Автореферат (Развитие элементов теории формирования шва и технологических основ многопроходной сварки плавящимся электродом по узкому зазору корпусных конструкций специальной техники из высокопрочных сталей), страница 4

Установлено, что для рассмотренного варианта сваркинеобходимая скорость подачи проволоки лежит в диапазоне 3,6 – 7,2 м/мин.16Рис. 16. Зависимость параметров процесса сварки по узкому зазору и формынаплавленного валика от скорости подачи электродной проволоки Ø 2,0 ммМоделирование процесса сварки проволоками диаметром 1,2, 1,6 и 2,0мм при скорости сварки 0,6 м/мин и напряжении на дуге 30 В, показало, чтопри использовании проволоки диаметром 1,2 мм температура нагрева вылетанедопустимо высока (>550 °С), а шов формируется выпуклым с глубокимподрезом.Полученные данные по влиянию параметров процесса сварки наформообразование шва приведены в табл.

2.Таблица 2. Влияние диаметра электродной проволокой на параметрыпроцесса сваркиПараметр процессаСкорость подачи электрода v w , м/минТок дуги I arc , АДлина дуги L arc , ммТемпература нагрева вылета T f , оСМощность тепловыделения в активном пятне P a , ВтМощность теплопереноса излучением P r , ВтВыпуклость («+» вогнутость) h z шва, ммГлубина сплавления на кромках g L , ммТолщина наплавленного слоя, H, ммМаксимальная глубина проплавления, h p , ммДиаметр электроднойпроволоки, мм1,21,62,0158,45,43554004253,74,04,2875525335295034253680340041004450-1,21,41,60,60,91,74,84,94,73,94,34,4Удовлетворительные результаты получены при диаметре проволоки1,6 и 2,0 мм (g L >0, h z >0, h р >0, H=H 0 , H 0 – заданная высота наплавки).17Исследовали влияние напряжения и длины дуги на формированиесварочной ванны и шва при скорости сварки 10 мм/с, скорости подачи 90мм/с электродной проволоки диаметром 2 мм и токе дуги 425 А в разделкешириной 10 мм.

Напряжение сварочной дуги изменяли в диапазоне 20…35 В.Результаты моделирования представлены на рис. 17 и в табл.3.Рис. 17. Влияние напряжения и длины дуги на форму поперечного сеченияшва и предельное распределение температурыТаблица 3. Результаты моделирования процесса сварки при изменениинапряжения дугиПараметр процессаДлина дуги L arc , ммМощность теплопереноса излучением P r , ВтВыпуклость (+ вогнутость) h z шва, ммГлубина сплавления на кромках g L , ммТолщина наплавленного слоя, H, ммМаксимальная глубина проплава, h p , ммНапряжение дуги, В2025350,82,55,893627206120- 1,2…- 4,0- 0,1+ 0,60,850,251,565,55,34,64,54,44,5Нормальное формирование шва при низком напряжении дугизатруднено из-за недостаточной мощности источника теплоты.

Из-за слабогопрогрева боковых поверхностей кромок формируется несимметричный шовс большой выпуклостью и глубокими подрезами. При повышении тока инапряжения дуги мощность излучения возрастает, подогрев кромокусиливается, что приводит к нормальному формированию шва.Технологическими особенностями двухдуговой сварки являютсявозможности по формированию общей или двух раздельных сварочных ванн.Формирование общей сварочной ванны под воздействиемэлектродинамического давления двух дуг сопровождается появлением двухкратеров на ее поверхности с характерной волной расплава между ними, аэлектродный металл поступает в ванну двумя потоками.

Для расчета составапринимаем общую ванну шва реактором идеального смешения.Заполнение разделки при двухдуговой сварке двумя последовательноперемещающимися дугами от двух сварочных источников в раздельные18ванны позволяет независимо регулировать параметры каждой дуги. Всоответствии с этим формируется состав каждой сварочной ванны.Аналогичномоделированиюпроцессаоднодуговойсваркиисследовали влияние параметров режима на геометрические характеристикисварных швов при двухдуговой сварке в разные ванны. Анализ полученныхрезультатов позволил определить эффективные параметры режимазаполняющих проходов.

Скорость сварки выбрали равной 5 мм/с, диаметрпроволоки Св-08Г2С для первой дуги выбрали 2,0 мм, второй – 1,2 мм,скорость подачи электродной проволоки соответственно 60 мм/с и 160 мм/с.Токи дуг при этих параметрах составляли 315 А и 280 А. Напряжениепитания дуг выбрано 30 В, что обеспечило длину дуг не более 3 мм.Большое влияние на качественное формирование шва оказываетрасстояние между дугами. При минимальном расстоянии между дугами(сварка одной дугой), рис. 18, б, дуги заглубляются в металл и формируюточень глубокий кратер на поверхности шва, переплавляя предыдущий слой.Увеличение расстояния между дугами уменьшает проплавление и улучшаетпрогрев боковых поверхностей кромок, что способствует формированиювогнутой поверхности валиков, рис.

18, в, г. При расстоянии между дугами,когда происходит разделение общей сварочной ванны на две, глубинапроплавления определяется, в основном, первой дугой, а высота наплавки иформа поверхности шва - второй дугой.Рис. 18. Влияние расстояния между дугами на предельное распределениетемпературы и форму поверхности шва: а) профиль валика, полученного присварке предыдущего прохода, б) сварка одной дугой, в) сварка двумя дугамина расстоянии 20 мм, г) сварка двумя дугами на расстоянии 40 ммНа рис. 19 показано изменение геометрических размеров слоя шва взауженной разделке кромок от расстояния между дугами.В качестве критериев формирования выбраны глубина проплавленияпредыдущего слоя Z, минимальная высота наплавки H и величинавогнутости +h шва или его выпуклости –h.

При увеличении расстояниямежду дугами глубина проплавления и высота наплавки убывают, аповерхность валика из выпуклой преобразуется в вогнутую, пока существуетобщая ванна. При расстоянии между дугами более 20 мм происходитразделение сварочной ванны на две независимые.19Рис. 19. Влияние расстояниямежду дугами на размерывалика заполняющего проходаДля обеспечения стабильно высокого качества сварных соединенийисследовали влияния параметров двухдуговой сварки на механическиесвойства металла шва. При моделировании формирования шва рассчитывалисоотношение доли электродной проволоки в шве S M /S f , химический составметалла шва, длительность t 85 пребывания металла в диапазоне температур850…500 оС, доли мартенсита М % и бейнита Б % и механические свойства.Результаты расчета при параметрах сварки, указанных в табл.

4,приведены в табл. 5.Таблица 4. Параметры сварки заполняющих проходов стали 25ХГСАтолщиной 30 мм по узкому зазоруВариант1234Скоростьсварки, мм/с510510Мощность, ВтДуга 1Дуга 245002000650030004500200065003000Расстояние междудугами, мм552025Таблица 5. Влияние скорости сварки и расстояния между дугами придвухдуговой сварке стали 25ХГСА проволокой Св-08Г2С на механическиесвойства шва и зоны термического влияния.№ вар.(табл. 5)S M /S f148/52258/42334/66458/42ШовЗТВШовЗТВШовЗТВШовЗТВt 85 , сM%Б%4,65,33,13,34,54,93,03,383,798,597,699,974,099,196,699,916,21,32,40,126,00,93,40,1Hv,МПа400485434488370486426488σB,МПа12361590135716001120159413201600σT,МПа8671590940106480010609201064δ, % ϕ, %10,37,99,17,511,07,89,47,528,318,125,317,432,017,926,517,4KCU,МДж/м20,530,580,250,330,580,530,240,32Полученные результаты показывают, что при сварке стали 25ХГСА20без предварительного подогрева кромок при скоростях сварки выше 5 мм/сшвы и ЗТВ имеют преимущественно мартенситную структуру.Для изучения возможности улучшения механических свойствсоединения путем изменения химического состава проволоки быловыполнено моделирование процесса сварки с использованием проволокмарок Св-08, Св-08ГСМТ.Установлено, что использование проволоки Св-08ГСМТ даетотносительно небольшое увеличение ударной вязкости и предела прочностиметалла шва.Результаты расчета свойств металла шва для 3 варианта сварки (табл.4), приведены в табл.

6.ЗТВШовТаблица 6. Результаты анализа влияния марки электродной проволоки наструктуру и механические свойства металла шва при двухдуговой сваркестали 25ХГСА со скоростью 5 мм/сS M /S f =t 85 ,=34/66сСв-08Г2ССв-084,5Св-08ГСМТ25ХГСА3,1M%Б%П%Ф%74,039,767,526,054,431,902,70,40,13,10,1Hv,МПа37030435599,90,100488σB,σT,δ,ϕ,МПа МПа %1120 800 11,0931677 14,51085 779 12,1KCU,% МДж/м232,00,5835,20,9932,40,78160010647,417,30,53Известно, что предварительный и сопутствующий подогрев при сваркеявляются технологическими способами регулирования параметровтермического цикла.

Вместе с тем, при двухдуговой сварке в раздельныеванны первая дуга может выполнять функцию подогрева кромок передвторой дугой, то есть расстояние между дугами существенно влияет намеханические свойства. Зависимость ударной вязкости от расстояния междудугами при двухдуговой сварке представлена на рис. 20.Рис. 20. Зависимость ударнойвязкости от расстояния междудугами: 1,2 – при скорости сварки 5мм/с; 3,4 – при скорости 10 мм/с, 1,3– металл ЗТВ, 2,4 – металл шва21Было установлено, что увеличение расстояния между дугами приводитк увеличению ударной вязкости металла в ЗТВ, но снижает ее в металле шва,а также, что оптимальное расстояние между дугами, соответствующеемаксимальным значениям ударной вязкости в ЗТВ, совпадает с длинойобласти пребывания металла в диапазоне температур полиморфногопревращения при сварке одной дугой, рис. 21.Рис.

21. Термические циклы в ЗТВ, сварочной ванне и шве при двухдуговойсварке при разном расстоянии между дугами: 1,2 – на поверхности шва, 3,4-вЗТВ, 1,3-при расстоянии между дугами 20 мм, 2,4 – 40 ммПолученные результаты показывают, что изменение расстояния междудугами позволяет регулировать механические свойства в ЗТВ (в частностиповысить ударную вязкость) и исключить возникновение трещин, неприбегая к дополнительному подогреву кромок и шва, что значительноупрощает промышленную реализацию процессов сварки.Известно, что введение марганца, молибдена, никеля, хрома, меди всостав электродной проволоки снижает температуру полиморфного γ→αпревращения и тормозит его, способствуя формированию бейнитнойструктуры и является благоприятным фактором улучшения механическихсвойств соединений.