Н.В. Павлов, А.В. Крюков, Е.А. Зернин, А.А. Зеленковский

© Н.В. Павлов, А.В. Крюков,
Е.А. Зернин, А.А. Зеленковский,
2010
УДК 621.791.03
Н.В. Павлов, А.В. Крюков, Е.А. Зернин,
А.А. Зеленковский
ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА СВАРКИ С ИМПУЛЬСНОЙ
ПОДАЧИ ЭЛЕКТРОДНОЙ ПРОВОЛОКИ
НА ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СВАРНОГО
СОЕДИНЕНИЯ
Для оценки влияния состава защитной газовой среды при сварке с импульсной
подачей электродной проволоки в смеси газов, на химический состав сварного
шва был произведен ряд экспериментов. В результате чего был сделан вывод,
использование сварки с импульсной подачей электродной проволоки в смеси газов, приводит повышению механических свойств из-за меньшего тепловложения в каплю электродного металла, без снижения содержания углерода.
Ключевые слова: сварка, смесь газов, импульсная подача, химический состав,
тепловложение, каплеперенос.
дним из способов осуществления управляемого переноса
электродного металла, является использование устройства с импульсной подачей электродной проволоки (ИПЭП) [1].
В основу процесса дуговой сварки с ИПЭП, положено использование дополнительной силы (силы инерции, действующей в период торможения электрода), которая прикладываясь к капле, резко
изменяет характер плавления и переноса электродного металла
аналогично импульсу электродинамической силы при импульсно дуговом процессе [2]. Одним из путей повышения эффективности
применения данного способа сварки является использование смеси
газов (Ar+CO2). Это обеспечивает лучшее формирование шва и
меньшую величину разбрызгивания электродного металла, чем при
сварке в чистом углекислом газе [3].
На основе проведенных экспериментов было установлено, что
рационально использовать для сварки с ИПЭП смесь газов
Ar(70%)+СО2(30%), т.к. данное процентное соотношение смеси
обеспечивает минимальные потери металла на угар и разбрызгивание при стабильном управляемом процессе каплепереноса [4].
Так как при сварке с использованием инертных газов имеют
место процессы окисления, азотирования, наводороживания, а также растворения газов и вредных примесей в сварочной ванне [5].
О
312
Это связано с несовершенством газовой защитной зоны
сварки и проникновением в
нее атмосферного воздуха.
Кроме того, неизбежное присутствие даже небольших
концентраций вредных примесей в инертных газах, наличие окисленных поверхностных слоев на кромках металла и сварочной проволоки
способствуют образованию
оксидов, нитридов и других
веществ, заметно ухудшаюРис. 1. Точки замеров для исследования
щих физико-механические
химического состава
свойства сварных соединений. В свою очередь кремний, растворяясь в феррите. Повышает предел текучести и уменьшает склонность к хладноломкости, марганец же образует твердый
раствор с железом и немного повышает твердость и прочность.
Для оценки влияния состава защитной газовой среды при
сварке с ИПЭП на химический состав сварного шва был произведен ряд экспериментов. Сварку производили следующими способами:
- механизированная сварка с постоянной подачей сварочной
проволоки в СО2;
-механизированная сварка с постоянной подачей проволоки в
смеси газов Ar(70%)+СО2(30%);
- сварка с импульсной подачей сварочной проволоки в СО2;
- сварка с импульсной подачей сварочной проволоки в смеси
газов Ar(70%)+СО2(30%);
В состав экспериментальной установки входили: автоматическая сварочная головка ГСП-2, укомплектованная механизмом импульсной подачи электродной проволоки [6], источник
313
100 А
1,8
1,6
Содержание, %
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
марганец
кремний
углерод
хром
Химические элементы
постоянная в СО2
постоянная 70-30
импульсная В СО2
импульсная 70-30
основной металл
а)
120 А
1,8
1,6
Содержание, %
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
марганец
кремний
углерод
хром
Химические элементы
постоянная в СО2
постоянная 70-30
импульсная в СО2
импульсная 70-30
основной металл
б)
питания ВСЖ-303, смесительная оборудование, состоящее из трех
ротаметров и смесительной камеры.
Для исследования, использовались пластины, из стали Ст3пс
(толщиной 6 мм). Сварка проводилась проволокой Св-08ГСМТ-О
(диаметром 1,2 мм).
В процессе варьировался сварочный ток, для сварки с ИПЭП
(от 100А до 140А), а для механизированной сварки с
314
140 А
1,8
1,6
1,4
Содержание, %
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
марганец
кремний
углерод
хром
Химические элементы
постоянная в СО2
постоянная 70-30
импульсная в СО2
импульсная 70-30
основной металл
в)
Рис. 2. Содержание химических элементов в сварном шве: а) I = 100 A; б) а) I =
120 A; в) I = 140 A
постоянной подачей сварочной проволоки (от 120 А до 170 А), так
как для достижения одного типоразмера сварного соединения
энергетические параметры режима при сварке с импульсной
подачей электродной проволоки ниже в среднем на 25…30% по
сравнению с процессом с постоянной подачей [7]. Выбор данного диапазона позволяет обеспечивать управляемый процесс каплепереноса электродного металла в сварочную ванну [4].
Оценка химического состава сварного шва проводилась с использованием последовательного рентгенофлуоресцентного спектрометра LabCenter XRF-1800.
Пробы для исследования производились в двух точках в основном металле и металле шва (рис. 1). Величина точек равна 3 мм.
В результате проведенных исследований по полученным результатам были построены гистограммы процентного содержания
элементов в металле шва для различных величин сварочного тока
(рис. 2, а, б, в).
Как видно из полученных гистограмм содержание легирующих элементов (марганца и кремния), с повышением величины тока, превышает содержание относительно основного металла на 40315
60% для всех способов сварки. Это объясняется тем, что при сварке, элементы Mn и Si, участвующие в раскисление, при их достаточной концентрации в электродном металле, также частично усваиваются, переходя в сварной шов. Однако стоит отметить, что
только при использовании сварки с ИПЭП в смеси газов химический состав сварного шва одинаков на всем диапазоне токов.
Так же при сварке с ИПЭП происходит меньшее выгорание
Mn и Si относительно сварки с постоянной подачей на 10-20%,
что приводит к повышению механических свойств из-за
меньшего тепловложения в каплю электродного металла.
Это объясняется тем, что эффективная тепловая мощность
сварочной дуги различна, как из режимов сварки (силы тока и
напряжения), так и из-за значения эффективного нагрева изделий.
При использовании сварки с ИПЭП в смеси газов позволяет предотвратить выгорание углерода, что позволяет сделать
вывод о том, что металл шва и основной металл схожи по твердости и пластичности (равнопрочное сварное соединение).
Содержание хрома в свою очередь для всех способ сварки
относительно основного металла снижается на 30-40%.
Вывод
Использование сварки с ИПЭП в смеси газов, приводит повышению механических свойств из-за меньшего тепловложения в каплю электродного металла, без снижения содержания углерода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федько В.Т., Брунов О.Г. Солодский С.А., Крюков А.В., Соколов П.Д. Методы борьбы с разбрызгиванием при сварке в углекислом газе // Технология машиностроения. – 2005.– №5. – С.24 – 30.
2. Федько В.Т., Брунов О.Г., Соколов П.Д. Сварка с импульсной подачей сварочной проволоки как частный случай импульсно-дуговой сварки // Сварочное
производство. – 2006.– №7. – С. 6 – 8.
3. Языков Ю.Ф.. Алексина И.В. Преимущества сварки в защитных газовых
смесях // Сварочное производство. – 2008.– №9. – С. 29 – 30.
4. Павлов Н.В., Крюков А.В., Зернин Е.А. Сварка с импульсной подачей электродной проволоки в смеси газов // Труды международной школы-семинар для
магистрантов, аспирантов и молодых ученых, посвященной памяти профессора
Хорста Герольда «новые технологии, материалы и инновации в производстве». –
Усть-Каменогорск, Казахстан, 2009. - С. 124-125.
5. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов / под ред. В.М. Неровного. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2007. – 752с.: ил.
316
6. Патент РФ на изобретение №2254969 Механизм импульсной подачи сварочной проволоки/ Брунов О.Г., Федько В.Т., Крюков А.В. и др. Опуб. 27.06.2005.
Бюл. №18.
7. Крюков А.В. Повышение эффективности механизированной сварки в СО2
за счет применения импульсной подачи электродной проволоки. Автореферат. –
Барнаул, 2008, с. 15.
Коротко об авторах
Павлов Н.В. – инженер,
Крюков А.В. – к.т.н.,
Зернин Е.А – к.т.н.,
Зеленковский А.А. – инженер,
Юргинский технологический институт Томского политехнического
университета, E-mail: [email protected].
317