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 PDFInfo
- 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
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000010953 base metal Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 24
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims abstract description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 11
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000007903 penetration ability Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
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
При проведении предварительного опыта дуга косвенного действия 5 отключается, и электрод 6 не участвует в процессе наплавки.During the preliminary experiment, the
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
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
Производительность расплавления основного металла ПО определяется по формулеThe productivity of the melting of the base metal PO is determined by the formula
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
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
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
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
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
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)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2798645C1 true RU2798645C1 (en) | 2023-06-23 |
Family
ID=
Citations (4)
| 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)
| 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)
| 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 |