Способ подводной сварки

Способ подводной сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электродуговой сварке под водой "мокрым" способом и может быть использовано при изготовлении и ремонте нефтегазопроводов, гидротехнических сооружений, судов и т.д. Цель изобретения - расширение технологических возможностей и повышение маневренности за счет простоты его реализации. Способ предусматривает ограничение теплоотвода из зоны горения дуги за счет подогрева ограниченного объема воды вокруг электрода до температуры 34-35°С и поддержания ее в процессе сварки. Эффект достигается за счет использования особого свойства воды - минимального значения ее теплоемкости при 34-35°С. При этой температуре наблюдается снижение теплоотдачи, количество полезной тепловой энергии резко возрастает, увеличивается парообразование. При этом улучшаются условия горения дуги и формирование наплавленного металла. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (5ц 4 В 23 К 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

CR

4Р

©ч 3

4Р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4271427/25-27 (22) 29.06.87 (46) 07.09.89. Бюл. № 33 (71) Институт электросварки им. Е. О. Патона (72) И. М. Савич, А. А. Гришанов, А. Г. Рыбченков и В. И. Паньков (53) 621.791.75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 81274. кл. В 23 К 9/00, 1945.

Итоги науки и техники. Сер. Сварка.

Т. 13, М., 1981, с. 32, 33. (54) СПОСОБ ПОДВОДНОЙ СВАРКИ (57) Изобретение относится к электродуговой сварке под водой «мокрым» способом и может быть использовано при изготовлении и ремонте нефтегазопроводов, гидротехничесИзобретение относится к электродуговой сварке под водой «мокрым» способом и может быть использовано при сварке нефтегазопроводов, гидротехнических сооружений, судов и других объектов.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и маневренности способа за счет простоты его реализации.

В процессе сварки «мокрым» способом ограничивают теплоотвод в окружающую среду за счет ее подогрева в ограниченной области, охватывающей зону горения дуги, до температуры порядка 34 — 35 С.

Эффект достигается за счет использования особых свойств воды: уменьшение теплопроводности и снижение скорости охлаждения металла шва находятся в прямой зависимости от теплоемкости, характеризующейся минимальным значением при 34—

35 С. Вода обладает черезвычайно большой теплоемкостью, например, в 10 раз большей, чем железо. При этом обычно теплоемкость других жидкостей с увеличением тем„„80„„1505700

2 ких сооружений, судов и т. д. Цель изобретения — расширение технологических возможностей и повышение маневренности за счет простоты его реализации. Способ предусматривает ограничение теплоотвода из зоны горения дуги за счет подогрева ограниченного объема воды вокруг электрода до температуры 34 — 35 С и поддержания ее в процессе сварки. Эффект достигается за счет использования особого свойства воды — минимального значения ее теплоемкости при

34 — 35 С. При этой температуре наблюдается снижение теплоотдачи, количество полезной тепловой энергии резко возрастает, увеличивается парообразование. При этом улучшаются условия горения дуги и формирование наплавленного металла. 1 табл. пературы увеличивается. Вода, в отличии от других жидкостей, обладает минимальным значением теплоемкости при 34 — 35 С, а с ростом температуры теплоемкость вновь растет. Появление этого минимума объясняется разрушением ассоциаций (групп) молекул воды примерно при этих температурах.

При нагреве воды до указанной температуры в области, охватывающей дугу, наблюдается значительное снижение теплоотдачи, количество выделяемой тепловой энергии резко возрастает, увеличивая парообразование и превращая парогазовую смесь в ионизированное состояние. При этом улучшаются условия горения сварочной дуги и формирование наплавляемого металла.

Значительное снижение теплоотдачи способствует более полной дегазации металла шва. Прежде всего это касается диффузионного водорода, влияющего на охрупчивание и трещинообразование в сварном соединении. Кроме того, напряжение дуги понижается.

1505700

Разогрев области, охватывающей дугу, можно осуществлять различными способами, например подачей горячей воды, разогретого газа, использованием электрических,, :индукционных способов, применением термо, химических процессов и т. д.

Ограничение теплоотвода при «мокрой», подводной сварке целесообразно осущест влять не только от металла шва и зоны, термического влияния, но и от области, ох ватывающей дугу, так как более 30Я мощ ности дуги расходуется на нагрев, испарение, и разложение воды (диссоциацию молекул воды) .

Кроме того, вокруг дуги образуется замк нутый объем (парогазовый пузырь), который

: ;непрерывно изменяется по форме и разме1

; рам, разрушается и возобновляется с час, тотой до 15 циклов в 1 с.

От об.ьема вытесненной окружающей воды парогазовым пузырем зависят ста1 бильность процесса горения дуги, эффективность использования поступающего тепла, протекание металлургических процессов, скорость охлаждения и, в конечном счете,, качество сварного соединения.

Подогрев среды облегчает условия паро1 образования: при этом размеры и частота образования пузыря увеличиваются, что

,обеспечивает более продол жи тел ьное воздей-! ствие теплопередачи излучением от столба дуги на ванну расплавленного металла. В связи с этим качество металла сварного

1 соединения значительно выше (см. табл.): металл шва получается плотным и однородным вследствие более продолжительного пребывания его в жидком состоянии, предупреждаются непровары в корне шва и по кромкам.

В реальных условиях способ может быть осуществлен следующим образом.

На держатель с электродом монтируется стакан (локальная камера) емкостью 0,2—

0,5 л. При этом дно стакана обращено в сторону, противоположную зоне горения дуги, а стенки его являются экраном нагретой внутри воды. Между внутренней стенкой и электродом расположен концентрично спиральный электронагреватель, напоминающий бытовой кипятильник, мощностью 0,25—

I кВт. Для обеспечения нагрева воды в заданных пределах система оборудована термостатом, который при увеличении температуры (выше 35 С) отключает, а при уменьшении температуры (ниже 34 С) включает подогрев воды.

Пример. В лабораторных условиях подогрев осуществляют следующим образом. На держатель с электродом монтировали стакан емкостью 0,2 л. Между внутренней стенкой и электродом был расположен спиральный электронагреватель мощностью 0,25 кВт.

Сваривают стыковые образцы из стали толш,иной 12 мм. Сварочным материалом является порошковая проволока, при этом используют полуавтомат для подводной сварки. Сварку производят на режиме 1=200 А, U 30 В, V =7,8 м/ч.

Результаты испытаний, сварного шва по предлагаемому способу приведены в таб) 5 лице.

В ходе проведенных экспериментов выявлено, что на образцах при температурах окружающей воды 10 — 33 С имеются поры и трещины, а при сварке в подогретой воде до температуры 34 — 35 С трещины и поры отсутствуют. При температуре 36 С и более наблюдается снижение механических свойств металла шва и ухудшение формирования сварного соединения. Последнее, кроме указанных причин, дополнительно объясняется возрастанием циркуляционных потоков в околодуговом пространстве, что существенно влияет на качество сварного соединения.

По данным экспериментов установлено следующее: зажигание дуги сопровождается образованием парогазовой рубашки. При

Зр этом дуга горит более интенсивно, чем при использовании известного способа. Более низкая теплоотдача, отмечаемая в предлагаемом способе, способствует существенному снижению температурного градиента и, как следствие, улучшению сварочного процесса и

35 получению качественного сварного соединения.

Формула изобретения

Способ подводной сварки, при котором дугу зажигают непосредственно в воде с образованием парогазового пузыря, и в процессе сварки ограничивают теплоотвод из зоны горения дуги, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических воз45 можностей и маневренности способа за счет простоты его реализации, ограничение теплоотвода достигают путем снижения теплопроводности воды, для чего воду в прилегающей к электроду области подогревают до температуры 34 — 35 С и поддерживают эту температуру в процессе сварки.

1505700 V, Е

А„, Дж/см

Температура д, С

Составитель Е. Сомова

Техред И. Вера. Корректор М. Самборская

Тираж 894 Подписи ое

Редактор О. Головая

Заказ 5360/! 3

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно.-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина. IO!

33

34-35

36

Диффузионный водо род, ммз /

/100 r

18,4

12,0

7,9

7,8

8,0

8,1

420 285

400 270

435 280

450 290

440 285

425 250

16

22

23

23

23

41

46

47

42

82

102

119

134

108