Способ дуговой сварки и наплавки

Способ дуговой сварки и наплавки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: при наплавке разнородных металлов, широкослойной наплавке колеблющимся электродом Сущность изобретения: одновременно с нанесением наплавляемого валика производят его упрочнение путем ударного воздействия бойком. Ударное усилие прикладывается к зоне наплавленного металла, температура которого равна (0,7-1) температуры потери способности сопротивляться пластическим деформациям , с частотой, равной N-(1-1,2)vH/L, определяемой скоростью наплавки VH и длиной бойка L. Энергия удара рассчитывается в зависимости от предела текучести наплавляемого металла Or(t) при температуре ударного воздействия, геометрических размеров наплавленного валика Bxh, коэффициентов температурного линейного расширения и температуры потери способности сопротивляться пластическим деформациям основного металла Оо, Tko и наплавляемого «н, Tk н по формуле (Ъ{) В h L («о х х Tk о +(« и- «o)(Tk н-Tk о). 2 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

tst)s В 23 К 9/04. 28/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

0 00 К) Ul о"

i с. ) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4930388/08 (22) 12.03.91 (46) 07.07,93, Бюл, М 25 (71) Курганский машиностроительный институт (72) В.Н. Турыгин, С.В, Титов, В,Я. Иванов, И.С. Ефремов и В,М. Сагалевич (56) Авторское свидетельство СССР

М 155161, кл. С 21 D 9/50, 1955.

Авторское свидетельство СССР

М 1057215, кл. В 23 К 9/16. 1983.

Заявка Японии М 58-107292, кл, В 23 К

31/06, 31/00, 1983. (54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ (57) Использование: при нэплэвке разнородных металлов, широкослойной наплавке колеблющимся электродом. Сущность иэоИзобретение относится к дуговой наплавке в среде защитных газов и может быть использовано при сварке и наплавке разнородных металлов. широкослойной наплавке колеблющимся и ленточным электродом, Цель изобретения — повышение качества наплавки эа счет предотвращения образования холодных и горячих трещин.

Поставленная цель достигается тем, что одновременно с выполнением наплавки производят деформирование наплавленного металла путем ударного воздействия бойком, причем ударное усилие прикладывается к зоне наплавленного металла с температурой Ы 1825682 А1 бретения: одновременно с нанесением наплавляемого валика производят его упрочнение путем ударного воздействия бойком.

Ударное усилие прикладывается к зоне наплавленного металла, температура которого равна (0,7-1) температуры потери способности сопротивляться пластическим деформациям, с частотой, равной N-(1-1,2)v,/L, определяемой скоростью наплавки Ун и длиной бойка L. Энергия удара рассчитывается в зависимости от предела текучести наплавляемого металла o(t) при температуре ударного воздействия, геометрических размеров наплавленного валика Bxh, коэффициентов температурного линейного расширения и температуры потери способности сопротивляться пластическим деформациям основного металла ао, Тко и наплэвляемого ан, Тк, по формуле Q=G (Qt) В h 1 (x х Т .о. +(а í- )(Tk н-Т .о) . 2 ил, (0,7-1,0)Тк — температуры потери сопротивления пластическим деформациям, Частоту ударного воздействия N=(1-1,2) Ун/L onpe4eляют в зависимости от скорости наплавки vu и длины бойка L, а энергию удара рассчитывают по формуле

0-0 о,() В hL.(ао Тко. +(a с )(Т4 Tk ) в зависимости от предела текучести наплавляемого металла or(t) при температуре ударного воздействия, геометрических размеров наплавленного валика

Bxh, коэффициентов температурного линейного расширения и температур потери сопротивляемости пластическим дефор1025682

25

Q=P hh. мациям основного металла ao. T o и наплавленного ан. Ткн, Сварочные напряжения возникают в результате усадки наплавленного металла при температурах, когда металл начинает сопротивляться пластическим деформациям, т.е. при переходе в упругое состояние. Если в этот момент создать пластические деформации обратного знака и равные температурным, то при остывании сварочные напряжения не возникнут, склонность к появлению трещин будет подавлена. Деформирование выше температуры Т,я не позволяет создать компенсирующие напряжения, т,к. металл не сопротивляется пластическим деформациям. При воздействии на зону, нагретой ниже Ткя, требуются большие усилия деформирования, резко возрастает шум от ударов, ослабевает течение металла в направлении к хвостовой части ванны, в связи с чем не компенсируется влияние усадки кристаллиэующего металла сварочной ванны и эффективность подавления горячих трещин падает.

На наплавленный металл осуществляется пошаговое воздействие с частотой N=(1-1,2) s/, в зависимости от скорости наплавки и длины бойка. Это позволяет рассчитывать энергию удара. взяв за основу температурную усадку в поперечном направлении, температурная усадка в осевом направлении компенсируется ударным деформированием при пошаговом перемещении бойка независимо от длины шва, Энергия удара рассчитывается по формуле

Q=G о,() B h Ч (а, Т,, +(a н- ao)pk „-Tk. ) где %(1 — предел текучести металла наплавки при температуре ударного воздействия;

В х h — ширина и высота наплавленного слоя металла;

1 — длина бойка в осевом направлении наплавки; а, а — температурные коэффициенты линейного расширения основного и наплавляемого металла;

Тк.о., T<.<, — температуры потери сопротивляемости пластическим деформациям основного и наплавляемого металлов.

При выводе данной формулы за основу приняты выводы по определению усилия вдавливания при пластическом деформировании металгов

Р=2,97 о,() В 1 = Зо(i) В L

55 температурная усадочная деформация в биметаллических соединениях я =ao Т,,,+(а„-a<)(T<., -Т,,) г

Так как способ наплавки позволяет отказаться от предварительного подогрева, то в формуле начальная температура То отсутствует, В соответствии с законом Пуассона соотношение деформаций в поперечном направлении с деформацией, связывающей с направлением ударного усилия, учитывалось коэффициентом Пуассона,и, который принимает значение р =0,5 при пластическом деформировании металлов. Необходимая степень деформации наплавленного металла при ударном воздействии в этом случае определялась =h p / g=2h (гго Тк.о +(% -сх о)(Тк.н -Тк.о))

P где h — высота наплавленного металла.

Энергия удара

Рассчитанная энергия удара учитывает степень деформации в зависимости от свойств наплавленного металла при температуре ударного воздействия и его геометрию, При более низкой энергии удара не произойдет необходимая компенсационная пластическая деформация наплавленного металла, гарантирующая подавление склонности соединения к подавлению трещин, При более высокой энергии ударного воздействия произойдет изменение знака формирующихся сварочных напряжений и вновь возрастает вероятность появления трещин.

На фиг. 1 приведена схема способа дуговой наплавки; на фиг, 2 — то же, вид сбоку (горелка условно не показана, соотношение ширины В:h к высоте соответствует случаю широкослойной наплавки колеблющимся электродом), В процессе наплавки боек 1 с размерами ударной части BxL располагается вблизи от сварочной горелки 2, воздействует на наплавленный металл 3 в зоне. остывшей до температур (0,7 — 1)Т, с усилием P. Для защиты от брызг между бойком и дугой может устанавливаться защитный экран из медной фольги 4. При этом усилии обеспечивается деформация наплэвки по высоте на величину hh и деформация в поперечном направлении на величину AB.

1825682

Пример. Выполняют широкослойную наплавку на серый чугун СЧ 20 аустенитной проволокой 12Х18Н10Т в среде аргона, Режимы наплавки: 1„=250 А, Ug=26 В, амплитуда поперечного колебания электрода 20 мм, частота колебания 1 с, скорость на-1 плавки 1,6х10 м/с, расход аргона 12 л/мин. Размер бойка BxL=20x9=180 мм .

Температура потери сопротивляемости к пластическим деформациям чугуна СЧ 20—

600 С, для стали 12X18H10T — 850 С.

Ударное воздействие производили в зонах наплавленного металла, остывшего на участках деформирования до 450-550 С и в другом случае 600 — 700 С. Во втором случае температура равна (0,7-0,9)Т, Пределы текучести стали 12Х18Н10Т при выбранных температурах соответственно равнялись

160 и 152,5 Н/мм, Расчетные значения энергии удара выбранных температур составляют 6,4 и 6,11 Дж. B экспериментах энергия удара составляла 8,25; 6 и 5,25 Дж (энергия удара определялась с помощью ваттметра с учетом коэффициента полезного действия линейного электродвигателя).

При ударном воздействии при температуре менее 0,7Тк,н (450 — 550 С) удалось уменьшить количество горячих трещин с 4—

5 до 1 — 2, протяженность продольных трещин (отслоений) в чугуне с 100 до 20 на длине шва в 200 мм, однако уровень остаточных пластических деформаций в чугуне на расстоянии 1 мм от границы сплавления практически не уменьшается, т.к. эти деформации сформировались при охлаждении наплавленного металла в интервале (0,7 — 1)Тк.н упругие дефорамации также остались на том же уровне, хотя несомненно без ударного воздействия уровень их был значительно выше, что характеризуется большим количеством трещин.

При ударном воздействии в зоне с температурой 600-700 С -(0,7-0,9)T« — при ударе в 5,25 Дж количество поперечных горячих трещин снизилось до 1-2, протяженность продольных трещин в чугуне на границе сплавления — до 20 — 30 на длине шва в 200 мм, уровень пластических деформаций в чугуне на расстоянии 1 мм от границы сплавления остались на том же уровне, упругие деформации (напряжения) уменьшились в 2 раза. Энергия удара в 6 Дж позволила устранить горячие и холодные трещины, на порядок уменьшить уровень

50 пластических упругих деформаций. При энергии удара в 8,25 Дж в отдельных наплавках наблюдались отдельные горячие трещины. отколы до 5 — 10 . Упругие и пластические деформации немного возросли, Полученные результаты подтверждают улучшение качества наплавки разнородных материалов по предлагаемому способу.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет отказаться от предварительного подогрева наплавляемой поверхности.

Компенсация усадочных процессов в наплавленном металле ударным деформированием позволяет в 3 — 5 раз снизить уровень остаточных сварочных деформаций в биметаллическом изделии, повысить стойкость против образования холодных и горячих трещин.

Кратковременный контакт инструмента с горячим металлом наплавки снижает его нагрев, упрощает конструкцию. Энергию удара можно автоматически контролировать в процесс наплавки, чем гарантируется стабильность качества соединения, Формула изобретения

Способ дуговой сварки и наплавки, при котором в процессе наплавки выполняют импульсное ударное пластическое деформирование наплавленного валика бойковым инструментом, отличающийся тем, что, с целью повышения качества наплавки за счет предотвращения образования холодных и горячих трещин, импульсное ударное деформирование выполняют в зоне наплавленного металла с температурой, равной (0,7-1) температуры потери сопротивляемости пластической деформации, при этом обработку ведут с частотой нагружения

N=(1-1,2)чн/1 и энергией удара

Q=G сгт(с) В h 1 (ao Tk.о. +(г» н- го)(Тk.н-Тк.о), где чн — скорость наплавки;

L — длина бойка инструмента:

oT() — предел текучести наплавленного металла при температуре ударного воздействия;

В,h — ширина и высота наплавленного металла; ао, ан — температурные коэффициенты линейного расширения основного и наплавленного металла:

Тко, Ткн температура потери сопротивляемости пластическим деформированием основного и наплавленного металла.

1825682

Составитель В. Турыгин

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор Л. Филь

Заказ 2300 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издагельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101