Способ сварки
Иллюстрации
Реферат
Использование: для сварки с одновременной защитой сварного соединения от воздействия коррозионной среды деталей из углеродистой стали, плакированной нержавеющей сталью, с использованием индукционного или дугового нагрева. Сущность изобретения: на поверхность стыка свариваемых деталей наносят слой защитного покрытия заданной толщины и ширины и производят сварочный нагрев со стороны, противоположной нанесенному слою. В качестве защитного материала используют самофлюсующийся материал на основе хрома и никеля. Наносят защитный материал со стороны плакирующего слоя. Самофлюсующийся материал можно наносить в виде пасты. 2 з.п.ф-лы, 2 табл. fe
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 В 21 С 37/08
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕ НТУ (54) СПОСОБ СВАРКИ (21) 4851515/08 (22) 16.07.90. (46) 23.02.93. Бюл. ¹ 7 (71) Уральский научно-исследовательский институт трубной промышленности (72) Ю,И. Блинов, Р.А. Ковынев, В.Н, Сотников, Б.Н. Берг, В.А. Сорокин и О,Ю, Ясенева (73) УралНИТИ (56) Заявка Японии N. 60-145284, кл. В 23 К 9/16, 1985.
Заявка Японии N. 60-180667, кл. В 23 К 9/23, 1985.
Авторское свидетельство СССР
N 1031665, кл. В 23 К 9/02, 1983.
Изобретение относится к металлургии, в частности к сварочному производству, и может быть использовано при сварке с одновременной защитой сварного соединения от воздействия коррозионной среды, Особенно эффективно применение этого способа для защиты от коррозии швов, расположенных в труднодоступных местах, на внутренних поверхностях замкнутых обьемов, например, для защиты внутренних продольных, стыковых и монтажных швов труб, а также для защиты швов сварных соединений, выполненных из листа, плакированного нержавеющей сталью.
Известен способ сварки тонких стальных листов, включающий стыковку кромок листов, фиксацию их в зажимном приспособлении, напыление поверх стыка металлического порошка; сварку неплавящимся электродом в инертном газе. Напиленный
„, Я,„1797505 А3 (57) Использование; для сварки с одновременной защитой сварного соединения от воздействия коррозионной среды деталей из углеродистой стали, плакированной нержавеющей сталью, с использованием индукционного или дугового нагрева, Сущность изобретения: на поверхность стыка свариваемых деталей наносят слой защитного покрытия заданной толщины и ширины и производят сварочный нагрев со стороны. противоположной нанесенному слою, В качестве защитного материала используют сэмофлюсующийся материал нэ основе хрома и никеля, Наносят защитный материал со стороны плакирующего слоя.
Самофлюсующийся материал можно наносить в виде пасты, 2 э.п,ф-лы, 2 табл. порошок в этом случае играет роль присадочното материала.
Недостатками способа являются низкая коррозионная стойкость сварного соедине- ния и необходимость использования инерт- . ного газа при сварке. 4
Известен способ сварки труб из углеро- (Я дистой стали, плакированных изнутри нержавеющей сталью, который включает (Я разделку кромок, предварительную наплавку на поверхность разделки в один или несколько слоев материала, идентичного плакирующему слою, механическую обработку фаски, стыковку кромок и сварку стыка. Предварительная наплавка выполняется неплэвящимся электродом в ийертном газе с присадочной проволокой или ручной дуговой сваркой.
Недостатками способа являются: недостаточная коррозионная стойкость сварно1797505 го соединения, сложность нанесения защитного материала на шов и невозможность полного удаления возникших при сварке дефектов, вызванных радиальным смещени.ем кромок. 5
Известен также способ местной"защиты титановых сплавов с обратной стороны шва при сварке, принятый эа прототип, при котором самоудерживающееся покрытие в виде флюс-пасты наносят в два слоя на защищаемые поверхности, причем первый слой наносят узкой полосой на свариваемые кромки только в зоне требуемого провара и выполняют на основе титанового порошка, Первый слой покрытия препятствует проникновению значительной части кислорода к кромкам и их окислению, что обеспечивает дополнительную защиту шва и способствует формированию обратного валика, Причем расход титанового порошка 20 выбирается таким образом, чтобы осуществляемая дополнительная защита обеспечи- вала сплавление кромок и качественное формирование обратной стороны шва, После сварки оставшуюся часть покрытия удаляют механическим путем.
Недостатком способа местной защиты является его трудоемкость. Нанесение флюс-пасты проводят в два этапа, каждый слой сушат в течение 8 ч или при 200 С 20 мин, что ограничивает область его применения, например, при сварке труб или кольцевых монтажных швов в трубопроводах. К тому же после сварки первый слой удаляется вместе с остальной частью покрытия ме- 35 ханическим путем, что также ограничивает область применения указанного способа, Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости при сварке деталей из углеродистой стали, плакированной нержавеющей сталью, с использованием индукционного или дугового нагрева, Поставленная цель достигается тем, что в способе сварки, при котором на поверхность стыка свариваемых деталей наносят 45 слой защитного покрытия определенной толщины и ширины и проводят сварочный нагрев со стороны, противоположной нанесенному защитному материалу, в качестве . защитного материала используют самофлю- 50 сующийся материал на основе хрома и никеля, а наносят защитный материал со стороны плакирующего слоя, причем самофлюсующийся материал наносят шириной
5-10 мм и толщиной 0,2 — 0,5 мм. Кроме того, самофлюсующийся материал наносят в виде пасты.
При сварке по предлагаемому способу в результате разогрева свариваемых кромок происходит оплавление самофлюсующего4,5
2,5
1,0
200 ся материала, нанесенного со стороны плакирующего слоя, за счет выделяющегося тепла с образованием защитного покрытия
s области свариваемых кромок в виде полосы хромоникелевого сплава. За счет капиллярных сил часть расплава самофлюсующегося материала втягивается между свариваемыми кромками, сплавляя их между собой. Оплавившийся слой перекрывает сплошной. полосой зону термического влияния и шов одновременно.
Самофлюсующиеся материалы представляют собой сфероидезированный порошок сплава на никелевой основе системы
Ni-Cr —  — Si — С вЂ” Fe, При нагреве газотермических покрытий из этих сплавов до 9801080 С происходит их оплавление, бор и кремний превращаются в окислы ВгОэ и
SiOz, которые растворяются с образованием стекловидных шлаков, всплывающих на поверхность оплавленного покрытия.
Таким образом, одновременно обеспечивается высокое качество сварного соединения с era защитой сплошной полоской сплава на основе никеля и хрома. При этом исключается использование аргона, необходимого при других способах сварки иэделий, плакированных нержавеющей сталью, не обязательна предварительная разделка кромок, не требуется тщательного совмещения свариваемых слоев, сварку можно производить в один этап (одностороннюю) и получать при этом высокое качество шва.
Все это делает возможным применять при изготовлении труб иэ плакированной нержавеющей стали ленты высокопроизводительную сварку на станах высокочастотной сварки.
Аналогичные процессы происходят со слоем самофлюсующегося материала, нанесенного на кромки в виде пасты, Предлагаемый способ реализован следующим образом.
На кромки листа из углеродистой стали ст.3 толщиной 4 мм, плакированной нержавеющим слоем толщиной 0,4 мм, наносили самофлюсующийся порошок марки ПГ-10Н01, ПГ-12Н-02, ПГ-12Н-01. Напыление производили на установке УПТР-1-85, при следующих технологических параметрах:
Фракция порошка, мкм 50 — 160
Давление, МПа кислорода 0,5 пропан-бутана 0,3 воздуха 0,1
Расход газов, м /ч: кислорода пропан-бутана воздуха
Дистанция напыления, мм
1797505
Давление, МПа
0,5
0,3
0,1 кислорода пропан-бутана воздуха
Расход газов, м /ч
Каждой иэ марок было напылено 25 пар образцов по следующим вариантам (табл.1).
Затем производится сварка каждой пары встык на себя электродом диаметром 3 мм, сварочный ток 120 А.
Слой самофлюсующегося материала толщиной свыше 500 мкм (образцы 21 — 25) напылить на кромки не удалось, т.к. он самопроизвольно отслаивался, Толщина слоя самофлюсующегося порошка менее 200 мкм не обеспечивает при сварке надежной изоляции сварного шва, материала расплавившегося самофлюса не хватает для того, чтобы при оплавлении образовать плотный и ровный слой сплава на поверхности шва, Сварной шов низкого качества, со стороны полоски самофлюсующегося порошка видны несплавившиеся кромки образцов листа, Полученные сварные соединения оценивали по внешнему виду и наличию зоны термического влияния, не закрытой слоем самофлюсующегося материала.
Наличие и ширину зоны термического влияния определяли наложением фильтровальной бумаги, смоченной в растворе 10%ного хлорида натрия и 3%-ного калия железосинеродистого. После выдержки в течение 3 мин по цвету фильтоовальной бу. маги определяли ширину зоны термического влияния: ее ширина соответствовала ширине зоны наиболее интенсивного синего окрашивания, Данные результатов эксперимента приведены в табл.2, из которой следует:
Оптимальная ширина слоя самофлюсующегося порошка на кромках изделия составляет 5-10 мм, т.к, при этом весь слой порошка оплавляется в процессе сварки, закрывая ровным плотным слоем как сам шов, так и зону термического влияния — участок, наиболее подверженный воздействию коррозионной среды. При этом достигается повышение качества сварного соединения.
Превышение оптимальной ширины слОя самофлюсующегося порошка на кромках изделия свыше 10 мм ведет к непроизводительному расходу этого порошка: часть его при сварке не сплавляется, кроме эоны шва и зоны термического влияния слой самофлюсующегося порошка покрывает участок основного металла, т.е. расходуется без пользы.
При нанесении слоя самофлюсующегося порошка меньше оптимальной толщины зоны шва защищена самофлюсующимся сплавом, однако наименее коррозионностойкая зона термического влияния оказывается незащищенной, о чем свидетельствует узкая полоска интенсивно-синего окрашивания по
50 кромке сварного шва, закрытого самофлюсующимся сплавом.
Аналогичные результаты получены при нанесении на кромки листа самофлюсующегося материала в виде пасты.
Предлагаемым способом сваривали стальные полосы длиной 1 м и шириной 0,1 м из низкоуглеродистой стали ст,3 толщиной 5 мм, плакированные нержавеющей сталью толщиной 0,2 мм.
Перед сваркой на состыкованные кромки ленты нанесли плоской кистью шириной
10 мм самофлюсующийся материал в виде пасты на основе лака НЦ-551 с порошком
ПГ-12Н-01 и дали покрытию просохнуть.
Затем произвели сварку кромок электродом диаметром 3 мм, сварочный ток составил t20 А; Во время сварки со стороны, противоположной нанесенному покрытию, эа счет выделяемого при сварке тепла произошло выгорание из пасты лака НЦ-551 с одновременным оплавлением самофлюсующегося материала на поверхности шва, В результате полосой антикоррозионного сплава защищен шов и зона термического влияния.
Предлагаемым способом была изготовлена сварная труба иэ углеродистой стали, плакированной нержавеющим слоем. Толщина листа 4 мм, толщина нержавеющего слоя 0,4 мм.
На кромки плакированного листа нанесли слой самофлюсующегося порошка ПГ12Н-02 толщиной 0,300 мм, шириной 7 мм.
Напыление порошка осуществляли со стороны плакирующего слоя на установке
УПТР-1-85. Фракция порошка 50 — 160 мкм. кислорода 4,5 пропан-бутана 2,5 воздуха 1,0
Дистанция напыления 200 мм, скорость напыления 1 м/мин.
Сварку заготовки, сформированной нержавеющим слоем внутрь, осуществляли на стане высокочастотной сварки труб 10—
76, скорость сварки составила 10 м/мин, ток анода лампы — 10 А, ток сетки лампы—
2,0 — 2,4 А.
У полученной сварной трубы внутренний шов защищен полосой сплава на основе никеля и хрома. Поверхность трубы при заполнении ее корроэионной средой эквипотенциальна, коррозия идет равномерно, преимущественное растворение эоны шва отсутствует;
1797505
Давление, МПа: кислорода пропан-бутана воздуха
Расход газа, м /ч: кислорода пропан-бутана воздуха
Дистанция напыления, мм
Толщина напыле- нного слоя, мкм
Ширина, мм
0,5
0,3
0,1
4,5
2,5
1,0
200
30
Таблица 1
Таким образом, предлагаемый способ изготовления сварных соединений позволяет получить качественные сварные соединения с повышенной коррозионной стойкостью.
Кроме того, предлагаемым способом возможно получать стыковое монтажное соединение на трубах с защитным слоем на внутренней поверхности.
На кромки двух труб из ст.3 диаметром
120 мм с толщиной стенки 4 мм перед сваркой наносили порошок ПГ-12Н-01 методом гаэотермического напыления.
Формула изобретения
1,Способ сварки, при котором на поверхность стыка свариваемых деталей наносят слой защитного покрытия определенной толщины и ширины и производят сварочный нагрев со стороны, противоположной нанесенному защитному материалу, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости при сварке деталей из углеродистой стали, плакированной нержавеющей сталью, с использованием
Слой напыляли с внутренней стороны трубы по всему периметру, затем производили сварку двух труб встык электродом диаметром 3 мм при токе 120 А, 5 В результате осуществления способа обеспечивается надежная защита внутреннего шва трубы плотным слоем сплава на основе хрома и никеля, Таким образом, предлагаемый способ
10 сварки позволяет;
Повысить качество сварных соединений и коррозионную стойкость, выполняя сварку с одновременной защитой сварного соединения от воздействия корроэионной
15. среды за счет образования защитного покрытия не только в зоне шва, но и в зоне термического влияния без использования защитной атмосферы инертного газа.
Защиту сварного соединения от воздей20 ствия коррозионной бреды производить в местах труднодоступных для других спосОбов защиты: на внутренних поверхностях труб, резервуаров, емкостей, изготовляемых сваркой, 25 Проводить сварку с одновременной защитой внутреннего продольного шва на станах высокочастотной сварки. индукционного или дугового нагрева, в качестве защитного материала используют самофлюсующийся материал на основе хрома
35 и никеля, а наносят защитный материал со стороны плакирующего слоя, 2Способпоп.1,отличающийся тем; что самофлюсующийся материал наносят шириной 5-10 мм и толщиной 0,2—
40 0,5 мм.
З.Способ по п,1, .отличающийся
Tåì, что самофлюсующийся материал наносят в виде пасты, !
1797505
Продолжение табл. 1
Таблица 2
Налйчие зоны термического влияния, ее ширина
Внешний вид сварного соединения
Образец
Параметры самофлюсующегося слоя о сва ки, мм
Ши ина Тол ина
6,11,16 Вдоль всего шва плотная полоса оплавившегося самофлюса. Края полосы не проплавились, видна порошковая структура нанесенного слоя
На фильтровальной бумаге видны две зоны: белая полоса-след от слоя оплавившегося самофлюсующегося порошка, синяя — область основного металла листа
12
5
0,2
0;2
0,2
0,2
0,2
7
9
7,8,9,12,13,14,17,18,19 Вдоль всего шва плотная ровная полоса оплавившетося самофлюсующегося сплава
12
10 7
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
11
12
13
14
20,10,15 Узкая полоса оплавившегося самофлюсующегося сплава вдоль всего шва
На фильтровальной бумаге след от трех зон. белая полоса-зона шва, закрытая слоем оплавившегося самофлюсующегося по рошка, по краям белой полосы интенсивно- синие полосы шириной до 1 мм соответствуют зоне термического влияния, синяя область соответствует основному металл .
16
17
18
19
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
12
5
Составитель Н.Полевова
Техред М,Моргентал Корректор С.Шекмар
Редактор Т.Куркова
Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 659 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5