[go: up one dir, main page]

RU2798645C1 - Method of automatic build-up welding in inert gas by combination of arcs - Google Patents

Method of automatic build-up welding in inert gas by combination of arcs Download PDF

Info

Publication number
RU2798645C1
RU2798645C1 RU2022128457A RU2022128457A RU2798645C1 RU 2798645 C1 RU2798645 C1 RU 2798645C1 RU 2022128457 A RU2022128457 A RU 2022128457A RU 2022128457 A RU2022128457 A RU 2022128457A RU 2798645 C1 RU2798645 C1 RU 2798645C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
arc
welding
indirect
consumable
consumable electrode
Prior art date
Application number
RU2022128457A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Петрович Сидоров
Дмитрий Эдуардович Советкин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2798645C1 publication Critical patent/RU2798645C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: build-up welding.
SUBSTANCE: method for automatic arc mechanized build-up welding in an inert gas by a combination of arcs of direct and indirect action is proposed. The invention can be used for automatic mechanized arc surfacing in an inert gas environment by a combination of arcs of direct and indirect action. To obtain a given non-ferrous metal content during build-up welding, the required indirect arc current between a non-consumable electrode and a consumable electrode made of non-ferrous metal, such as aluminium, or magnesium, or copper, or nickel, or molybdenum, or vanadium, is determined. The cross-sectional area of penetration of the base metal is measured without ignition of an indirect arc and without supply of a consumable electrode. The productivity of the base metal melting is calculated taking into account the density of the base metal and the rate of build-up welding. Then the consumable electrode build-up welding productivity is calculated taking into account the specified non-ferrous metal content in the weld metal and the indirect arc current between the non-consumable and consumable electrodes, which is necessary to obtain the non-ferrous metal content during build-up welding, taking into account the build-up welding coefficient.
EFFECT: simplified determination of the required indirect arc current to ensure the required content of non-ferrous metal in the built-up weld.
2 cl, 4 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано при нанесении износостойких, антифрикционных, жаропрочных, жаростойких и коррозионностойких слоев металла на низкоуглеродистые и низколегированные стали и на другие металлы.The invention relates to the field of welding and can be used when applying wear-resistant, anti-friction, heat-resistant, heat-resistant and corrosion-resistant metal layers on low-carbon and low-alloy steels and other metals.

Известен способ электродуговой наплавки износостойких покрытий на поверхность деталей из низкоуглеродистых или низколегированных сталей, включающий использование в качестве присадочного материала проволоки из алюминия или его сплавов, при котором процесс наплавки проводят в среде аргона при режимах, обеспечивающих получение наплавленного слоя с содержанием алюминия по массе в пределах ΨЭ=20-40% (см. патент РФ №2 327 551. Опубл. 27.06.2008. Бюл. №18).A known method of arc welding of wear-resistant coatings on the surface of parts made of low-carbon or low-alloy steels, including the use of aluminum wire or its alloys as a filler material, in which the welding process is carried out in an argon atmosphere under modes that provide a deposited layer with an aluminum content by weight in the range Ψ E = 20-40% (see RF patent No. 2 327 551. Published on June 27, 2008. Bull. No. 18).

Важной технической особенностью данного способа наплавки является то, что получение заданных свойств шва по износостойкости происходит непосредственно в процессе формирования сварочной ванны при взаимодействии металлов с сильно отличающимися физическими свойствами: алюминием и сталью. Два материала с низкой твердостью при взаимодействии за счет образования интерметаллидных фаз создают твердый и износостойкий металл шва. Важным свойством данного способа получения износостойкого шва является дешевизна и доступность присадочного материала.An important technical feature of this method of surfacing is that obtaining the desired properties of the weld in terms of wear resistance occurs directly in the process of forming a weld pool during the interaction of metals with very different physical properties: aluminum and steel. Two materials with low hardness, when interacting due to the formation of intermetallic phases, create a hard and wear-resistant weld metal. An important property of this method of obtaining a wear-resistant seam is the low cost and availability of filler material.

Основной технической проблемой данного способа является низкая производительность наплавки, которая обусловлена тем, что к проволоке не подводится ток, она является присадочной и нагревается только теплопередачей от столба дуги. Производительность наплавки такой проволокой, как минимум в 3 раза меньше, чем при использовании плавящегося электрода в дуге обратной полярности. Для проплавления изделия используется дуга прямой полярности в аргоне с вольфрамовым электродом, которая имеет минимальную проплавляющую способность по сравнению, с, например, дугой обратной полярности с плавящимся электродом. Расчеты же показывают, что при данном уровне содержания алюминия из-за низкой плотности алюминия по сравнению со сталью в наплавленном металле площади поперечного сечения проплавления основного металла и наплавленного металла должны быть примерно равными, то есть для получения износостойкого сплава в шве требуются более высокие скорости расплавления алюминиевой проволоки.The main technical problem of this method is the low productivity of surfacing, which is due to the fact that no current is supplied to the wire, it is a filler wire and is heated only by heat transfer from the arc column. The productivity of surfacing with such a wire is at least 3 times less than when using a consumable electrode in an arc of reverse polarity. To melt the product, an arc of direct polarity in argon with a tungsten electrode is used, which has a minimum penetration ability compared to, for example, an arc of reverse polarity with a consumable electrode. Calculations show that at a given level of aluminum content, due to the low density of aluminum compared to steel in the deposited metal, the cross-sectional areas of penetration of the base metal and the deposited metal should be approximately equal, that is, to obtain a wear-resistant alloy in the weld, higher melting rates are required. aluminum wire.

Другой технической проблемой является то, что скорость расплавления присадочной проволоки регулируется только косвенно мощностью дуги прямого действия и местом подачи в нее проволоки. Мощность дуги прямого действия в значительно большей степени влияет на проплавление основного металла, чем плавление присадочного. Диапазон возможных изменений скорости расплавления присадочной проволоки невелик. Таким образом, способ технологически недостаточно гибок.Another technical problem is that the rate of melting of the filler wire is controlled only indirectly by the power of the direct arc and the place where the wire is fed into it. The power of the direct action arc affects the penetration of the base metal to a much greater extent than the melting of the filler metal. The range of possible changes in the melting rate of the filler wire is small. Thus, the method is not technologically flexible enough.

Также технической проблемой данного способа является сложность обеспечения точного количества содержания алюминия в шве, при котором обеспечиваются оптимальные эксплуатационные характеристики наплавленного слоя, что показывает широкий диапазон допустимого изменения содержания в нем алюминия. Сложность обусловлена низкой стабильностью скорости расплавления присадочной проволоки. На скорость плавления проволоки влияют мощность дуги, диаметр проволоки, ее деформации и отклонение от требуемого места подачи в дугу и другие факторы, которые сложно регулировать и стабилизировать.Also, the technical problem of this method is the difficulty of ensuring the exact amount of aluminum content in the weld, which ensures optimal performance of the deposited layer, which shows a wide range of allowable changes in the content of aluminum in it. The difficulty is due to the low stability of the melting rate of the filler wire. The rate of melting of the wire is affected by the power of the arc, the diameter of the wire, its deformation and deviation from the required place of filing into the arc, and other factors that are difficult to regulate and stabilize.

В большинстве случаев содержание цветного металла в наплавленном шве должно поддерживаться с достаточно высокой точностью.In most cases, the content of non-ferrous metal in the weld must be maintained with a fairly high accuracy.

Обеспечить высокую точность содержания алюминия в шве в данном способе, как и других присадок из цветных металлов, весьма сложно. Следствием данных технических проблем является то, что подбор режимов и условий наплавки для такого способа является весьма трудоемким, а во время наплавки сложно обеспечить стабильность режимов, не гарантирован широкий диапазон необходимого содержания цветного металла в шве.It is very difficult to ensure high accuracy of the aluminum content in the weld in this method, as well as other non-ferrous metal additives. The consequence of these technical problems is that the selection of modes and conditions of surfacing for this method is very laborious, and during surfacing it is difficult to ensure the stability of the modes, a wide range of the required content of non-ferrous metal in the weld is not guaranteed.

Известен способ автоматической сварки в среде аргона комбинацией дуг прямого и косвенного действия, по которому к неплавящемуся электроду подключают отрицательный полюс сварочного источника питания, а к изделию его положительный полюс, используют плавящийся электрод, подключаемый к положительному полюсу источника питания, зажигают сжатую дугу прямого действия прямой полярности между неплавящимся электродом и изделием и дугу косвенного действия между неплавящимся и плавящимся электродом через балластное сопротивление (см. статью И.Е. Тавер, М.Х. Шоршоров. «Сварка стали двойной плазменной струей», Сварочное производство, 1971 г., №10, С.26-28). Этот способ принят за прототип. Он может быть использован и для свободной сварочной дуги прямого действия.A known method of automatic welding in an argon environment with a combination of arcs of direct and indirect action, through which the negative pole of the welding power source is connected to the non-consumable electrode, and its positive pole is connected to the product, a consumable electrode is used, connected to the positive pole of the power source, a compressed arc of direct action is ignited polarity between the non-consumable electrode and the product and the arc of indirect action between the non-consumable and consumable electrode through ballast resistance (see the article by I.E. Taver, M.Kh. Shorshorov. “Welding of steel with a double plasma jet”, Welding production, 1971, No. 10, S.26-28). This method is taken as a prototype. It can also be used for direct free arc welding.

Данный способ может использоваться для наплавки цветных металлов на другие металлы, позволяет регулировать соотношение проплавления основного и наплавленного металлов в широких пределах.This method can be used for surfacing non-ferrous metals on other metals, it allows you to adjust the ratio of penetration of the base and deposited metals over a wide range.

Технической проблемой известного способа является сложность определения токов дуг прямого и косвенного действия, обеспечивающих требуемое содержание цветного металла в шве по массе. При наплавке происходит совместное выделение мощности в изделии этих двух дуг, причем большая часть мощности, поглощаемой электродными каплями от дуги косвенного действия, передается шву. Имеет место действие двух различных по свойствам и характеристикам источников тепла на изделие. Сложно определить токи для требуемого соотношения нужного проплавления изделия и наплавки дополнительного металла при действии двух таких разных источника тепла. Поэтому приходится выполнять несколько опытных наплавок для получения требуемого соотношения расплавленного основного и наплавленного металлов.The technical problem of the known method is the difficulty of determining the currents of arcs of direct and indirect action, providing the required content of non-ferrous metal in the seam by weight. When surfacing occurs, the joint release of power in the product of these two arcs, and most of the power absorbed by the electrode drops from the arc of indirect action, is transferred to the seam. There is an action of two different in properties and characteristics of heat sources on the product. It is difficult to determine the currents for the required ratio of the desired penetration of the product and the deposition of additional metal under the action of two such different heat sources. Therefore, it is necessary to perform several experimental surfacings to obtain the required ratio of the molten base and deposited metals.

В известном способе автоматической наплавки в среде инертного газа комбинацией дуг прямого и косвенного действия, по которому к неплавящемуся электроду подключают отрицательный полюс одного сварочного источника питания, а к изделию его положительный полюс, в дуге косвенного действия используют плавящийся электрод, подключаемый к положительному полюсу второго источника питания, отрицательный полюс которого подключают к неплавящемуся электроду, зажигают дугу прямого действия прямой полярности между неплавящимся электродом и изделием и дугу косвенного действия между неплавящимся и плавящимся электродом, задают долю участия цветного электродного металла в металле шва ΨЭ по массе и ведут наплавку с заданной скоростью.In the known method of automatic surfacing in an inert gas medium by a combination of arcs of direct and indirect action, through which the negative pole of one welding power source is connected to the non-consumable electrode, and its positive pole is connected to the product, a consumable electrode connected to the positive pole of the second source is used in the indirect arc power, the negative pole of which is connected to a non-consumable electrode, a direct-action arc of direct polarity is ignited between the non-consumable electrode and the product and an indirect arc between the non-consumable and consumable electrode, the proportion of non-ferrous electrode metal in the weld metal Ψ E by weight is set and surfacing is carried out at a given speed .

В отличие от прототипа предварительно, на рекомендуемом для данного диаметра неплавящегося электрода токе дугой прямой полярности производят расплавление основного металла без зажигания дуги косвенного действия и подачи электродной проволоки, измеряют площадь поперечного сечения проплавления основного металла и рассчитывают производительность его расплавления, по заданному ΨЭ рассчитывают производительность наплавки электродного металла, обеспечивающую требуемое содержание цветного металла в шве, после чего выбирают диаметр плавящегося электрода и определяют зависимость его производительности наплавки от тока в дуге обратной полярности и требуемый ток дуги косвенного действия.Unlike the prototype, in advance, at the current recommended for a given diameter of a non-consumable electrode, an arc of direct polarity melts the base metal without igniting an indirect arc and feeding an electrode wire, measure the cross-sectional area of the base metal penetration and calculate the productivity of its melting, according to a given Ψ E , calculate the productivity surfacing of the electrode metal, providing the required content of non-ferrous metal in the weld, after which the diameter of the consumable electrode is selected and the dependence of its surfacing performance on the current in the reverse polarity arc and the required arc current of indirect action are determined.

В качестве электродной может использоваться, например, алюминиевая или магниевая или медная или никелевая или молибденовая или ванадиевая проволоки. As an electrode, for example, aluminum or magnesium or copper or nickel or molybdenum or vanadium wires can be used.

Технический результат заявляемого способа наплавки заключается в упрощении определения необходимого тока дуги косвенного действия для обеспечения требуемого содержания в наплавленном шве цветного металла по массе за счет предложенного экспериментально- расчетного подхода к определению необходимой производительности наплавки электродной проволоки. Данный технический результат основан на установленном факте отсутствия существенного влияния производительности наплавки электродной проволоки дуги косвенного действия на площадь поперечного сечения проплавления основного металла.The technical result of the proposed surfacing method is to simplify the determination of the required indirect arc current to ensure the required mass content of non-ferrous metal in the weld weld due to the proposed experimental-computational approach to determining the required productivity of electrode wire surfacing. This technical result is based on the established fact of the absence of a significant effect of the productivity of surfacing of an indirect arc electrode wire on the cross-sectional area of penetration of the base metal.

На фиг.1 показана схема реализации способа, на фиг.2 - зависимость рекомендуемых плотностей тока на вольфрамовый электрод, на фиг.3 - зависимость площади проплавления основного металла от тока дуги, на фиг.4 - зависимости коэффициента наплавки от тока дуги.Figure 1 shows a diagram of the implementation of the method, figure 2 - the dependence of the recommended current densities on the tungsten electrode, figure 3 - dependence of the base metal penetration area on the arc current, figure 4 - dependence of the deposition coefficient on the arc current.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого способа автоматической наплавки в среде инертного газа комбинацией дуг прямого действия на пластину. В качестве инертного газа используются аргон или гелий. Наплавка шва 1 на пластину 2 толщиной δ, производится совместно сварочной дугой 3 прямого действия прямой полярности с вольфрамовым электродом 4 и дугой косвенного действия 5 между тем же вольфрамовым электродом 4 и электродной проволокой 6 из цветного или тугоплавкого металла, например, алюминиевой. Электродная проволока 6 подается в направлении столба дуги 3 и сварочной ванны 7 со скоростью VЭ, равной скорости его расплавления в дуге. Дуга 3 прямого действия прямой полярности питается от сварочного источника питания постоянного тока 8. Дуга 5 косвенного действия питается от сварочного источника питания постоянного тока 11. Вольфрамовый электрод 4 и электродная проволока 6 располагаются в одной плоскости с направлением наплавки. Наплавка ведется со скоростью VC. Капли расплавленной электродной проволоки 6 попадают в сварочную ванну 7. Наплавленный шов 1, представляющий сплав основного металла с электродным, можно условно разделить на площадь поперечного сечения проплавления основного металла 9 и площадь поперечного сечения наплавленного металла 10. На пластине 2 их разделяет пунктирная линия, проходящая по лицевой поверхности пластины 2. Ширина наплавленного шва 1 Е, глубина проплавления (провар) Н. Площадь поперечного сечения проплавления основного металла 9 обозначим FО, она определяется как разность между площадью поперечного сечения шва 1, равной FШ и площадью поперечного сечения наплавленного металла 10, равной FН.Figure 1 shows a diagram of the proposed method of automatic surfacing in an inert gas environment with a combination of arcs of direct action on the plate. Argon or helium is used as an inert gas. Welding of a seam 1 on a plate 2 with a thickness δ is carried out jointly by a direct polarity welding arc 3 with a tungsten electrode 4 and an indirect arc 5 between the same tungsten electrode 4 and an electrode wire 6 made of non-ferrous or refractory metal, for example, aluminum. The electrode wire 6 is fed in the direction of the arc column 3 and the weld pool 7 at a speed V e equal to the rate of its melting in the arc. The direct arc 3 of direct polarity is powered by a DC welding power source 8. The indirect arc 5 is powered by a DC welding power source 11. The tungsten electrode 4 and the electrode wire 6 are located in the same plane with the welding direction. Surfacing is carried out at a speed V C . Drops of molten electrode wire 6 enter the weld pool 7. The deposited seam 1, which is an alloy of the base metal with the electrode, can be conventionally divided into the cross-sectional area of penetration of the base metal 9 and the cross-sectional area of the deposited metal 10. On the plate 2, they are separated by a dotted line passing along the front surface of the plate 2. The width of the weld 1 E, the depth of penetration (penetration) H. The cross-sectional area of penetration of the base metal 9 will be denoted F O , it is determined as the difference between the cross-sectional area of the weld 1, equal to F W and the cross-sectional area of the weld metal 10 equal to F H .

При проведении предварительного опыта дуга косвенного действия 5 отключается, и электрод 6 не участвует в процессе наплавки.During the preliminary experiment, the indirect arc 5 is turned off, and the electrode 6 does not participate in the surfacing process.

Для доли участия электродного металла в металле шва по массе ΨЭ справедлива формулаFor the share of participation of the electrode metal in the weld metal by mass Ψ E , the formula is valid

Figure 00000001
Figure 00000001

где ПН - производительность наплавки плавящегося электрода, г/с;where P N is the productivity of consumable electrode surfacing, g/s;

ПО - производительность расплавления основного металла, г/с.P O - productivity of melting of the base metal, g/s.

Из (1) можно получить формулу для производительности наплавки плавящегося электрода ПН From (1) it is possible to obtain a formula for the productivity of consumable electrode surfacing П Н

Figure 00000002
Figure 00000002

Производительность расплавления основного металла ПО определяется по формулеThe productivity of the melting of the base metal PO is determined by the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

где ρО - плотность основного металла, г/см3;where ρ About - the density of the base metal, g/cm 3 ;

VC - скорость наплавки, см/с;V C - deposition rate, cm/s;

FO - площадь поперечного сечения проплавления основного металла, см2.F O - cross-sectional area of penetration of the base metal, cm 2 .

Производительность наплавки электрода дуги косвенного действия оказывает очень небольшое влияние на величину площади поперечного сечения основного металла и производительность ПО. Поэтому эти величины можно определять независимо друг от друга.The deposition rate of an indirect arc electrode has very little effect on the cross-sectional area of the base metal and the performance of the PO . Therefore, these quantities can be determined independently of each other.

Производительность наплавки плавящегося электрода из цветного металла ПН в дуге косвенного действия следует определять по формулеThe productivity of surfacing a consumable electrode made of non-ferrous metal ПН in an indirect arc should be determined by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

где αН - коэффициент наплавки г/(А⋅с), который должен определяться как для дуги с плавящимся электродом прямого действия обратной полярности, так как электрод в дуге косвенного действия является анодом, а полярность изделия в дуге прямого действия не имеет значения для скорости расплавления электрода и производительности его наплавки;where α H is the deposition coefficient g/(A⋅s), which should be determined as for an arc with a direct consumable electrode of reverse polarity, since the electrode in the indirect arc is the anode, and the polarity of the product in the direct arc does not matter for the speed melting of the electrode and the productivity of its surfacing;

I - ток дуги косвенного действия, А.I - indirect arc current, A.

ПН в формуле (4) зачастую можно определить по приводимым справочным данным о коэффициентах наплавки в дуге постоянного тока обратной полярности, на которой в большинстве случаев ведется сварка плавящимся электродом в инертных газах. Также коэффициент наплавки может быть определен по скоростям подачи электродной проволоки, обычно приводимым в таблицах режимов сварки. В этом случае используют известные коэффициенты потерь электрода на испарение и разбрызгивание. PN in formula (4) can often be determined from the given reference data on the deposition coefficients in the DC arc of reverse polarity, on which, in most cases, consumable electrode welding is carried out in inert gases. Also, the deposition coefficient can be determined from the electrode wire feed rates, usually given in the tables of welding modes. In this case, known electrode loss factors for evaporation and spatter are used.

Подставив ПО из (3) в (2) и ПН из (4) в (2), получили формулу, из которой можно определить необходимый ток дуги косвенного действия ISubstituting PO from (3) into (2) and PN from (4) into (2), we obtained a formula from which it is possible to determine the required indirect arc current I

Figure 00000005
Figure 00000005

Таким образом, имея зависимость ПН от тока в дуге обратной полярности с плавящимся электродом ПН=f(I), можно определить требуемое значение тока дуги косвенного действия. Зависимость ПН=f(I) можно легко получить путем наплавки дугой обратной полярности на пластину при нескольких значениях тока и взвешиванием пластины до и после наплавки.Thus, having the dependence of P N on the current in the arc of reverse polarity with a consumable electrode P N = f (I), it is possible to determine the required value of the arc current of indirect action. Dependence P N =f(I) can be easily obtained by surfacing with an arc of reverse polarity on the plate at several values of current and weighing the plate before and after surfacing.

Обычно в литературе чаще приводятся графические зависимости коэффициента расплавления αР электродов из разных металлов от тока. По ним несложно получить зависимость производительности расплавления от тока. Тогда производительность наплавкиUsually, in the literature, graphical dependences of the melting coefficient α P of electrodes from different metals on current are often given. Using them, it is easy to obtain the dependence of the melting performance on the current. Then the deposition rate

Figure 00000006
Figure 00000006

где ΨП - коэффициент потерь на испарение и разбрызгивание. Его значение для сварки в защитных газах обычно изменяется в узких пределах.where Ψ P is the coefficient of evaporation and splashing losses. Its value for welding in shielding gases usually varies within narrow limits.

Производительности расплавления и наплавки электродной проволоки для данного диаметра электрода зависят от вылета. Поэтому значение производительности наплавки следует получать при постоянном вылете, который будет аналогичным и при выполнении предлагаемого способа наплавки.The performance of melting and surfacing of the electrode wire for a given electrode diameter depends on the overhang. Therefore, the value of surfacing productivity should be obtained at a constant overhang, which will be similar when performing the proposed surfacing method.

То, что плавление электродной проволоки дуги косвенного действия не оказывает на проплавление основного металла существенного влияния, подтверждается тем, что в опытах по наплавке такой проволокой такого влияния не обнаружено, хотя капли электродного металла в этом случае нагреваются до высокой температуры (см. статью В.П. Сидорова, Н.А. Борисова. Процесс наплавки комбинацией дуг прямого и косвенного действия. Сварка и Диагностика.- 2020. №6. С.39-43). Это же подтверждается тем, что сложно осуществить процесс наплавки дугой косвенного действия с двумя стальными плавящимися электродами на сталь без принятия специальных мер по обеспечению расплавления основного металла.The fact that the melting of the electrode wire of an indirect arc does not have a significant effect on the penetration of the base metal is confirmed by the fact that no such effect was found in experiments on surfacing with such a wire, although drops of the electrode metal in this case are heated to a high temperature (see article V. Sidorova P., Borisova N.A. The process of surfacing with a combination of arcs of direct and indirect action. Welding and Diagnostics. - 2020. No. 6. P. 39-43). This is also confirmed by the fact that it is difficult to carry out the process of surfacing with an indirect arc with two steel consumable electrodes on steel without taking special measures to ensure the melting of the base metal.

На фиг.2 показана зависимость допустимой плотности тока на вольфрамовый электрод в дуге прямой полярности от диаметра электрода. Эта зависимость имеет вид гиперболы. Зависимость приведена в статье В.П. Сидорова и др. О допустимых токах на вольфрамовый электрод дуги с разнополярными импульсами тока. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. -2020. -Т.22, №4. -С.5-12.DOI:10.15593/2224-9877/2020.4.01Figure 2 shows the dependence of the allowable current density on the tungsten electrode in an arc of direct polarity on the diameter of the electrode. This dependence has the form of a hyperbola. The dependence is given in the article by V.P. Sidorova et al. On allowable currents on a tungsten arc electrode with bipolar current pulses. Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Mechanical engineering, materials science. -2020. -T.22, No. 4. -С.5-12.DOI:10.15593/2224-9877/2020.4.01

На фиг.3 показан общий вид зависимости площади проплавления основного металла от эффективной мощности дуги в аргоне прямой полярности с вольфрамовым электродом при действии на пластину. До определенного тока площадь растет почти линейно с увеличением мощности. Начиная с определенной мощности тока интенсивность роста площади увеличивается из-за увеличения отражения тепла от обратной поверхности пластины. Эффективная мощность дуги пропорциональна ее току.Figure 3 shows a General view of the dependence of the area of penetration of the base metal on the effective power of the arc in argon of direct polarity with a tungsten electrode when exposed to the plate. Up to a certain current, the area grows almost linearly with increasing power. Starting from a certain current power, the intensity of the area growth increases due to the increase in heat reflection from the reverse surface of the plate. The effective power of the arc is proportional to its current.

На фиг.4 приведены зависимости коэффициента расплавления алюминиевых проволок от тока дуги обратной полярности. Кривая А имеет место для диаметра проволоки 1,6 мм, а кривая Б для проволоки диаметром 2 мм. Производительность расплавления равна произведению коэффициента расплавления на ток дуги. Зависимости приведены в книге В.А. Ленивкина и др. Технологические свойства сварочной дуги в защитных газах. М.: Машиностроение, 1989.- 264 с.на стр.112, рис.58. При использовании таких зависимостей необходимо пользоваться коэффициентом потерь на испарение и разбрызгивание ΨП.Figure 4 shows the dependence of the coefficient of melting of aluminum wires on the arc current of reverse polarity. Curve A takes place for a wire diameter of 1.6 mm, and curve B for a wire with a diameter of 2 mm. The melting performance is equal to the product of the melting factor and the arc current. Dependencies are given in the book by V.A. Lenivkina et al. Technological properties of the welding arc in shielding gases. M .: Mashinostroenie, 1989. - 264 p. on p. 112, fig. 58. When using such dependences, it is necessary to use the coefficient of losses for evaporation and spraying Ψ P .

Для магниевой проволоки зависимость коэффициента расплавления от тока дуги приведена на стр.242, рис.97 (см. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т.Т.1. 1978. 504 с.).For magnesium wire, the dependence of the melting factor on the arc current is shown on page 242, fig.

Для проволок из других цветных металлов зависимость производительности наплавки несложно определить непосредственно в опытах с дугой обратной полярности или в опытах с дугой косвенного действия.For wires made of other non-ferrous metals, the deposition productivity dependence can be easily determined directly in experiments with an arc of reverse polarity or in experiments with an indirect arc.

Пример 1. По предлагаемому способу производилась автоматическая наплавка алюминиевой проволоки СвА5 по ГОСТ 7871-75 диаметром dЭ=1,25 мм дугой прямого действия с вольфрамовым электродом в среде аргона на пластину толщиной 6 мм из низкоуглеродистой стали 20 с целью обеспечения оптимального содержания алюминия в шве ΨЭ=25% по массе. Содержание алюминия в данной проволоке по массе не менее 99,5%. Диаметр вольфрамового электрода марки ЭВЧ 3 мм. Угол заточки конца электрода составлял 60°. Для этого электрода был выбран ток дуги прямой полярности 150 А.Example 1. According to the proposed method, automatic surfacing of SVA5 aluminum wire according to GOST 7871-75 with a diameter of d E = 1.25 mm was carried out with a direct arc with a tungsten electrode in argon on a plate 6 mm thick from low-carbon steel 20 in order to ensure the optimal aluminum content in seam Ψ E \u003d 25% by weight. The aluminum content in this wire is not less than 99.5% by weight. Diameter of a tungsten electrode of the EVCh brand is 3 mm. The angle of sharpening of the end of the electrode was 60°. For this electrode, a straight polarity arc current of 150 A was chosen.

На данном токе без включения дуги косвенного действия была выполнена предварительная наплавка на пластину на скорости Vc=0,3 см/с.Затем был изготовлен шлиф поперечного сечения предварительной наплавки и по нему определено, что площадь поперечного сечения проплавления основного металла составила FO=30 мм2.At this current, without turning on the arc of indirect action, preliminary surfacing was performed on the plate at a speed of Vc=0.3 cm/s. mm 2 .

По формуле (3) рассчитали производительность расплавления основного металлаAccording to the formula (3), the productivity of melting the base metal was calculated

ПО=7,8⋅0,3⋅0,3=0,702 г/с.P O = 7.8⋅0.3⋅0.3=0.702 g/s.

По формуле (2) рассчитали необходимую производительность наплавки электродного металла.According to formula (2), the required productivity of electrode metal deposition was calculated.

ПН=(0,25⋅0,702)/0,75=0,234 г/с.P N \u003d (0.25 ⋅ 0.702) / 0.75 \u003d 0.234 g / s.

Затем опытами путем взвешивания было установлено для дуги обратной полярности в аргоне с плавящимся электродом из той же сварочной проволоки, что ток для обеспечения такой производительности наплавки составляет 110 А.Then, by weighing experiments, it was established for an arc of reverse polarity in argon with a consumable electrode from the same welding wire that the current to ensure such a deposition rate is 110 A.

Затем выполняли наплавку по предлагаемому способу на установленных режимах: ток дуги прямого действия 150 А, ток дуги косвенного действия 110 А. Получили шов с поперечными сечениями FO=31 мм2, FШ=42 мм2. Тогда FН=11 мм2. В результате получили ΨЭ=0,262=26,2%. Это близко к требуемому ΨЭ=0, 25.Then surfacing was performed according to the proposed method in the established modes: direct arc current 150 A, indirect arc current 110 A. A weld was obtained with cross sections F O =31 mm 2 , F W =42 mm 2 . Then F H \u003d 11 mm 2 . As a result, Ψ E = 0.262 = 26.2% was obtained. This is close to the required Ψ E = 0.25.

Пример 2. По предлагаемому способу производилась автоматическая наплавка никелевой проволоки НП2 по ГОСТ 2179-75 диаметром dЭ=1,25 мм дугой прямого действия с вольфрамовым электродом в среде аргона на пластину толщиной 6 мм из низкоуглеродистой стали 20 с целью обеспечения оптимального содержания никеля в шве ΨЭ=20% по массе. Содержание никеля в данной проволоке по массе не менее 99,5%. Диаметр вольфрамового электрода марки ЭВЧ 3 мм. Угол заточки конца электрода составлял 60°. Для этого электрода был выбран ток 150 А.Example 2. According to the proposed method, automatic surfacing of nickel wire NP2 according to GOST 2179-75 with a diameter of d E = 1.25 mm was carried out with a direct arc with a tungsten electrode in argon on a plate 6 mm thick from low-carbon steel 20 in order to ensure the optimal nickel content in seam Ψ E \u003d 20% by weight. The nickel content in this wire is not less than 99.5% by weight. Diameter of a tungsten electrode of the EVCh brand is 3 mm. The angle of sharpening of the end of the electrode was 60°. A current of 150 A was chosen for this electrode.

На данном токе была выполнена предварительная наплавка на скорости Vc=0,3 см/с.Затем был изготовлен шлиф поперечного сечения предварительной наплавки и по нему определено, что площадь поперечного сечения проплавления основного металла составила FO=30 мм2.At this current, preliminary surfacing was performed at a speed of Vc=0.3 cm/s. Then, a section of the cross-section of the preliminary surfacing was made and it was determined from it that the cross-sectional area of penetration of the base metal was F O =30 mm 2 .

По формуле (3) рассчитали производительность расплавления основного металлаAccording to the formula (3), the productivity of melting the base metal was calculated

ПО=7,8⋅0,3⋅0,3=0,702 г/с.P O = 7.8⋅0.3⋅0.3=0.702 g/s.

По формуле (2) рассчитали необходимую производительность наплавки электродного металла из никеляAccording to formula (2), we calculated the required productivity of surfacing electrode metal from nickel

ПН=(0,2⋅0,702)/0,8=0,193 г/с.P N \u003d (0.2 ⋅ 0.702) / 0.8 \u003d 0.193 g / s.

Затем опытами путем взвешивания было установлено для дуги обратной полярности в аргоне с плавящимся электродом из той же сварочной проволоки, что ток для обеспечения такой производительности наплавки составляет 80 А.Then, by weighing experiments, it was established for an arc of reverse polarity in argon with a consumable electrode from the same welding wire that the current to ensure such a deposition rate is 80 A.

Затем выполняли наплавку по предлагаемому способу на установленных режимах: ток дуги прямого действия 150 А, ток дуги косвенного действия 80 А. Получили шов с поперечными сечениями FO=31 мм2, FШ=42 мм2. FН=11 мм2. Тогда получаем ΨЭ=0,262=26,2%. Это близко к требуемому ΨЭ=0, 25.Then, surfacing was performed according to the proposed method in the established modes: direct arc current 150 A, indirect arc current 80 A. A weld was obtained with cross sections F O =31 mm 2 , F W =42 mm 2 . F H \u003d 11 mm 2 . Then we get Ψ E \u003d 0.262 \u003d 26.2%. This is close to the required Ψ E = 0.25.

Способ может использоваться не только при наплавке алюминия на сталь, но и других проволок: медных, хромистых, никелевых, титановых. Также и как основной металл может использоваться не только сталь, но другие металлы с преобладанием одного химического элемента. Данный способ может быть реализован посредством использования современного оборудования и оснастки: установок для сварки с разнополярными импульсами тока, сварочных горелок и подающих механизмов, сварочных автоматов. Поэтому способ обладает промышленной применимостью.The method can be used not only for surfacing aluminum on steel, but also for other wires: copper, chromium, nickel, titanium. Also, as the base metal, not only steel, but other metals with a predominance of one chemical element can be used. This method can be implemented through the use of modern equipment and accessories: installations for welding with bipolar current pulses, welding torches and feeders, automatic welding machines. Therefore, the method has industrial applicability.

Claims (2)

1. Способ автоматической дуговой механизированной наплавки в среде инертного газа комбинацией дуг прямого и косвенного действия, включающий подключение неплавящегося электрода к отрицательному полюсу одного сварочного источника питания, положительный полюс которого подключают к изделию, при этом в дуге косвенного действия используют плавящийся электрод из цветного металла, подключенный к положительному полюсу второго источника питания, отрицательный полюс которого подключают к неплавящемуся электроду, при этом зажигают дугу прямого действия прямой полярности между неплавящимся электродом и изделием и дугу косвенного действия между неплавящимся и плавящимся электродом, осуществляют наплавку с получением в наплавленном металле заданного содержания цветного металла Ψэ, % по массе, отличающийся тем, что для получения при наплавке заданного содержания цветного металла определяют необходимый ток дуги косвенного действия между неплавящимся электродом и плавящимся электродом из цветного металла, при этом предварительно производят расплавление основного металла изделия неплавящимся электродом дугой прямой полярности на рекомендуемом для данного диаметра электрода токе без зажигания дуги косвенного действия и без подачи плавящегося электрода, измеряют полученную площадь поперечного сечения проплавления основного металла, с учетом которой рассчитывают производительность расплавления основного металла По, г/с, по выражению Поо⋅Vс⋅F0, где ρо - плотность основного металла, г/см3, Vс – скорость наплавки, см/с, F0 – площадь поперечного сечения проплавления основного металла, см2, затем с учетом заданного содержания цветного металла в металле шва рассчитывают производительность наплавки плавящегося электрода Пн, г/с, по выражению Пн = Ψэ⋅По/(1-Ψэ), а ток дуги косвенного действия I, А, между неплавящимся и плавящимся электродами, необходимый для получения при наплавке заданного содержания цветного металла, определяют из выражения ПннI, где αн – коэффициент наплавки, г/А⋅с.1. A method for automatic arc mechanized surfacing in an inert gas environment using a combination of direct and indirect arcs, including connecting a non-consumable electrode to the negative pole of one welding power source, the positive pole of which is connected to the product, while a non-ferrous metal consumable electrode is used in the indirect arc, connected to the positive pole of the second power source, the negative pole of which is connected to a non-consumable electrode, at the same time, a direct-action arc of direct polarity is ignited between the non-consumable electrode and the product and an indirect arc between the non-consumable and consumable electrode, surfacing is carried out to obtain a given content of non-ferrous metal in the deposited metal Ψ e , % by weight, characterized in that in order to obtain a given non-ferrous metal content during surfacing, the required indirect arc current between a non-consumable electrode and a consumable non-ferrous metal electrode is determined, while the base metal of the product is preliminarily melted with a non-consumable electrode with an arc of direct polarity at the recommended for a given diameter of the current electrode without ignition of an indirect arc and without supply of a consumable electrode, the obtained cross-sectional area of penetration of the base metal is measured, taking into account which the productivity of melting of the base metal P o , g / s, is calculated by the expression P o \u003d ρ o ⋅ V s ⋅F 0 , where ρ o is the density of the base metal, g/cm 3 , V s is the deposition rate, cm/s, F 0 is the cross-sectional area of penetration of the base metal, cm 2 , then taking into account the given content of non-ferrous metal in the weld metal calculate the performance of welding consumable electrode P n , g / s, according to the expression P n \u003d Ψ e ⋅ P about / (1-Ψ e ), and the arc current of indirect action I, A, between non-consumable and consumable electrodes, necessary to obtain during surfacing a given content of non-ferrous metal, is determined from the expression P n \u003d α n I, where α n is the deposition coefficient, g / A⋅s. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве плавящегося электрода используют алюминиевую, или магниевую, или медную, или никелевую, или молибденовую, или ванадиевую проволоку. 2. The method according to p. 1, characterized in that aluminum, or magnesium, or copper, or nickel, or molybdenum, or vanadium wire is used as a consumable electrode.
RU2022128457A 2022-11-02 Method of automatic build-up welding in inert gas by combination of arcs RU2798645C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2798645C1 true RU2798645C1 (en) 2023-06-23

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2327551C2 (en) * 2006-08-07 2008-06-27 Негосударственное образовательное учреждение технический учебный центр "Спектр" Method of electric arc overlaying of wear resistant coating
JP2010069494A (en) * 2008-09-17 2010-04-02 Daihen Corp Two-wire welding method
RU2403138C1 (en) * 2009-08-17 2010-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) Method of part surface recovery by hard-facing
RU2598715C1 (en) * 2015-04-07 2016-09-27 Автономная Некоммерческая Организация "Головной Аттестационный Центр по сварочному производству Средне-Волжского региона" Method of welding by arc combination

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2327551C2 (en) * 2006-08-07 2008-06-27 Негосударственное образовательное учреждение технический учебный центр "Спектр" Method of electric arc overlaying of wear resistant coating
JP2010069494A (en) * 2008-09-17 2010-04-02 Daihen Corp Two-wire welding method
RU2403138C1 (en) * 2009-08-17 2010-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) Method of part surface recovery by hard-facing
RU2598715C1 (en) * 2015-04-07 2016-09-27 Автономная Некоммерческая Организация "Головной Аттестационный Центр по сварочному производству Средне-Волжского региона" Method of welding by arc combination

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
И.Е.ТАВЕР и др. "Сварка стали двойной плазменной струей", Сварочное производство, 1971, N10, с.26-28. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pardal et al. Laser stabilization of GMAW additive manufacturing of Ti-6Al-4V components
KR900007801B1 (en) Welding apparatus and method for attaching wear resistant surface material and metal substrate with welding bead
EP1450981B1 (en) Contact tip for electric arc welding using consumable wire
Wu et al. Effects of single and double pulses on microstructure and mechanical properties of weld joints during high-power double-wire GMAW
US2965746A (en) Electric arc welding
RU2798645C1 (en) Method of automatic build-up welding in inert gas by combination of arcs
RU2403138C1 (en) Method of part surface recovery by hard-facing
US5945014A (en) Method of arc welding heavy steel plates
Rosado et al. Innovations in arc welding
RU2739308C1 (en) Method of arc welding of aluminium alloys with combination of non-consumable and consumable electrodes
RU2708715C1 (en) Method for hybrid laser-arc surfacing of metal articles
RU2497644C2 (en) Multiarc welding of welded blanks
RU2649351C1 (en) Method of mechanized deposition welding by the combination of arcs
Sterjovski et al. Weld-end solidification cracking in pulsed-tandem gas metal arc welding of naval steels
RU2686505C1 (en) Method of plasma processing of metal products
RU2728144C1 (en) Method of aluminium alloys welding by combination of arcs
RU2705847C1 (en) Plasmatron for plasma-selective frying of metal powders
RU2648618C1 (en) Method of automatic welding by the combination of arcs
RU2053068C1 (en) Process of arc overlaying in atmosphere of protective gases
RU2758357C1 (en) Method for welding, surfacing and soldering by a combination of direct and indirect arcs
RU2778341C1 (en) Method for arc automatic surfacing with a consumable electrode in an inert gas
EP3799991A1 (en) A system and a method achieving ultra high deposition rate welding
RU2772563C1 (en) Method for arc welding and welding with consumable electrode in shielding gas environment
RU2763912C1 (en) Method for plasma surfacing and welding by combination of arcs
RU2815965C1 (en) Method of plasma surfacing and welding by combination of arcs