
-механизированная сварка с постоянной подачей проволоки в смеси газов Аг(70%)+С02(30%);
- сварка с импульсной подачей сварочной проволоки в СО2;
- сварка с импульсной подачей сварочной проволоки в смеси газов Аг(70%)+С02(з0%);
В состав экспериментальной установки входили: автоматическая сварочная головка ГСП-2, укомплектованная механизмом импульсной подачи электродной проволоки [6], источник
1,6
марганец кремний углерод хром
Химические элементы
■ постоянная в СО2 ■ постоянная 70-30 ■ импульсная В СО2 ■ импульсная 70-30 □ основной металл
а)
марганец кремний углерод хром
Химические элементы
■ постоянная в СО2 ■ постоянная 70-30 ■ импульсная в СО2 ■ импульсная 70-30 □ основной металл
б)
питания ВСЖ-303, смесительная оборудование, состоящее из трех ротаметров и смесительной камеры.
Для исследования, использовались пластины, из стали Ст3пс (толщиной 6 мм). Сварка проводилась проволокой Св-08ГСМТ-0 (диаметром 1,2 мм).
В процессе варьировался сварочный ток, для сварки с ИПЭП (от 100А до 140А), а для механизированной сварки с
Рис. 2. Содержание химических элементов в сварном шве: а) I = 100 А; б) а) I =
120 А; в)I= 140 А
постоянной подачей сварочной проволоки (от 120 А до 170 А), так как для достижения одного типоразмера сварного соединения энергетические параметры режима при сварке с импульсной подачей электродной проволоки ниже в среднем на 25...30% по сравнению с процессом с постоянной подачей [7]. Выбор данного диапазона позволяет обеспечивать управляемый процесс кап-лепереноса электродного металла в сварочную ванну [4].
Оценка химического состава сварного шва проводилась с использованием последовательного рентгенофлуоресцентного спектрометра LabCenter ХКР-1800.
Пробы для исследования производились в двух точках в основном металле и металле шва (рис. 1). Величина точек равна 3 мм.
В результате проведенных исследований по полученным результатам были построены гистограммы процентного содержания элементов в металле шва для различных величин сварочного тока (рис. 2, а, б, в).
Как видно из полученных гистограмм содержание легирующих элементов (марганца и кремния), с повышением величины тока, превышает содержание относительно основного металла на 40-
60% для всех способов сварки. Это объясняется тем, что при сварке, элементы Мп и Si, участвующие в раскисление, при их достаточной концентрации в электродном металле, также частично усваиваются, переходя в сварной шов. Однако стоит отметить, что только при использовании сварки с ИПЭП в смеси газов химический состав сварного шва одинаков на всем диапазоне токов.
Так же при сварке с ИПЭП происходит меньшее выгорание Мп и Si относительно сварки с постоянной подачей на 10-20%, что приводит к повышению механических свойств из-за меньшего тепловложения в каплю электродного металла.
Это объясняется тем, что эффективная тепловая мощность сварочной дуги различна, как из режимов сварки (силы тока и напряжения), так и из-за значения эффективного нагрева изделий.
При использовании сварки с ИПЭП в смеси газов позволяет предотвратить выгорание углерода, что позволяет сделать вывод о том, что металл шва и основной металл схожи по твердости и пластичности (равнопрочное сварное соединение).
Содержание хрома в свою очередь для всех способ сварки относительно основного металла снижается на 30-40%.
Вывод
Использование сварки с ИПЭП в смеси газов, приводит повышению механических свойств из-за меньшего тепловложения в каплю электродного металла, без снижения содержания углерода.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федько В.Т., Брунов О.Г. Солодский С.А., Крюков А.В., Соколов П.Д. Методы борьбы с разбрызгиванием при сварке в углекислом газе // Технология машиностроения. - 2005.- №5. - С.24 - 30.
2. Федько В.Т., Брунов О.Г., Соколов П.Д. Сварка с импульсной подачей сварочной проволоки как частный случай импульсно-дуговой сварки // Сварочное производство. - 2006.- №7. - С. 6 - 8.
3. Языков Ю.Ф.. Алексина И.В. Преимущества сварки в защитных газовых смесях // Сварочное производство. - 2008.- №9. - С. 29 - 30.
4. Павлов Н.В., Крюков А.В., Зернин Е.А. Сварка с импульсной подачей электродной проволоки в смеси газов // Труды международной школы-семинар для магистрантов, аспирантов и молодых ученых, посвященной памяти профессора Хорста Герольда «новые технологии, материалы и инновации в производстве». -Усть-Каменогорск, Казахстан, 2009. - С. 124-125.
5. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов / под ред. В.М. Неровного. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2007. - 752с.: ил.
6. Патент РФ на изобретение №2254969 Механизм импульсной подачи сварочной проволоки/ Брунов О.Г., Федько В.Т., Крюков А.В. и др. Опуб. 27.06.2005. Бюл. №18.
7. Крюков А.В. Повышение эффективности механизированной сварки в СО2 за счет применения импульсной подачи электродной проволоки. Автореферат. -Барнаул, 2008, с. 15. ЕШ
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------
Павлов Н.В. - инженер,
Крюков А.В. - к.т.н.,
Зернин Е.А - к.т.н.,
Зеленковский А.А. - инженер,
Юргинский технологический институт Томского политехнического университета, E-mail: yuti_sp@bk.ru.
