Активирующий флюс для дуговой сварки углеродистых или легированных сталей

Номер патента: 11743

Скачать PDF файл.

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ АКТИВИРУЮЩИЙ ФЛЮС ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ ИЛИ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Писарев Владимир Александрович Окунь Григорий Исакович Нестерова Светлана Владимировна Нестеров Владимир Григорьевич Зюзенок Валерий Павлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Активирующий флюс для дуговой сварки углеродистых или легированных сталей, содержащий двуокись титана и двуокись кремния, отличающийся тем, что дополнительно содержит криолит и окись лантана при следующем соотношении компонентов, мас.двуокись титана (2) 15-22 двуокись кремния (2) 45-50 криолит (36) 25-30 окись лантана (23) 5-7. Изобретение относится к области сварки и может быть использовано для дуговой сварки неплавящимся электродом в защитных газах ответственных конструкций и трубопроводов из низкоуглеродистых и легированных сталей с применением химических активаторов для повышения производительности сварки и улучшения качества сварных соединений. Известен активирующий флюс для электродуговой сварки нержавеющих и высокопрочных сталей в среде защитных газов а.с. СССР 1342649, МПК 23 35/362, 1987,содержащий гексафторалюминат лития, двуокись титана и тугоплавкое соединение, выбранное из группы двуокись германия, двуокись кремния, двуокись теллура, при следующих соотношениях компонентов (мас. ) гексафторалюминат лития 20-30 двуокись титана 20-30 тугоплавкое соединение, выбранное из группы двуокись германия, двуокись кремния, двуокись теллура 40-60. Недостатком известного активирующего флюса для электродуговой сварки высокопрочных и нержавеющих сталей является то, что полученные с его использованием свар 11743 1 2009.04.30 ные соединения при удовлетворительной глубине проплавления имеют невысокие технологические свойства, а именно возможно появление газовых пор, шлаковых включений,шлакоотделение после сварки затруднено, что увеличивает затраты на зачистку сварных швов. Кроме того, в известном флюсе применяется гексафторалюминат лития, который является редким и дорогостоящим компонентом. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении технологических свойств сварных соединений повышении производительности труда и улучшении качества сварных соединений за счет улучшения формирования шва и более легкого шлакоотделения, уменьшения числа возможных дефектов в виде пор и шлаковых включений,увеличения глубины проплавления при той же погонной энергии сварки. Технический результат достигается тем, что активирующий флюс для дуговой сварки углеродистых и легированных сталей, включающий двуокись титана и двуокись кремния,дополнительно содержит криолит и окись лантана при следующем соотношении ингредиентов (мас. ) двуокись титана (2) 15-22 двуокись кремния (2) 45-50 криолит (36) 25-30 окись лантана (2 О 3) 5-7. Введение в состав активирующего флюса криолита (36) способствует усилению обжатия дуги, что приводит к увеличению глубины проплавления. Криолит увеличивает температурный интервал защитного действия пленки флюса до 700-750 С, т.е. до начала интенсивного окисления металла, поэтому образующийся шлак легко отделяется от поверхности шва. Кроме того, криолит хорошо смачивает металл, что улучшает формирование сварного шва и уменьшает число возможных дефектов в виде пор и шлаковых включений. Окись лантана (23) стабилизирует дугу, что позволяет улучшить формирование шва, стабилизирует ширину шва. Использование в составе флюса двуокиси кремния 2 и двуокиси титана 2 обеспечивает сжатие анодного пятна дуги за счет изменения (уменьшения) электропроводности на поверхности изделия. Эффект увеличения проплавляющей способности дуги определяется системой взаимосвязанных процессов, происходящих в сварочной ванне, столбе дуги и околодуговом пространстве. При плавлении флюса на поверхности сварочной ванны образуется экранирующая шлаковая фаза с низкой электропроводностью, которая снижает поверхностное натяжение расплавленного металла и увеличивает прогиб сварочной ванны. Давление электрической дуги на поверхность сварочной ванны при увеличении ее прогиба приводит к вытеснению расплавленного металла и уменьшению толщины жидкой прослойки под дугой, теплопередача при этом улучшается, а глубина проплавления увеличивается. Экранирование сварочной ванны шлаком с низкой электропроводностью вызывает уменьшение диаметра анодного пятна, в результате чего плотность тока в нем резко возрастает. При поступлении паров флюса в сварочную дугу увеличивается теплопроводность в результате реакций диссоциации. В околодуговом пространстве в результате захвата молекулами галогенов электронов проводимости образуются электроотрицательные ионы. При этом общее электропроводное сечение столба дуги уменьшается, а концентрация тепловой энергии и плотность тока в нем значительно увеличиваются. Сжатие анодного пятна и контрагирование столба дуги приводят к сосредоточению энергии в анодном пятне и увеличению глубины проплавления. Исходя из вышеприведенных свойств указанных компонентов, составлены несколько композиций активаторов, представленных в табл. 1. Составы композиций элементов активаторов, мас.2 36 36 23 Примечание 40-60 20-30 известный состав 43 22 7 предлагаемый состав 45 28 7 предлагаемый состав 48 25 5 предлагаемый состав 50 28 9 предлагаемый состав 52 32 3 предлагаемый состав По указанному в табл. 1 составу композиций изготовлены экспериментальные образцы навесок композиций. Флюс готовится взвешиванием предварительно измельченных компонентов и их перемешиванием. Затем смесь разводится этиловым спиртом (в соотношении 13) до получения жидкой пастообразной массы. Флюс наносится на торцы и кромки (на ширине не более 3-4 мм от кромки) свариваемых деталей кисточкой или лопаткой тонким слоем толщиной 0,2-0,3 мм. Сварку производили после испарения растворителя (этилового спирта). Сравнительные результаты исследования эффективности известного и предлагаемого флюсов были получены при сварке пластин из стали 20 ГОСТ 1050 толщиной 5 мм автоматической сваркой неплавящимся электродом в защитных газах и приведены в табл. 2. Режим сварки сила тока — 160-170 А, скорость сварки — 1,3-1,4 мм/с, расход газа — 68 л/мин, диаметр вольфрамового электрода — 3,2 мм, угол заточки электрода — 30-40. В процессе сварки рассматривалось формирование сварного шва, отделимость шлаковой корки. После сварки образцов из них были вырезаны темплеты и проведены металлографические исследования и замеры глубины проплавления. Таблица 2 Технологические свойства флюса в зависимости от состава активаторовобразца Глубина проФормирование сварного(состав композиции акШлакоотделение плавления, мм соединения тиватора по табл. 1) 1 3,3-3,5 удовлетворительное удовлетворительное 2 3,5-3,7 хорошее хорошее 3 4,3-4,4 хорошее хорошее 4 4,8-5,0 хорошее хорошее 5 4,0-4,2 удовлетворительное хорошее 6 3,3-3,5 удовлетворительное удовлетворительное без флюса 2,4-2,5 удовлетворительное Из таблицы следует, что предлагаемый флюс значительно увеличивает глубину проплавления по сравнению со сваркой без флюса или с известным флюсом при равнозначных погонных энергиях, что обеспечивает повышение производительности сварки, имеет хорошее формирование шва и легкую отделимость шлака по сравнению с известным. Это позволяет уменьшить затраты на исправление брака из-за дефектов внешнего формирования в виде зашлаковок поверхности и неравномерного сечения шва, на зачистку сварных швов, особенно при сварке многопроходных швов, что в итоге повышает производительность труда. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3

МПК / Метки

Код ссылки

Керамический флюс для сварки и наплавки стали

Номер патента: 7612

. препятствуя растворению водорода в жидком металле. Установлено, что при концентрации кремния в сварочной ванне ниже 0,2 возможно образование пор в швах. Оптимальное содержание кварцевого песка во флюсе 6-10 . При содержании кварцевого песка менее 6 мас.не происходит энергичного успокаивания сварочной ванны, из-за чего возможно появление пор в швах. При содержании кварцевого песка свыше 10 мас.происходит легирование металла шва кремнием, что.

Композиционный рафинирующий флюс для электрошлакового переплава меди или ее сплавов

Номер патента: 9976

. на установке электрошлакового кокильного литья типа УШ-159 с помощью графитового электрода. В футерованный магнезитовым кирпичом тигель в области затравки засыпали небольшое количество медной стружки и флюса. После опускания графитового электрода до контакта с затравкой подавалось напряжение и запускался электрошлаковый процесс. После образования шлаковой ванны отдельными порциями подавалась стружка медного сплава (Бр ОЦС 5-5-5). В.

Электрод для сварки хромистых сталей

Номер патента: 7987

. к образованию пор в металле сварного шва. Содержание рутила в покрытии более 24 мас.приводит к тому, что часть его остается в жидком металле, не переходя в шлак, и во время кристаллизации выделяется по границам зерен металла, что заметно охрупчивает сварной шов,ухудшает формирование наплавленного валика. Эксперименты показали, что при содержании рутила свыше 25 мас.происходит существенное уменьшение коэффициента температурного расширения.

Состав для борохромирования углеродистых сталей

Номер патента: 10633

. Используемые компоненты, их ГОСТы и химические формулы оксид бора (В 2 О 3) — источник активных атомов бора окись хрома — С 2 О 3 — источник активных атомов хрома оксид алюминия (А 2 О 3) является адсорбентом активных атомов бора, хрома и циркония, препятствует спеканию порошковой смеси в процессе насыщения окись циркония (2) увеличивает газопроницаемость порошковой смеси и является источником активных атомов циркония для микролегирования.

Флюс для низкотемпературной пайки

Номер патента: 837

. натяжение расплавляемого пргщоя и тем саштм обеспечивает повышение активности флюса.При этом мехаъшзм флюсования происходит следующим образом. Вначале за счет присутствующей в растворителе воды и при каталитическом воздействии кислот, входящих в состав канифоли, при высокой температуре (около 250 С) идет гидролиз карбамида с образованием циануровой кислоты, аммиака и других продуктов гидролиза. Циануровая кислота взаимодействует с.

способ сварки

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано в способах дуговой сварки. Способ сварки реализуется в результате использования источника питания со сложной формой вольт-амперной характеристики (ВАХ), имеющей по меньшей мере один рабочий участок, описываемый дробно-рациональной функцией. При этом вначале сварку ведут на токе и напряжении, соответствующих жесткой или падающей ВАХ, а затем переключаются на рабочий участок ВАХ, описываемый дробно-рациональной функцией, причем данное переключение осуществляют в точке ВАХ, соответствующей заданной мощности на рабочем участке, которую затем поддерживают постоянной. Использование изобретения позволяет повысить качество сварных соединений. 8 ил.

Рисунки к патенту РФ 2575108

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к способам дуговой сварки, и может быть использовано для автоматической, полуавтоматической и ручной дуговой сварки плавящимся и неплавящимся электродом.

Известны основные требования к источникам питания сварочной дуги [1]. Внешней характеристикой источника питания, вольт-амперной характеристикой (ВАХ) называют зависимость напряжения на его зажимах от силы тока нагрузки. Различают следующие внешние характеристики источников питания: падающую, жесткую, возрастающую. В результате анализа ВАХ дуги и источника питания (источник питания — сварочный трансформатор) был разработан критерий устойчивого горения дуги , для упрощения анализа произведена линеаризация нелинейной ВАХ дуги и источника питания, выбрана одна линия семейства ВАХ дуги. На основании анализа ky были определены требования к ВАХ всех источников питания, что не всегда верно, так как частный, упрощенный случай нельзя рассматривать как закономерность. ВАХ дуги — это семейство характеристик, зависящих от многих факторов, поэтому ВАХ дуги — это переменная структура с высоким быстродействием, стремящаяся к синергетике дугового процесса [2]. Инверторные источники питания имеют силовую схему, содержащую емкости, индуктивности, диоды, которые работают как идеальные ключи в зависимости от напряжений и токов на реактивных элементах, а такая схема имеет переменные во времени параметры [3], при последовательно включенных индуктивности и емкости наклон ВАХ определить нельзя, а изменение тока и напряжения определяется законами коммутации, поэтому использовать ky в этом случае некорректно. При питании дуги от аккумуляторов ВАХ жесткая, источник питания не содержит индуктивности, кроме индуктивности проводов, ky 2 Rн, далее организуется отрицательная обратная связь по мощности, внешняя характеристика источника питания будет иметь форму обратно пропорциональной зависимости. Регулирование по возмущению основано на непосредственном использовании обратно пропорциональной функции. Падающая ВАХ источника питания описывается уравнением U=Uxx-IR вн, при достаточно большой величине Uxx и определенной величине внутреннего сопротивления Rвн ВАХ источника питания, на определенном интервале тока, соответствует обратно пропорциональной зависимости. Получение обратно пропорциональной функции возможно в результате использования аналоговых перемножителей сигналов и микросхем логарифмирования, экспоненциального преобразования.

1. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. Б.Е. Патона. М., «Машиностроение», 1974, 377-392 стр.

2. Фролов В.А. Статические характеристики и синергетика сварочной дуги // Автоматизация и современные технологии, № 12, 2014, С. 39-43.

3. Фролов В.А. Анализ работы конвертера как объекта с переменной структурой // Практическая силовая электроника, № 3(55), 2014, С. 28-33.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ сварки, включающий использование источника питания со сложной формой вольт-амперной характеристики (ВАХ), имеющей по меньшей мере один рабочий участок, описываемый дробно-рациональной функцией, отличающийся тем, что вначале сварку ведут с использованием сварочных тока и напряжения, соответствующих жесткой или падающей ВАХ, а затем с использованием сварочных тока и напряжения, соответствующих рабочему участку ВАХ, описываемому дробно-рациональной функцией, с обеспечением при этом постоянства заданной мощности, причем переключение на указанный участок ВАХ осуществляют в точке ВАХ, координаты которой соответствуют заданной мощности на рабочем участке ВАХ.

способ дуговой сварки намагниченных объектов при ремонтно-восстановительных работах

Изобретение относится к способу дуговой сварки намагниченных объектов при ремонтно-восстановительных работах и может быть использовано для сварных намагниченных стыков магистральных трубопроводов. Способ включает удаление дефектной зоны, установку сварных стыков, концентрацию магнитного поля в локальной зоне, противодействующему остаточному магнитному полю, сварку стыков. На область сварки объектов воздействуют магнитным полем по нормали к шву и оси дуги одновременно со сваркой. При этом переменное магнитное поле создают за счет накладываемой катушки, которую покрывают асбестовой лентой и запитывают с частотой 50 Гц. Кроме этого амплитуда переменного магнитного поля у поверхности сварки объекта составляет 80-100% от остаточной намагниченности в зазоре. Изобретение позволяет обеспечить упрощение технологического процесса и стабильное качество сварных соединений для намагниченных объектов без их размагничивания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2344909

Изобретение относится к области электрической стыковой сварки и может быть использовано для сварных намагниченных стыков магистральных трубопроводов.

Для оценки технического состояния линейной части магистральных трубопроводов и выявления дефектных участков широко применяются внутритрубные магнитные дефектоскопы, в состав которых входят редкоземельные постоянные магниты с высокой удельной энергией магнитного поля, что приводит к образованию в теле трубы сильной остаточной намагниченности.

При проведении ремонтно-восстановительных сварочных работ, на выявленные в процессе контроля аварийно опасные участки, остаточное магнитное поле трубопровода, воздействуя на сварочную дугу, нарушает стабильность ее горения и формирование сварного шва. Указанный комплекс явлений получил название — эффект «магнитного дутья».

Значения индукции были измерены в процессе ремонтных работ на трубопроводах диаметром 1220, 1020, 720 и 530 мм, большая часть которых прошла диагностику магнитными дефектоскопами. После удаления дефектных участков индукция на свободных концах трубопроводов, прошедших магнитную дефектоскопию, составляла 15-25 мТл. После стыковки под сварку бездефектных вставок (катушек) индукция в разделке увеличивалась в 3-5 раз и достигала уровня 50-120 мТл. Индукция на свободных концах трубопроводов, непрошедших дефектоскопию, составляла 2-8 мТл, была распределена по окружности трубы крайне неравномерно, а после стыковки с катушкой увеличивалась до уровня 8-20 мТл с таким же неравномерным распределением.

Известно разработаннное размагничивающее устройство (РУ) [С.А.Волохов, П.Н.Добродеев, Г.И.Мамин Опыт размагничивания труб на магистральных трубопроводах с использованием новейшей технологии. // ИЦДС / http://www.uatechnology.org]. Питание его силовой цепи осуществляется от того же сварочного агрегата, который используют для сварки труб; питание цепи управления — от сети переменного тока частотой 50 Гц, 220 В. Необходимые для размагничивания импульсы магнитных полей создает намотанная на трубу обмотка. Для удобства монтажа она составлена из секций многожильного кабеля, соединенных разъемами. Управление процессом размагничивания осуществляют с выносного пульта управления. Уровень магнитной индукции в зазоре между свариваемыми кромками контролируют магнитометром с пределами измерений 1-200 мТл.

В течение 1999-2000 гг. введены в эксплуатацию девять образцов РУ: на ГАО «Приднепровские магистральные нефтепроводы», ГАО МН «Дружба» (Украина) и ГПТН «Дружба» (Беларусь).

В результате контрольной сварки трубных соединений установлено, что уровень индукции в разделке должен быть не более 8-10 мТл. Наличие магнитного поля с уровнем индукции до 8 мТл сварщик вообще не отмечает, в диапазоне индукций 8-10 мТл сварщик отмечает возрастающее волнение металла в сварочной ванне, при индукции выше 10 мТл начинается разбрызгивание металла из зоны сварки, а при индукции выше 30 мТл сварка практически невозможна.

По результатам хронометража 10-ти разных случаев размагничивания длительность процесса составила в среднем около 20 мин: до 10 мин — монтаж обмотки, до 2 мин — размагничивание и контроль уровня магнитного поля, до 8 мин — демонтаж обмотки. Монтаж и демонтаж обмотки ведут два сварщика, присоединение кабелей питания к сварочному агрегату и передвижной электростанции — обслуживающий их персонал, размагничивание и контроль — один из сварщиков.

В МГТУ им. Н.Э.Баумана на протяжении ряда лет проводились работы по использованию магнитных полей для управление процессом сварки. Для удержания сварочной ванны используют поперечное магнитное поле, перпендикулярное оси шва и дуги (Рыбальчук A.M. Формирование сварочного шва магнитным полем. // «Сварщик-профессионал», 2005. №5, — с.9-10). Схема наложения двух поперечных полей сохраняет устойчивость дуги, но конструктивно является достаточно сложной.

При дуговой сварке переменным током повышенной частоты в условиях действия производственных магнитных полей смену полярности тока (RU 2245231, В23К 9/09) осуществляют в зависимости от величины возмущающего воздействия внешнего магнитного поля в момент достижения критического отклонения дуги от соосного с электродом положения, который определяют путем сравнения напряжения на дуге с опорным напряжением в интервале периода протекания тока соответствующей полярности. Недостатком данного способа сварки является сложность технологического процесса.

В качестве прототипа принят способ сварки намагниченных трубопроводов при ремонтно-восстановительных работах (RU 2237562, В23К 31/02), включающий удаление дефектной зоны, установки на его место, равного ему по величине бездефектного участка, демагнитизацию сварных стыков путем перемагничивания торцевой зоны стыка и обварку стыков, перемагничивание материала торцевой зоны стыка осуществляют перед установкой бездефектного участка и сваркой до исключения в материале эффекта «магнитного дутья», путем концентрации магнитного поля в локальной зоне торцевого среза трубопровода до величины, равной действительной величине остаточного магнитного поля трубопровода, и по его значению создают в материале торцевой зоны остаточное магнитное поле, противодействующее упомянутому магнитному полю трубопровода, после чего в стык вводят бездефектный участок. Недостатком данного способа сварки является сложность технологического процесса и повышенный расход электроэнергии на демагнитизацию сварных стыков.

Задачей изобретения является разработка способа сварки, обеспечивающего упрощение технологического процесса и стабильное качество сварных соединений для намагниченных объектов без их размагничивания.

Поставленная задача решается тем, что в способе сварки намагниченных объектов без размагничивания, включающем удаление дефектной зоны, установку сварных стыков, концентрацию магнитного поля в локальной зоне, противодействующему остаточному магнитному полю, обварку стыков, на область сварки объектов воздействуют магнитным полем по нормали к шву и оси дуги одновременно со сваркой. При этом переменное магнитное поле создают за счет накладываемой катушки, которую покрывают асбестовой лентой и запитывают с частотой 50 Гц. Кроме этого амплитуда переменного магнитного поля у поверхности сварки объекта составляет 80-100% от остаточной намагниченности в зазоре.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежами: на фиг.1 — схема сварки трубопроводов; на фиг.2 — схема сварки пластин и фиг.3 — образец сварочного шва при индукции магнитного поля в зазоре между пластинами 50 мТл (вид с двух сторон).

Способ сварки намагниченного трубопровода заключается в том, что на торцах ферромагнитных труб 1 (фиг.1) удаляют дефектные зоны, устанавливают их соосно и с зазором 2. 3 мм. На область сварки накладывают и прихватывают катушку 2, которая покрыта асбестовой лентой и запитана от трансформатора 3. Устанавливают амплитуду переменного магнитного поля 80. 100% от остаточной намагниченности зазора, измеренной с помощью тесламетра. Вводят в стык электрод 4 и производят сварку от аппарата 5

Для реализации процесса сварки намагниченных изделий была собрана магнитная система по фиг.2, в которой на ярмо 1 установлены постоянные магниты 2 с полюсными наконечниками 3, на которые были положены пластины 4 из стали Ст20 размерами 170×140×10 мм с обработанными под сварку торцами. Зазор между пластинами установился равным диаметру сварочного электрода 5. Магнитное поле в зазоре между пластинами составляло 45-50 мТл.

Для проведения сварки на стык пластин 4 накладывалась катушка медного гибкого провода 6, состоящая из 210 витков, на которые подавалось через трансформатор 7 напряжение от сети 220 В, 50 Гц. Для защиты провода от температурного воздействия катушка обмотана асбестовой лентой. Сварка производилась от аппарата постоянного тока 8 типа УДТУ — 251 сварочным электродом 5 типа LB52U диаметром 4. 5 мм при токе сварки 160 А. Сварка проводилась при напряжении 60 В на катушке 6, при этом амплитуда магнитного поля по оси катушки 6 у поверхности свариваемых пластин 4 составляла 35 мТл.

Создаваемое катушкой 6 переменное магнитное поле производит перенамагничивание металла в направлении оси катушки 6 (если магнитное поле и ток параллельны, то они не взаимодействуют), а с другой стороны под действием силы Лоренца (действие магнитного поля на движущийся под углом к полю заряд) стягивает плазму дуги в шнур. Оба фактора вместе взятые обеспечивают возможность сварки при наличии магнитного поля в зазоре между свариваемыми деталями.

Сечение провода катушки 6, количество витков и ток должны быть такими, чтобы амплитуда индукции магнитного поля у поверхности свариваемых деталей была соизмерима с магнитным полем в зазоре свариваемых деталей (80. 100%).

Катушка 6 накладывается на зону сварки и, при необходимости, удерживается рукой или закрепляется любым способом (например, с помощью проволочных растяжек, постоянных магнитов), затем в пределах окна катушки 6 производится сварка. В зависимости от размеров катушки 6 можно провести сварку по длине до 0,5 м без его перестановки.

Время переустановки катушки 6 не более 20 сек.

Известно, что отклонение дуги вызвано наложением внешнего поперечного магнитного поля на собственное круговое поле дуги в контуре. В той части контура, где силовые линии совпадают, создается избыточное давление и дуга отклоняется в сторону ослабления поля, где силовые линии направлены навстречу друг другу. Поскольку для питания дуги используют переменный ток, то результирующая электромагнитная сила, действующая на дугу, знакопеременная и дуга совершает колебания в обе стороны от положения равновесия с частотой переменного тока.

Проведенные испытания (см. фиг.3) показали, что разработанная технология обеспечивает быструю, точную сварку, экономична, проста и может быть рекомендована для промышленного применения, при проведении ремонта трубопроводов, обладающих остаточной намагниченностью. Результаты оценки состояния металла сварного и соединения по критериям фрактографии (характер излома) и микроанализ участков шва по длине и по сечению (корень, граница спекания, зона слабины, пора и другие показатели сварочных свойств по требованию таблицы 12 РД 03-614-03) свидетельствуют о хорошем состоянии соединения по предложенному способу.

1. Способ дуговой сварки намагниченных объектов при ремонтно-восстановительных работах, включающий удаление дефектной зоны, установку с зазором сварного стыка, создание переменного магнитного поля в локальной зоне стыка сварки, противодействующего остаточному магнитному полю намагниченных объектов, и сварку стыка, отличающийся тем, что дуговую сварку осуществляют без размагничивания для чего создают магнитное поле по нормали к шву и оси дуги одновременно со сваркой, при этом устанавливают амплитуда переменного магнитного поля у поверхности сварки объекта 80-100% от остаточной намагниченности в зазоре стыка.

2. Способ дуговой сварки по п.1, отличающийся тем, что для создания переменного магнитного поля на область сварки накладывают катушку, покрытую асбестовой лентой, и подают на нее напряжение с частотой 50 Гц.

Способ дуговой сварки тройниковых соединений (велдолетов) магистральных трубопроводов

Владельцы патента RU 2643118:

Изобретение относится к способу дуговой сварки тройникового соединения магистрального трубопровода в виде трубы и велдолета. Выполняют технологическое отверстие в трубе. Осуществляют разделку кромок под сварку, предварительный подогрев кромок в диапазоне температур от 150 до 200°С и нанесение на поверхность разделки кромок велдолета промежуточного слоя наплавленного металла толщиной от 4 до 7 мм. Затем осуществляют наложение сварных валиков по контуру разделки кромок с формированием наплавленного пояса шириной не менее 2,5 толщины стенки трубы и охлаждение сварного соединения путем наложения теплоизолирующего пояса. При этом при нанесении промежуточного слоя используют металл, механические свойства которого по критерию относительное удлинение на 18-35% превышают механические свойства по критерию относительное удлинение основного металла трубы и сварных слоев наплавленного металла. Наложение сварных валиков осуществляют с выдержкой межслойной температуры между накладываемыми валиками сварного шва в диапазоне температур от 50 до 250°С. Изобретение позволяет повысить качество сварного соединения. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способам приварки с применением электродуговой сварки тройниковых соединений (велдолетов), применяемых при строительстве, реконструкции и ремонте трубопроводов из низкоуглеродистых и низколегированных сталей для распределения транспортных потоков.

Известны способы сварки тройниковых соединений дуговыми методами сварки такими, как ручная дуговая, штучными электродами, полуавтоматическая сварка порошковой проволокой, автоматическая под флюсом или в среде защитного газа проволокой сплошного сечения, самозащитной порошковой проволокой.

Известен способ сварки прямых врезок в виде углового соединения патрубка с трубой, причем тройник разрезной с патрубком усиливающим для трубопроводов состоит из полумуфты нижней. Патрубок усиливающий установлен на дефектный участок трубы и приварен одним концом к трубе, на патрубок усиливающий установлена полумуфта верхняя, причем полумуфта верхняя изготовлена с помощью штамповки в заводских условиях, а к ней присоединена полумуфта нижняя, при этом вся конструкция приварена к ремонтируемой трубе кольцевыми угловыми швами. Верхняя полумуфта приварена к патрубку усиливающему кольцевым угловым швом, а на патрубок усиливающий сверху приварено стыковым кольцевым швом эллиптическое днище (см. патент РФ на полезную модель № RU 114744, опубл. 10.04.2012; МПК: F16L 1/00).

Недостатком данного способа является невозможность разгрузить зону вокруг технологического кольца при его изготовлении от концентрации возникающих при этом напряжений.

Известен способ сварки углового соединения патрубка с трубой, при котором узел присоединения ответвлений трубопровода, содержащий корпус и отводы, преимущественно цилиндрической формы, причем в корпусе и в отводах выполнены цилиндрические отверстия, сквозные в отводах, а отводы приварены к корпусу кольцевыми швами. При этом корпус выполнен в виде параллелепипеда, на гранях корпуса соосно отверстиям в нем выполнены выточки глубиной 0,05-0,2 наружного диаметра отвода, соответствующего данной выточке, отводы вставлены в выточки, а на стыки торцов отводов с корпусом, внутри отверстий в отводах наложены герметизирующие сварные швы (см. заявку №94029182/06, опубл. 20.06.1996, МПК: F16L 41/02).

Недостатком данного способа является низкая технологичность процесса изготовления изделия при его монтаже на трассе, а также невозможность разгрузить зону вокруг технологического кольца от концентрации напряжений.

Причинами, препятствующими получению технического результата, которые обеспечиваются изобретением, являются высокий уровень остаточных сварочных напряжений в зоне сплавления сварного шва с металлом трубы и, как следствие, низкая стойкость в этой зоне сварного соединения к образованию горячих, холодных и усталостных трещин. Кроме того, ширина сварного шва не обеспечивает восстановления несущей способности в ослабленной окрестности отверстия основной трубы.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании способа сварки тройниковых соединений (велдолетов) с сохранением несущей способности магистральных трубопроводов.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении качества сварного соединения за счет получения равнопрочного наплавленного металла, что повышает его сопротивляемость к образованию горячих, холодных и усталостных трещин на линии сплавления основного и наплавочного металлов и повышает несущую способность и ресурс трубопровода.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что способ дуговой сварки тройниковых соединений (велдолетов) магистральных трубопроводов с применением дуговой сварки с контролируемым тепловложением при наложении сварных валиков характеризуется тем, что осуществляют разделку кромок под сварку по периметру велдолета, предварительный подогрев кромок в диапазоне температур от 150 до 200°С, нанесение на поверхность разделки кромок велдолета промежуточного слоя наплавленного металла толщиной от 4 до 7 мм, механические свойства которого по критериям относительного удлинения на 18-35% превышают механические свойства основного металла трубы и сварных слоев наплавленного металла, наложение сварных валиков по контуру разделки кромок, формирующих наплавленный пояс общей шириной не менее 2,5 толщины стенки трубы с выдержкой межслойной температуры между накладываемыми валиками сварного шва в диапазоне температур от 50 до 250°С, охлаждение сварного соединения путем наложения теплоизолирующего пояса.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения разделку кромок под сварку осуществляют под углом 15-45 градусов.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения охлаждение сварного соединения осуществляют со скоростью 30-45°С в час до температуры 45-55°С.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения предварительный подогрев кромок осуществляют на ширину не менее 200 мм по контуру технологического отверстия.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения сварку осуществляют путем наложения 80-130 сварных валиков, при этом каждый последующий валик перекрывает предыдущий на 30-50%.

Сведения, подтверждающие реализацию изобретения

Заявляемое изобретение применяется при строительстве, ремонте и реконструкции магистральных трубопроводов, предназначенных для транспортировки нефти и нефтепродуктов.

Способ сварки велдолетов с применением дуговой сварки из сталей с временным сопротивлением разрыву от 335 до 550 MПa с контролируемым тепловложением при наложении сварных валиков осуществляется следующим образом:

1. Осуществляют разделку кромок под сварку по периметру велдолета предпочтительно под углом 15-45 градусов, что обеспечивает удобство работы сварочным инструментом.

2. Осуществляют предварительный подогрев кромок в диапазоне температур от 150 до 200°С предпочтительно на ширину не менее 200 мм по контуру технологического отверстия, что обеспечивает снижение скорости охлаждения, влияющей на структуру и остаточное напряжение в сварном соединении.

3. Наносят на поверхность разделки кромок велдолета промежуточный слой наплавленного металла толщиной от 4 до 7 мм, механические свойства которого по критерию относительного удлинения на 18-35% превышают механические свойства основного металла трубы и сварных слоев наплавленного металла, что обеспечивает создание промежуточного пластичного слоя, исключающего образование при нанесении сварных валиков подваликовых трещин. Кроме того, промежуточная наплавка металла исключает возможность образования трещин между сварными слоями и основным металлом велдолета.

4. Осуществляют наложение сварных валиков в количестве 80-130 по контуру разделки кромок с перекрытием от 30 до 50%, формирующих наплавленный пояс общей шириной не менее 2,5 толщины стенки трубы, что обеспечивает восстановление несущей способности тройникового соединения в ослабленной отверстием зоне магистральной трубы. При этом в процессе сварки осуществляют выдержку межслойной температуры между накладываемыми валиками сварного шва в диапазоне температур от 50 до 250°С для снижения скорости охлаждения, влияющей на структуру и остаточное напряжение в сварном соединении.

5. Далее охлаждают сварное соединение предпочтительно со скоростью 30-45°С в час до температуры 45-55°С путем наложения теплоизолирующего пояса, что обеспечивает получение оптимальной феррито-перлитной структуры с высокой ударной вязкостью и отсутствие закалочных структур мартенситного и бейнитного классов, отличающихся низкой трещиностойкостью, это обеспечивает снижение уровня остаточных сварочных напряжений и их равномерное распределение по периметру стыка, поэтому не требует проведения послесварочной термической обработки.

Таким образом, предлагаемый способ сварки позволяет получить равнопрочное сварное соединение, снизить остаточные сварочные напряжения в сварном соединении, повысить его вязкостные и пластические свойства за счет предотвращения образования закалочных структур, повысить сопротивляемость к образованию холодных трещин. Ширина сварного шва обеспечивает восстановление несущей способности тройникового соединения в ослабленной технологическим отверстием зоне магистральной трубы.

Сварка выполняется электродами типа Э50А, Э55 по ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75.

С целью определения работоспособности конструкции и ее оптимальных характеристик были проведены натурные опытные работы в производственных условиях при температурах окружающего воздуха в диапазоне от плюс 15 до плюс 20°С включительно. Труба диаметром 1220 мм из стали 09Г2С с толщиной стенки 22 мм из стали класса прочности К56 с вырезанным отверстием под установку велдолета была сварена с велдолетом в заводских условиях. Неразрушающий контроль показал отсутствие дефектов сварочного происхождения, а также механических повреждений и трещин.

В результате были установлены параметры технологии сварки, указанные в таблице 1.

Применение предложенного способа обеспечивает получение равнопрочного наплавленного металла с высоким металлургическим качеством и высокими вязкостными и пластическими свойствами, что повышает его сопротивляемость к образованию горячих, холодных и усталостных трещин на линии сплавления основного и наплавочного металлов. Ширина сварного шва обеспечивает восстановление несущей способности тройникового соединения в ослабленной отверстием зоне магистральной трубы.

1. Способ дуговой сварки тройникового соединения магистрального трубопровода в виде трубы и велдолета, характеризующийся тем, что выполняют технологическое отверстие в трубе, осуществляют разделку кромок под сварку по периметру велдолета, предварительный подогрев кромок в диапазоне температур от 150 до 200°С, нанесение на поверхность разделки кромок велдолета промежуточного слоя наплавленного металла толщиной от 4 до 7 мм, наложение сварных валиков по контуру разделки кромок с формированием наплавленного пояса шириной не менее 2,5 толщины стенки трубы и охлаждение сварного соединения путем наложения теплоизолирующего пояса, при этом при нанесении промежуточного слоя используют металл, имеющий относительное удлинение на 18-35%, превышающее относительное удлинение основного металла трубы и сварных слоев наплавленного металла, а наложение сварных валиков осуществляют с выдержкой межслойной температуры между накладываемыми валиками сварного шва в диапазоне температур от 50 до 250°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разделку кромок под сварку осуществляют под углом 15-45 градусов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение сварного соединения осуществляют со скоростью 30-45°С в час до температуры 45-55°С.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительный подогрев кромок осуществляют на ширину не менее 200 мм по контуру технологического отверстия.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сварку осуществляют путем наложения 80-130 сварных валиков, при этом каждый последующий валик перекрывает предыдущий на 30-50%.

История электросварки

В строительстве зданий, создании автомобилей, и производстве различных металлических изделий большую роль играет сварка. Доставка воды и удаление стоков происходит по трубам сваренным электрической дугой и покрытыми электродами. Отопление, двери, лестницы и перила тоже часто изготавливают при помощи сварки различными аппаратами. Без этого человечество находилось бы в далеком прошлом в плане передовых конструкций и коммуникаций. Но когда началась история сварки? Кто первый открыл явление электрической дуги и понял какие возможности это дает? Как совершенствовалось оборудование и технологии со временем?

Достижение человечества

Сварочный метод соединения металлов произвел настоящую революцию в мире промышленности и строения, ускорив создание и увеличив прочность многих конструкций. Речь идет о возбуждении электрической дуги между двумя контактами, подсоединенными к полюсам аппарата. Дуга нагреваясь плавит кромки металла, создавая общую «лужицу» расплавленного железа. Так происходит соединение сторон в единый сплав.

Чтобы повысить прочность шва используется плавящийся материал, который может быть в виде стержня электрода, или как дополнительная присадочная проволока. Так можно производить не только сварку, но и наплавку истертых деталей. Сложность заключалась в создании безопасного метода, ведь электрическая дуга способна проявляться и у высокого напряжения, но удержание рабочих частей с большим значением вольт очень опасно для человеческой жизни.

Процесс шагнул дальше, когда ученые смогли создать понижающие источники тока, где благодаря принципу электромагнитной индукции напряжение значительно понижалось, а сила тока наоборот возрастала. Это позволило обезопасить сварочный процесс, а увеличенная сила тока дала возможность плавить более толстые стороны металла. Дальше ученые сконцентрировались на модернизации электродов и рабочих элементов в руках сварщика.

Большие усилия прилагались и в области защиты сварочной ванны от внешних газов. Если вести шов голым стержнем металла, то дуга будет гореть, но последующий валик металла будет весь пронизан порами удаляющегося углерода. Чтобы создать прочное герметичное соединение потребовалось разработать различные обмазки для электродов и специальные порошки-флюсы, предотвращающие взаимодействие расплавленного металла и окружающего воздуха. Но пришли люди к этому не сразу и история развития сварки начинается еще в древних веках.

Самые первые проявления сварки

Еще при раскопках в древнем Египте были найдены украшения из золота, которые спаивались между собой оловом. Разогретый на углях легкосплавный материал наносился на золотые украшения и застывая образовывал некоторое соединение. Во время раскопок в Помпеи археологи нашли остатки водопроводных коммуникаций, которые имели поперечные швы на свинцовых трубах. Поскольку свинец тоже легко плавился на огне, он поддавался заливанию в формы и созданию соединений.

Некоторые металлы соединялись в кузнях. Стороны разогревались на углях до пластичного состояния и сбивались ударами тяжелых молотков. Такое спрессовывание давало надежную сцепку материалов. Это нашло применение в создании корпусов артиллерийский орудий устанавливаемых на кораблях. Частично они выливались в формы, а частично соединялись кузнечной сваркой и дополнительным обрамлением хомутами. Но возможности человечества были ограничены температурой углей. Поэтому другие металлы для соединения были недоступны.

Открытие электрической дуги

История электросварки начинается с 1802 года, когда В.В. Петров, находясь в медико-хирургической академии воспроизвел явление горения электрической дуги между двумя концами аппарата. Произошло это в Санкт-Петербурге. Последующие исследования доказали реальность применения этого явления для плавления металлических кромок и соединения деталей.

Профессором было предложено использовать температуру от электрической дуги для быстрой плавки известных металлов. С 1881г в качестве элементов между которыми возбуждалась дуга стали использовать угольный электрод и металлическую поверхность. Спустя почти 90 лет с момента открытия свойств тока между двумя полюсами, в 1888 году Славянов предложил заменить угольный элемент на плавящийся металлический стержень.

У образовавшегося процесса было несколько сложностей:

  • температура дуги была нестабильна, что осложняло сварку;
  • ванна нуждалась в лучшей защите от внешней среды;
  • в образованном шве было много дефектов в виде пор и наплывов.

Чтобы улучшить структуру шва начали развиваться гранулированные средства, получившие название флюс. Это стали применять с 1902 года. Металлический стержень обмакивали в заготовленную пасту с содержанием окиси металлов, воды и карбонатов. После высыхания расходный элемент был готов к сварке. Подобным образом до сих пор изготавливают самодельные электроды.

Быстрое развитие технологий в XX и XXI веках

С началом XX века изобретения в области сварки стали различаться на подкатегории по используемому оборудованию. Разработчики поняли, что не только электрическая дуга способна плавить металл, но и ацетиленовое пламя может развить температуру до нескольких тысяч градусов.

Для этого был разработан ацетиленовый генератор в 1906 году. Их конструкция имеет большое сходство с современными моделями и заключается в погружении карбида в жидкость, где окисление содействует разложению твердого материала и выделению чистого ацетилена. В камере нагнетается давление и по шланге газ передается в горелку.

В 1903 году два французских разработчика предложили практичную конструкцию сварочной горелки со смесительной камерой. По одному каналу подавался ацетилен, а по второму кислород, который «разгонял» температуру факела до 3000 градусов. Это нашло широкое применение в сварке водопроводов и газопроводов.

Параллельно с этим продолжала развиваться и электрическая сварка, история которой включает 1912 год, когда было принято решение выпустить электроды с толстым покрытием. Это дало несколько плюсов:

  • лучшую защиту от внешней газовой среды;
  • стабильное горение дуги;
  • более плотные швы, аналогичные по структуре с основным металлом;
  • возможность применения на кораблях и в промышленности.
  • С 1940 года миру стала доступна сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа. Изначально это был гелий, но сейчас применяется и аргон. Сваривание ведется за счет электрической дуги, которая горит между неплавящимся электродом и кромками сторон. Там где требуется более крепкий шов, добавляется присадочная проволока. Данные виды сварки позволили соединять нержавеющую сталь и алюминий, а чистота шва быстро понравилась специалистам.

    Из последних достижений в области сваривания материалов имеются:

    Краткий экскурс в историю и обобщение

    Если подвести итог, то история развития сварки имеет несколько ключевых точек на ленте времени. Их можно выделить так:

  • 1802 г — российский ученый В.В. Петров обнаружил возникновение электрического разряда, характеризующегося ярким белым светом, удержание которого в течение определенного времени приводит к быстрому образованию температуры и возгоранию каменного угля.
  • 1803 г — Петров опубликовывает собственное издание, где описывает личные опыты по воспроизведению вольтова столба и электрической дуги, а также использования этих физических явлений для электрической сварки и пайки металлических материалов. Параллельно ученый описал возможность применения дуги для создания освещения.
  • 1882 г — историческая дата, когда Н.Н. Бенардос воспроизвел сварку электрической дугой с использованием угольных электродов. Ученый получил патенты на свое открытие в России, Германии, Англии, Франции, Италии и США. Метод получил своеобразное название «электрогефест».
  • 1888 г — Н.Г. Славянов, будучи первооткрывателем-практиком, реализовал на практике применение плавящегося электрода и дополнительного слоя флюса на металлической поверхности. При наблюдателях со стороны гос комиссии он заварил деталь от паровой машины. Спустя пять лет ученый получил медаль на мировой выставке в Америке, за сварку в слое флюса из толченого стекла.
  • 1905 г — В.Ф. Миткевич выступил с рациональным предложением использовать трехфазную дугу при соединении металлических частей. Это позволило работать с более толстыми материалами и создавать глубокие крепкие швы покрытыми электродами.
  • 1932 г — еще один советский ученый К.К. Хренов реализовал сварку электрической дугой в подводной среде. Это дало начало различным глубинным методам прокладки коммуникаций через водоемы, а также улучшило ремонтные работы на судах.
  • 1939 г — Е.О. Патоном опробованы методы сварки под флюсом и созданы головки для аппаратов с автоматическим действием. Позднее институт, названный в честь этого ученого, внес множество новаторских идей по усовершенствованию различных способов сваривания металлов.
  • Сварка, история которой будет еще продолжаться, позволила создать многие конструкции и изделия, без которых было бы невозможно современное строительство и другие разработки. Ученые продолжают трудиться над созданием более экономичных аппаратов, способных соединять металлы различной структуры. Но основные технологические процессы, по которым осуществляется сварка, остались такими же как и 100 лет назад.