RU2521922C2 - Making of weld at welding or surfacing of parts from difficult-to-weld metals and alloys - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention can be used for welding or surfacing of parts from difficult-to-weld metals and alloys. Weld sections are sequentially made by step-by-step reciprocation of electrode or welding head. Length of the weld first section makes 40-60% of welding step. Electrode or welding head is turned to weld first section welding start to weld second section in length equal to said step. Note here that said first part is made at rerun over weld previous section while second section is made at article surface to produce a transition part. Then, electrode or welding head is returned for spacing equal to the weld previous section second part length. Next section is produced in length equal to welding step by rerun over second part of weld previous section and over article surface. Welding or surfacing is reiterated required number of times unless weld of preset length is produced. Last section of the weld of residual length is made by rerun over previous section second part.

EFFECT: decreased area of thermal effects, higher welding efficiency.

5 dwg, 5 ex

Description

Изобретение относится к области сварочного производства, а именно к способам сварки или наплавки с возвратно-поступательным движением электрода или сварочной головки. Возвратно-поступательный способ преимущественно может применяться для сварки различных сложных по форме и толщине изделий из трудносвариваемых сплавов черных и цветных металлов.The invention relates to the field of welding production, and in particular to methods of welding or surfacing with a reciprocating movement of an electrode or welding head. The reciprocating method can mainly be used for welding various difficult in shape and thickness of products from hard to weld alloys of ferrous and non-ferrous metals.

Известен аналог заявляемого способа - изобретение «Способ наплавки деталей» (см. а.с. SU 239463 А, с приоритетом 30.06.1967 г., МПК B23K 9/04). В известном способе наплавку ведут плавящимся электродом обратно-ступенчатым методом без подслоя и послойной зачистки шлака, отдельными участками, стыкующимися между собой под углом 45 градусов к вертикали, при этом наплавку каждого участка осуществляют с предварительным и сопутствующим подогревом и с принудительным замедленным охлаждением наплавленной поверхности. Недостатком этого способа является то, что этот способ требует предварительный подогрев, последующее его охлаждение и не может использоваться для сварки.A known analogue of the proposed method is the invention "Method for surfacing parts" (see AS SU 239463 A, with priority June 30, 1967, IPC B23K 9/04). In the known method, surfacing is carried out by a consumable electrode using the reverse step method without a sublayer and layer-by-layer slag cleaning, in separate sections joined together at an angle of 45 degrees to the vertical, while each section is surfaced with preliminary and concurrent heating and with forced delayed cooling of the deposited surface. The disadvantage of this method is that this method requires preheating, its subsequent cooling and cannot be used for welding.

Известен ближайший аналог (прототип) - способ сварки каскадом, раскрытый в Словаре-справочнике под ред. К.К. ХРЕНОВА, издательство Наукова думка, Киев, 1974, с.133. Сварка каскадом - многослойная ручная сварка металлическим электродом, характеризуемая последовательным наложением частично перекрывающих друг друга слоев небольшой протяженности, причем так, чтобы каждый последующий слой накладывался на еще не успевший остыть предыдущий, а направление сварки отдельных слоев было противоположно направлению шва в целом. Сварка каскадом рассчитана на уменьшение сварочных деформаций по сравнению с их величиной при обычном способе непрерывного наложения слоев. Недостатком данного способа является большая зона термического влияния. В этой зоне происходит отпуск металла, подкалка, перекристаллизация структуры по всей длине сварного шва. Увеличение зоны снижает служебные свойства изделия, то есть металл в этой области обладает большей хрупкостью, меньшей прочностью и, следовательно, с большей вероятностью происходит разрушение при воздействии нагрузки. Дополнительным недостатком является более сложная укладка сварных швов.The closest analogue (prototype) is known - the cascade welding method disclosed in the Dictionary Dictionary under the editorship of K.K. Khrenova, publishing house Naukova Dumka, Kiev, 1974, p.133. Cascade welding is multilayer manual welding with a metal electrode, characterized by the sequential application of partially overlapping layers of small length, so that each subsequent layer is superimposed on the previous one, which has not had time to cool down, and the direction of welding of the individual layers was opposite to the direction of the weld as a whole. Cascade welding is designed to reduce welding deformations compared to their size in the conventional continuous layering process. The disadvantage of this method is the large zone of thermal influence. In this zone, metal tempering, hardening, and recrystallization of the structure along the entire length of the weld occur. The increase in the zone reduces the service properties of the product, that is, the metal in this area has greater brittleness, less strength, and, therefore, with a greater probability of destruction under the influence of the load. An additional disadvantage is the more complicated laying of welds.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является уменьшение зоны термического влияния, увеличение производительности за счет отсутствия необходимости охлаждения шва в процессе сварки, простота укладки сварного шва.The problem to which the invention is directed is to reduce the heat-affected zone, increase productivity due to the absence of the need for cooling the seam during the welding process, and the ease of laying the weld.

Указанная задача достигается тем, что в предлагаемом способе получения сварного шва при сварке или наплавке трудносвариваемых металлов и сплавов, включающем последовательное получение участков сварного шва с возвратно-каскадным перемещением электрода или сварочной головки, согласно изобретению при перемещении электрода или сварочной головки вначале получают первый участок сварного шва длиной от 40 до 60% каскадного шага сварки, затем электрод или сварочную головку возвращают в точку начала сварки первого участка сварного шва и сваривают второй участок сварного шва длиной, равной каскадному шагу, при этом первую его часть получают повторным проходом по предыдущему участку сварного шва, а вторую его часть получают на поверхности изделия с образованием переходной части между первой и второй частями упомянутого участка сварного шва, далее электрод или сварочную головку возвращают на расстояние, равное длине второй части предыдущего участка сварного шва, и получают последующий участок сварного шва длиной, равной каскадному шагу сварки, путем повторного прохода по второй части предыдущего участка сварного шва и по поверхности изделия, после чего процесс сварки или наплавки повторяют необходимое число раз до получения сварного шва заданной длины, при этом последний участок сварного шва с остаточной длиной получают повторным проходом по второй части предыдущего участка.This task is achieved by the fact that in the proposed method for producing a weld when welding or surfacing hard-to-weld metals and alloys, comprising sequentially obtaining sections of the weld with reciprocal cascade movement of the electrode or welding head, according to the invention, when moving the electrode or welding head, the first section of the weld is first obtained weld length from 40 to 60% of the cascade step of the weld, then the electrode or welding head is returned to the start point of welding of the first section of the weld and weld the second section of the weld is welded, with a length equal to the cascade step, while the first part is obtained by re-passing through the previous section of the weld, and the second part is obtained on the surface of the product with the formation of the transitional part between the first and second parts of the mentioned section of the weld, then the electrode or the welding head is returned to a distance equal to the length of the second part of the previous section of the weld, and the subsequent section of the weld is obtained, the length equal to the cascade step of welding, by re-passing through the second parts previous weld portion and the workpiece surface, and then welding or surfacing process is repeated many times as necessary to obtain a given length of the weld, the latter portion of the weld with a residual length obtained by repeated passage of a second portion of the previous portion.

Каскадный шаг устанавливается экспериментальным способом. Размер каскадного шага различных видов сварки (ручная, механизированная, неплавящимся электродом, газовая и др.) зависит от технических характеристик этих видов сварки и технологических требований, предъявляемых к изделию, например:The cascade step is established experimentally. The size of the cascade step of various types of welding (manual, mechanized, non-consumable electrode, gas, etc.) depends on the technical characteristics of these types of welding and technological requirements for the product, for example:

- температурного режима (при увеличении размера детали из-за увеличения тепла, поглощаемого изделием, необходимо уменьшить длину шага);- temperature conditions (when increasing the size of the part due to the increase in heat absorbed by the product, it is necessary to reduce the step length);

- состава металла изделия (удельные теплопроводность и теплоемкость, химический состав, определяющий склонность к холодным трещинам): при увеличении теплопроводности основного металла, величину шага уменьшают;- the composition of the metal of the product (specific thermal conductivity and heat capacity, chemical composition that determines the tendency to cold cracks): with an increase in the thermal conductivity of the base metal, the step size is reduced;

- местоположения шва (в разделке или на поверхности);- location of the seam (in butchering or on the surface);

- конфигурации шва и пространственной формы изделия, например, в зависимости от толщины стенок и вида их соединения в пространстве;- configuration of the seam and the spatial shape of the product, for example, depending on the thickness of the walls and the type of their connection in space;

- присадочного материала, который выбирается в соответствии с техническими условиями для свариваемого материала, при этом присадочный и основной материалы могут быть как одинаковыми по химическому составу, так и разными (см. ниже приведенные примеры, реализующие предложенный способ).- filler material, which is selected in accordance with the technical conditions for the material to be welded, while the filler and basic materials can be either the same in chemical composition or different (see the examples below that implement the proposed method).

Для равномерного наложения шва каждая часть участка выбирается длиной от 40 до 60% каскадного шага сварки.For uniform suturing, each part of the section is selected with a length of 40 to 60% of the cascade welding step.

Переходная часть участка меняется технологически в зависимости от различных параметров, относящихся к процессу сварки (геометрических, физических и др.), например:The transitional part of the site varies technologically depending on various parameters related to the welding process (geometric, physical, etc.), for example:

- разделки (формы, зазора);- cutting (form, clearance);

- вида сварки (ручная, механизированная, неплавящимся электродом, газовая и др.) и установленных режимов;- type of welding (manual, mechanized, non-consumable electrode, gas, etc.) and established modes;

- пространственного положения;- spatial position;

- свариваемого и присадочного материала;- welded and filler material;

- размера свариваемой детали;- the size of the welded part;

- установившегося режима и др.- steady state, etc.

Для реализации предложенного способа используется предпочтительно электродуговая сварка, но могут быть применены и другие виды сварки, такие как газовая, с использованием плазмотронов и так далее.To implement the proposed method, preferably electric arc welding is used, but other types of welding, such as gas, using plasma torches and so on, can be applied.

Перечисленные выше признаки являются новыми и существенными, так как они достаточны для того, чтобы отличить предлагаемый способ от аналогов и позволяют достичь положительный эффект, а именно:The above features are new and significant, as they are sufficient to distinguish the proposed method from analogues and allow to achieve a positive effect, namely:

1) уменьшить зону термического влияния за счет более равномерного распределения тепла по длине шва;1) reduce the heat affected zone due to a more uniform distribution of heat along the seam length;

2) увеличить производительность за счет отсутствия необходимости охлаждения шва в процессе сварки;2) increase productivity due to the lack of need for cooling the seam during the welding process;

3) упростить наложение шва за счет более простой укладки.3) to simplify the suturing due to easier installation.

Пример реализации предлагаемого способа иллюстрируется следующими фигурами:An example implementation of the proposed method is illustrated by the following figures:

Фиг.1 - корневой шов;Figure 1 - root seam;

Фиг.2 - сечение корневого шва;Figure 2 - section of the root suture;

Фиг.3 - многопроходный шов, состоящий из пяти швов;Figure 3 - multipass seam, consisting of five seams;

Фиг.4 - сечение многопроходного шва;Figure 4 is a cross section of a multipass seam;

Фиг.5 - поперечное сечение наплавки, состоящей из пяти швов.5 is a cross-sectional view of a surfacing consisting of five seams.

Примером реализации предлагаемого способа получения сварного шва будет осуществление действий в следующей последовательности: вначале варят первый участок 1, состоящий из одной части 1a, составляющей по длине от 40 до 60% заданного размера каскадного шага t, затем электрод в отдельном держателе или автоматическую сварочную головку, в которой установлен электрод, или сварочную головку с непрерывной подачей сварочной присадочной проволоки возвращают в исходное положение (точку М), то есть точку начала сварки первого участка, из которой начинается сварка последующего участка 2, начиная с части 2a, длина которой от 40 до 60% каскадного шага t, и производят сварку участка 2 повторным каскадным проходом по самому первому участку 1 до конца части 1a. Далее начинается переходная часть 2b участка 2, которая является переходом с первого участка 1 на поверхность, по которой накладывается сварной шов (поверхность изделия). Затем начинается часть 2 с участка 2, сваренная по поверхности изделия. Вся длина участка 2 сварного шва будет иметь длину, равную каскадному шагу t, возвратно-каскадного движения электрода или сварочной головки. Таким образом, часть 2 с указанного участка 2 сварного шва для очередного следующего возвратно-каскадного участка 3 шва станет предыдущей, а часть 3a участка 3 сварного шва будет последующей, часть 3b является переходной частью с части 3a на часть 3c участка 3. Затем электрод возвращают в точку L, которая является конечной точкой сварки участка 3a и находится на стыке участков 3a и 3b, по длине участка 3c наваривают последующий возвратно-каскадный участок 4, начиная с части 4a, сваренной повторным каскадным проходом по предыдущей части 3c возвратно-каскадного участка 3, и остальное варят по переходной части 4b и по части 4c, которая варится по поверхности изделия в направлении шва; после чего процесс сварки повторяют необходимое число раз до полной сварки необходимого шва. При этом на следующем этапе сварки участок 4c соответствующей частью 4c становится предыдущим, а участок 5 шва с соответствующими частями 5a, 5b и 5c последующим. Процесс сварки шва заканчивается следующим образом: участок 6 будет иметь части 6a, 6b и 6c, а конечный участок 7 будет состоять только из одной части, полученной повторным каскадным проходом с созданием части 7а, сваренной по поверхности предыдущей части 6c участка 6, с соответствующей оставшейся длиной части каскадного шага t. Сварной шов оканчивается в точке N.An example of the implementation of the proposed method for producing a weld will be the implementation of the steps in the following sequence: first, the first section 1 is cooked, which consists of one part 1a, comprising from 40 to 60% of the specified cascade pitch t length, then an electrode in a separate holder or an automatic welding head, in which the electrode is installed, or the welding head with a continuous feed of the welding filler wire is returned to its original position (point M), that is, the start point of welding of the first section from which etsya subsequent welding portion 2, starting with the portion 2a, the length of which from 40 to 60% cascade step t, and produce welded portion 2 by repeated passage of the cascade to the first portion 1 to the end portion 1a. Next, the transition part 2b of section 2 begins, which is the transition from the first section 1 to the surface along which the weld is applied (product surface). Then begins part 2 with section 2, welded on the surface of the product. The entire length of the weld section 2 will have a length equal to the cascade pitch t of the cascade movement of the electrode or welding head. Thus, part 2 from the specified section 2 of the weld for the next next cascade section 3 of the seam will be previous, and part 3a of section 3 of the weld will be next, part 3b is the transition part from part 3a to part 3c of section 3. Then, the electrode is returned to the point L, which is the welding end point of section 3a and located at the junction of sections 3a and 3b, a subsequent cascade section 4 is welded along the length of section 3c, starting from the part 4a welded by a repeated cascade passage along the previous cascade section 3c The leg portion 3, and the rest is cooked by the transition portion 4b and part 4c, which is cooked on the surface of the product in the seam direction; after which the welding process is repeated as many times as necessary until the necessary weld is completely welded. In this case, in the next welding step, the portion 4c of the corresponding part 4c becomes the previous one, and the weld portion 5 with the corresponding parts 5a, 5b and 5c follows. The weld welding process ends as follows: section 6 will have parts 6a, 6b and 6c, and the end section 7 will consist of only one part obtained by repeated cascade passage to create a part 7a welded on the surface of the previous part 6c of section 6, with the corresponding remaining the length of the part of the cascade step t. The weld ends at point N.

Аналогично способу получения сварного шва при сварке изделий производится способ получения сварного шва при наплавке изделий. Различие этих способов в том, что при сварке происходит соединение деталей, а при наплавке происходит наплавление металла на поверхность шва или изделия. Например, наплавка на зоны (зубцы или режущие кромки) ковша экскаватора, подвергающиеся износу, наплавка на бандажи железнодорожных пар (колес) вагонов, на вагонные сцепки, восстановление различных деталей машин и механизмов (валы, шестерни, корпуса редукторов, матрицы и пуансоны кузнечного оборудования и другое).Similar to the method for producing a weld when welding products, a method for producing a weld when welding products is produced. The difference between these methods is that during welding, parts are joined, and during welding, metal is deposited on the surface of the weld or product. For example, surfacing on zones (teeth or cutting edges) of an excavator bucket that are subject to wear, surfacing on tires of railway pairs (wheels) of wagons, on wagon couplings, restoration of various machine parts (shafts, gears, gear cases, dies and forges of forging equipment and other).

В качестве вариантов реализации предложенного способа могут быть рассмотрены следующие примеры.As embodiments of the proposed method, the following examples can be considered.

Пример 1. Указанный способ сварки используют при полуавтоматической сварке стальной жесткой пробы. Испытуемый материал: сталь с содержанием углерода 0,4% толщиной 20 мм, электрод в виде проволоки 0,8Х20Н9Г7Т диаметром 1,4 мм. После выдержки результат положительный (трещин нет). При сварке одним швом проба после выдержки в несколько дней давала холодные трещины, результат отрицательный (холодные трещины разного размера). Аналогичные положительные результаты могут быть получены при использовании двухдуговой сварки. При этом оборудование, использованное для сварки, будет значительно более сложным по конструкции, а работа с этим оборудованием имеет ограниченные области применения, намного более сложная и трудоемкая, требующая высококвалифицированного персонала, что можно сказать и о последующих примерах.Example 1. The specified welding method is used for semi-automatic welding of steel rigid samples. Test material: steel with a carbon content of 0.4%, a thickness of 20 mm, an electrode in the form of a wire 0.8X20N9G7T with a diameter of 1.4 mm. After exposure, the result is positive (no cracks). When welding with one seam, the sample after exposure for several days gave cold cracks, the result is negative (cold cracks of different sizes). Similar positive results can be obtained using double-arc welding. Moreover, the equipment used for welding will be much more complex in design, and work with this equipment has limited applications, much more complex and time-consuming, requiring highly qualified personnel, which can be said about the following examples.

Пример 2. Такие же пробы были заварены ручной сваркой штучными электродами типа Э-10Х20Н9Г6С диаметром 4 мм. Полученные данные аналогичны результатам в примере 1. Предлагаемый способ получения сварного шва дает положительные результаты, при сварке одним швом - отрицательные.Example 2. The same samples were brewed by manual welding with piece electrodes of the type E-10X20H9G6S with a diameter of 4 mm. The data obtained are similar to the results in example 1. The proposed method for producing a weld gives positive results, when welding with one seam - negative.

Пример 3. Произведена сварка трудносвариваемого алюминиевого сплава ПАС-1 толщиной 25 мм ручной аргонно-дуговой сваркой неплавящимся электродом с присадочной проволокой АМг5 диаметром 4 мм на жесткой пробе типа «Труба». После выдержки результат положительный (трещин нет). При сварке одним швом получены отрицательные результаты, т.е. холодные трещины и расслоения торцевых деталей пробы.Example 3. Welded hard-to-weld aluminum alloy PAS-1 with a thickness of 25 mm by manual argon-arc welding with a non-consumable electrode with an filler wire AMg5 with a diameter of 4 mm on a rigid sample of the "Pipe" type. After exposure, the result is positive (no cracks). When welding with one seam, negative results were obtained, i.e. cold cracks and delamination of the end parts of the sample.

Пример 4. Произведена сварка трудносвариваемого алюминиевого сплава АБТ-102 толщиной 22 мм полуавтоматической сваркой в среде аргона, электрод в виде проволоки из сплава АМг5 диаметром 1,2 мм. Результат положительный (трещин нет).Example 4. Welded hard-to-weld aluminum alloy ABT-102 with a thickness of 22 mm by semi-automatic welding in argon, an electrode in the form of a wire of alloy AMg5 with a diameter of 1.2 mm. The result is positive (no cracks).

Пример 5. Наплавка держателя пластин рабочего органа строительной машины для разрушения бетонных конструкций зданий из стали марки 45 проволокой Св-04Х22Н8М3ТЮ диаметром 1,4 мм. Результат положительный (трещин нет). При сварке одним швом получены отрицательные результаты, то есть появлялись холодные трещины.Example 5. Surfacing of the holder of the plates of the working body of a construction machine for the destruction of concrete structures of buildings from steel grade 45 with wire Sv-04X22N8M3TY with a diameter of 1.4 mm. The result is positive (no cracks). When welding with one seam, negative results were obtained, that is, cold cracks appeared.

Все сравнения результатов предлагаемого и традиционного методов проводились в одинаковых условиях, то есть на одних и тех же режимах сварки и однотипных деталях. Предлагаемый способ получения сварного шва дает положительные результаты, при сварке одним швом - отрицательные результаты.All comparisons of the results of the proposed and traditional methods were carried out under the same conditions, that is, on the same welding modes and parts of the same type. The proposed method for producing a weld produces positive results, while welding with one seam gives negative results.

Предлагаемый способ получения сварного шва расширяет функциональные возможности использования возвратно-поступательного метода сварки или наплавки. Он окажется полезным при ремонте сварных соединений из трудносвариваемых металлов и сплавов. Его использование возможно при сварке в труднодоступных местах изделий и при сварке на монтаже, где невозможно использовать громоздкое и сложное сварочное оборудование. Этот способ дает хороший результат там, где невозможно сделать после сварки термическую обработку. Предложенный способ оптимален при больших длинах сварного шва трудносвариваемых металлов и сплавов, так как заполнение шва осуществляется постепенно, зона термического влияния минимальная, не требуется охлаждение и происходит меньший отпуск металла по всей длине сварного шва, в связи с этим возникает меньшая деформации изделия и увеличивается производительность за счет простоты наложения шва.The proposed method for producing a weld extends the functionality of using the reciprocating method of welding or surfacing. It will be useful in the repair of welded joints of difficult to weld metals and alloys. Its use is possible when welding in hard-to-reach places of products and when welding at installation, where it is impossible to use bulky and complex welding equipment. This method gives a good result where it is impossible to do heat treatment after welding. The proposed method is optimal for large weld lengths of difficult-to-weld metals and alloys, since the seam is filled gradually, the heat-affected zone is minimal, cooling is not required, and less metal tempering occurs along the entire length of the weld, which results in less product deformation and increased productivity due to the ease of suturing.

Claims (1)

Способ получения сварного шва при сварке или наплавке изделий из трудно свариваемых металлов и сплавов, включающий последовательное получение участков сварного шва с возвратным каскадным перемещением электрода или сварочной головки, отличающийся тем, что при перемещении электрода или сварочной головки вначале получают первый участок сварного шва длиной от 40 до 60% каскадного шага сварки, затем электрод или сварочную головку возвращают в точку начала сварки первого участка сварного шва и сваривают второй участок сварного шва длиной, равной каскадному шагу, при этом первую его часть получают повторным проходом по предыдущему участку сварного шва, а вторую его часть получают на поверхности изделия с образованием переходной части между первой и второй частями упомянутого участка сварного шва, далее электрод или сварочную головку возвращают на расстояние, равное длине второй части предыдущего участка сварного шва, и получают последующий участок сварного шва длиной, равной каскадному шагу сварки, путем повторного прохода по второй части предыдущего участка сварного шва и по поверхности изделия, после чего процесс сварки или наплавки повторяют необходимое число раз до получения сварного шва заданной длины, при этом последний участок сварного шва с остаточной длиной получают повторным проходом по второй части предыдущего участка. A method of producing a weld when welding or surfacing products from difficult to weld metals and alloys, comprising sequentially obtaining sections of the weld with cascade return movement of the electrode or welding head, characterized in that when moving the electrode or welding head, the first weld section is first obtained from 40 up to 60% of the cascade step of welding, then the electrode or welding head is returned to the start point of welding of the first section of the weld and the second section of the weld is welded, length cascade step, while the first part is obtained by repeated passage along the previous section of the weld, and the second part is obtained on the surface of the product with the formation of the transitional part between the first and second parts of the mentioned section of the weld, then the electrode or welding head is returned to a distance equal to the length of the second part of the previous section of the weld, and get the next section of the weld with a length equal to the cascade step of the weld, by re-passing through the second part of the previous section of the weld on the surface of the product, after which the welding process or the welding is repeated many times as necessary to obtain a given length of the weld, the latter portion of the weld with a residual length obtained by repeated passage of a second portion of the previous portion.

Images