Применение импульсных технологий при сварке конструкционных сталей
Представлены результаты исследований процесса импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом конструкционных сталей, включая применение порошковых проволок. Показано, что применение импульсных технологий позволяет значительно уменьшить разбрызгивание металла. Установлено, что использование источнико...
Saved in:
| Published in: | Проблемы машиностроения |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80942 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Применение импульсных технологий при сварке конструкционных сталей / А.М. Жерносеков, В.Н. Сидорец, В.В. Приходько // Проблемы машиностроения. — 2013. — Т. 16, № 5. — С. 18-21. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859786483920011264 |
|---|---|
| author | Жерносеков, А.М. Сидорец, В.Н. Приходько, В.В. |
| author_facet | Жерносеков, А.М. Сидорец, В.Н. Приходько, В.В. |
| citation_txt | Применение импульсных технологий при сварке конструкционных сталей / А.М. Жерносеков, В.Н. Сидорец, В.В. Приходько // Проблемы машиностроения. — 2013. — Т. 16, № 5. — С. 18-21. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы машиностроения |
| description | Представлены результаты исследований процесса импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом конструкционных сталей, включая применение порошковых проволок. Показано, что применение импульсных технологий позволяет значительно уменьшить разбрызгивание металла. Установлено, что использование источников питания с регулируемой формой импульсов сварочного тока повышает эффективность процессов сварки и наплавки порошковыми проволоками, включая самозащитные.
Показані результати досліджень процесу імпульснодугового зварювання плавким електродом конструкційних сталей, включаючи застосування порошкових дротів. Показано, що застосування імпульсних технологій дозволяє значно зменшити розбризкування металу. Встановлено, що використання джерел живлення з регульованою формою імпульсів зварювального струму підвищує ефективність процесів зварювання та наплавлення порошковими дротами, включаючи самозахисні.
The results of studies of technological capabilities of the process of pulse-arc welding of structural steels, including the use of flux-cored wires, are given in the paper. The raised level of metal losses on waste and sputter leads not only to the welding wire over-expenditure, but also to the welding torch nozzle choking, gas protection deterioration, sputters pickup on the work piece. Application of pulse arc welding technologies allows the effective solution of a number of technological problems. The studies on welding of pipe steel X60 were conducted. The proposed combined approach can have prospects in the welding of pipelines of large diameter and thickness, where the root weld is made without a magnetic blow by contact welding, and all subsequent layers are made by the pulse arc welding. For welding of the "hot" pass, following the root, the mixture of shielding gases of argon and carbon dioxide with the addition of helium can be used. The experimental studies at the pulse arc welding and surfacing of various flux-cored wires, including self-shielding wires, were conducted. The use of power supplies with the adjustable pulse shape of welding current allows to improve the efficiency of welding and surfacing with flux-cored wires.
|
| first_indexed | 2025-12-02T10:14:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
18 ISSN 0131–2928. Проблемы машиностроения, 2013, Т. 16, № 5
10. Таран, Б. П. Расчет размеров модельного модуля с помощью размерных цепей / Б. П. Таран,
Т. Л. Тринева, В. В. Малахов // Вестник НТУ «ХПИ». –2005. – № 24 – С. 191 – 196.
11. Солнцев, А. А. Практика литья в кокиль чугунных деталей / А. А. Солнцев, В. Д. Шифрин,
А. С. Наджафов. – Харьков, 1990. - 112 с.
12. Структура и свойства композиционных материалов / Ред. К. И. Портной, С. Е. Салибеков,
И. Л. Светлов, В. М. Чубаров. – М.: Машиностроение, 1979. – 256 с.
13. Demin, D. A. Optimization of the method of adjustment of chemical composition of flake graphite iron / D.
A. Demin, V. F. Pelikh, O. I. Ponomarenko // Litejnoe Proizvodstvo – 1995 (7-8), pp. 42-43.
14. Demin, D. A. Complex alloying of grey cast iron / D. A. Demin, V. F. Pelikh, O. I. Ponomarenko // Litejnoe
Proizvodstvo – 1998 (10), p. 18–19.
15. Demin, D.A. Change in cast iron's chemical composition in inoculation with a Si-V-Mn master alloy /
D. A. Demin // Litejnoe Proizvodstvo – 1998 (6), p. 35.
16. Дьомін, Д. О. Деякі аспекти управління якістю чавуна з пластинчастим графітом : Автореф. дис. ...
канд. техн. наук: 05.16.04 / Д. О. Дьомін; [Харківський політехнічний інститут]. – Х., 1995. – 24 с.
Поступила в редакцию 23.10.2013
1А. М. Жерносеков, канд. техн. наук
1В. Н. Сидорец, д-р техн. наук
1В. В. Приходько
1Институт электросварки
им. Е.О. Патона НАН Украины, Киев,
Украина
e-mail: maximan23@i.ua
Ключові слова: зварювання, дуга,
розбризкування, сталь, імпульс, регу-
лювання.
УДК 621.791
ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ СВАРКЕ
КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ
Анотація. Показані результати досліджень процесу імпульсно-
дугового зварювання плавким електродом конструкційних сталей,
включаючи застосування порошкових дротів. Показано, що застосу-
вання імпульсних технологій дозволяє значно зменшити розбризкуван-
ня металу. Встановлено, що використання джерел живлення з регу-
льованою формою імпульсів зварювального струму підвищує ефектив-
ність процесів зварювання та наплавлення порошковими дротами,
включаючи самозахисні.
Введение
В последнее десятилетие наметилась тенденция к расширению областей применения процесса
импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах (ИДСПЭ) для различных кон-
струкционных сталей, в том числе изделий ответственного назначения, включая трубопроводный
транспорт [1 – 4]. Это связано со многими преимуществами данного способа сварки: управляемый
перенос электродного металла во всех пространственных положениях, небольшое разбрызгивание,
высокие механические свойства металла швов. Разбрызгивание – один из главных показателей эф-
фективности процесса сварки плавящимся электродом в защитных газах. Повышенный уровень по-
терь металла на разбрызгивание и угар приводит не только к перерасходу сварочной проволоки, но и
засорению сопла сварочной горелки, ухудшению газовой защиты, налипанию брызг на изделие.
Применение импульсных технологий дуговой сварки позволит эффективно решить ряд технологиче-
ских вопросов.
Анализ исследований и публикаций
Известно, что разбрызгивание металла в защитных газах определяется составом смеси и средним то-
ком сварки [5, 6]. На рис. 1 [6] представлена зависимость разбрызгивания металла для сварки на по-
стоянном токе в 100 % СО2, на постоянном токе в смеси 82 % Аr + 18 % СО2, а также на импульсном
токе в смеси 82 % Аr + 18 % СО2. Как видно из рис. 1, разбрызгивание металла при сварке в защит-
ном газе 100 % СО2 значительное и может достигать 10-11 %, причем максимум приходится на наи-
более эффективные технологические режимы, когда производительность высокая, а сварочная ванна
еще не перегрета большим сварочным током. В смеси газов 82 %Аr+18 %СО2 разбрызгивание снижа-
ется до максимального уровня 5,5…6,5 %. Однако нелинейная зависимость от сварочного тока по-
прежнему сохраняется. При ИДСПЭ процент разбрызгивания не зависит от сварочного тока и не
превышает 1,5...2 % для сплошных проволок. Таким образом, ИДСПЭ конструкционных сталей явля-
ется весьма перспективным способом сварки.
В институте электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины (ИЭС им. Е. О. Патона) проводи-
лись исследования [7] по влиянию параметров процесса ИДСПЭ на уровень выгорания легирующих
© А. М. Жерносеков, В. Н. Сидорец, В. В. Приходько, 2013
mailto:maximan23@i.ua
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
элементов и механические свойства низ-
колегированных сталей. Установлено, что
высокий уровень механических свойств
металла швов обеспечивается за счет бла-
гоприятной структуры металла с преобла-
данием игольчатого феррита. Такая мик-
роструктурная составляющая формируется
благодаря незначительному окислению
легирующих элементов, пониженной кон-
центрации кислорода в шве и обусловлен-
ному этим пониженному содержанию не-
металлических оксидных включений.
Опыт применения порошковых проволок,
включая самозащитные, при импульсно-
дуговой сварке невелик. Но он свидетель-
ствует, что порошковые проволоки позво-
ляют получить важные преимущества по
сравнению со сплошной проволокой. Бо-
лее широкая дуга увеличивает количество
подводимого тепла к боковым стенкам
соединения, чем обеспечивается лучшее
сплавление, повышается глубина проплав-
ления.
Также становится возможным фор-
мировать гладкое, вогнутое усиление шва
Рис. 1. Потери на разбрызгивание ψ, % [6], а также
поперечное сечение сопла горелки со слоем брызг при
различных способах сварки, а также изменении тока
сварки, А и напряжения дуги, В: I) на постоянном токе
в 100 % СО2; II) на постоянном токе в смеси 82 % Аr +
18 % СО2; III) на импульсном токе в смеси 82 % Аr +
18 % СО2
на обратной стороне сварного соединения, что не требует дальнейшей зачистки и шлифовки. При
этом достигаются хорошие механические свойства сварных соединений, в том числе ударной вязко-
сти при отрицательных температурах.
Необходимо отметить, что имеющиеся на рынке синергетические источники питания для им-
пульсно-дуговой сварки содержат запрограммированные режимы, в том числе и для порошковых
проволок. Однако такое оборудование не всегда может быть использовано при сварке различными
видами порошковых проволок, особенно экспериментальными образцами, так как требует точной
корректировки параметров импульсно-дугового процесса (базовое и амплитудное значения токов,
длительность импульсов и их частоты). Предварительно запрограммированные параметры синерге-
тического регулирования нельзя предусмотреть для сложных комбинаций типа проволоки, размера и
вида защитного газа. Поэтому желательно иметь возможность плавной регулировки параметров им-
пульса. В ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины разработано электросварочное оборудование для
ИДСПЭ, которое реализует многоступенчатую регулируемую форму импульсов сварочного тока, где
разделено тепловое и силовое влияние на каплю электродного металла, а также стабилизированы ос-
новные параметры процесса сварки в зависимости от вида свариваемого материала [8, 9].
ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины разработал и успешно внедрил серию установок для сты-
ковой сварки труб оплавлением [10]. Однако современные трубопроводы требуют повышенных дав-
лений и высоких механических характеристик металла сварных соединений. Поэтому перспективны-
ми являются дуговые или комбинированные технологии, например контактно-дуговые.
Цель и задачи исследования
Цель настоящей работы – исследование технологических возможностей процесса импульсно-
дуговой сварки конструкционных сталей, включая применение порошковых проволок.
Экспериментальные данные и их обработка
Были проведены экспериментальные исследования по сварке трубной стали Х60.
Корневой шов был выполнен контактной стыковой сваркой с последующим механическим уда-
лением грата. Остальные швы выполнены процессом ИДСПЭ в смеси защитных газов 82 % Аr + 18 %
СО2. На рис. 2 и 3 представлены макрошлифы образцов.
ISSN 0131–2928. Проблемы машиностроения, 2013, Т. 16, № 5 19
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
20 ISSN 0131–2928. Проблемы машиностроения, 2013, Т. 16, № 5
Предложенный комбинированный подход
может иметь перспективы при сварке трубопро-
водов большого диаметра и толщин, где корневой
шов выполняется без магнитного дутья контакт-
ной сваркой, а все последующие слои – ИДСПЭ,
причем, для сварки «горячего» прохода, следую-
щего за корневым, может использоваться защит-
ный газ Аr + СО2 с добавлением гелия. Такой со-
став позволит увеличить глубину проплавления,
даст хорошее сплавление с боковыми стенками.
Кроме этого, уменьшаются работы по зачистке от
грата.
Нами были проведены экспериментальные
исследования импульсно-дуговой сварки и на-
плавки (источник питания с плавными регули-
ровками параметров импульсов сварочного тока)
различными видами порошковых проволок,
включая самозащитные. ИДСПЭ проволокой ру-
тилового типа ПП-АН8 диаметром 2,2 мм прово-
дилась в диапазоне номинальных токов сварки
150…300 А в активном газе 100 % СО2 и в смеси
газов 82 % Ar+18 % СО2. При сварке в 100 % СО2
для предотвращения режима интенсивного раз-
брызгивания параметры импульсного источника
выбирались с минимальной амплитудой импуль-
сов. В смеси газов 82 % Ar+18 % СО2 параметры
определялись из условия капельного переноса
металла.
На рис. 4, а представлен внешний вид шва
при ИДСПЭ в 100 % СО2 при среднем токе свар-
ки 250…260 А; напряжении на дуге 28…29,5 В,
частоте импульсов 210 Гц и длительности им-
пульсов 3,3 мс. На рис. 4,б представлен внешний
Рис. 2. Макрошлиф корневого шва стали Х60
после контактной сварки
Рис. 3. Макрошлиф шва стали Х60 после кон-
тактной сварки корня шва с последующей двух-
проходной сваркой ИДСПЭ проволокой Св-08Г2С
диаметром 2 мм в смеси 82 % Аr + 18 % СО2.
Параметры ИДСПЭ: средний ток сварки
330…340 А, длительность импульсов 3,4 мс; на-
пряжение дуги (задания) 28 ± 0,2 В
Рис. 4. Швы, выполненные ИДСПЭ (наплавка)
проволокой ПП-АН8 диаметром 2,2 мм: а - в га-
зе 100 % СО2; б - в смеси газов 82 % Ar+18 %
СО2
вид шва при ИДСПЭ в смеси 82 % Ar +18 % СО2, ток сварки 290…300 А; напряжение на дуге
29,5…30 В, частота импульсов 200 Гц; длительность импульсов 3,8 мс. Последний режим позволяет
получать мелкокапельный перенос металла с небольшим разбрызгиванием (до 2 %) и хорошим фор-
мированием металла швов.
На рис. 5 приведен внешний вид металла швов по наплавке экспериментальной порошковой
проволокой от источника постоянного тока в смеси 82% Ar +18 % СО2 и от импульсного источника.
Проводились также эксперименты с использованием самозащитной карбонатно-флюоритной прово-
локи ПП-АН7 диаметром 2,4 мм (рис. 6). Необходимо отметить низкий уровень разбрызгивания и
снижение тока сварки до 100…120 А при использовании импульсного процесса (длительность им-
пульсов 3,2 мс, частота импульсов 72 Гц).
а
б
Рис. 5. Швы, выполненные ИДСПЭ (наплавка) диаметр проволоки 2 мм, в смеси 82% Ar +18 %
СО2, скорость наплавки 20 м/ч (5,56 мм/с): а - выпрямитель ВДУ-506, ток сварки 220…230 А; на-
пряжение на дуге 22…24 В; б – импульсный источник с регулируемой формой импульса; ток сварки
230А; напряжение на дуге 24…24,5 В, частота импульсов 74 Гц; длительность импульсов 3,0 мс
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
ISSN 0131–2928. Проблемы машиностроения, 2013, Т. 16, № 5 21
Рис. 6. Шов, наплавленный само-
защитной проволокой ПП-АН7
диаметром 2,4 мм в режиме
ИДСПЭ
Рис. 7. Осциллограмма напряжения на дуге (вверху) и
сварочного тока (внизу) при ИДСПЭ (наплавка) на пластины
из стали Ст.3 самозащитной проволокой Н210 У-Н
диаметром 2 мм
Исследовались также режимы ИДСПЭ (двухуровневый импульс) самозащитной порошковой
проволокой Н210 У-Н диаметром 2 мм в диапазоне средних значений сварочного тока 180-300 А.
Процесс протекал устойчиво, с незначительным разбрызгиванием метала. На рис. 7 представлена ос-
циллограмма процесса при наплавке порошковой проволокой Н210 У-Н диаметром 2 мм на токе 280
А (длительность импульсов 2,4 мс, частота 295 Гц).
Выводы
1. Применение импульсных дуговых технологий при сварке конструкционных сталей плавя-
щимся электродом позволяет значительно уменьшить разбрызгивание металла.
2. Перспективно применение при сварке высокопрочных трубных сталей импульсно-дуговых
процессов с различным составом защитной газовой среды.
3. Использование источников питания с регулируемой формой импульсов сварочного тока, где
разделено тепловое и силовое воздействие на каплю электродного металла, позволяет повысить эф-
фективность процессов сварки и наплавки порошковыми проволоками, включая самозащитные.
Литература
1. Автоматизированная сварка трубопроводов // Автоматическая сварка. – 2005. – № 1. – С. 52-56.
2. Виджери, Д. Дж. Механизированная сварка трубопроводов / Д. Дж. Виджери // Svetsaren. –2005. –
Т. 60, № 1. – С. 22-25.
3. Qualifizierung des MAG-Impulsschweißverfahrens für den Pipelinebau / U. Reisgen,
L. Stein, G. Buchholz, K. Willms, G. Neukirchner, U. Giebelstein // Schweißen und Schneiden. –2009. –61. – Heft 3. –
Р. 136-141.
4. Goecke, S. Tandem MIG/MAG Welding / S. Goecke, J. Xedegard, М. Lundin, H. Kaufmann // Svetsaren. –
2001. – V.56, № 2–3. –P. 24–28.
5. Потапьевский, А. Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом / А. Г. Потапьевский. – М.:
Машиностроение, 1974. – 240 с.
6. Killing, R. Schutzgase zum Lichtbogenschweiβen – Schweiβtechnische Eigenschaften / R. Killing // Der
Praktiker. – 1993. – Vol. 45. – Heft 8. – Р. 448-455.
7. Римский, С. Т. Импульснодуговая сварка низколегированных сталей плавящимся электродом в сме-
си аргона с углекислым газом / С. Т. Римский, В. Г. Свецинский, П. П. Шейко, В. М. Павшук,
А. М. Жерносеков // Автоматическая сварка. – 1993. – №2. – С. 38–41.
8. Шейко, П. П. Источник питания для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом с плавным
регулированием параметров / П. П. Шейко, В. M. Павшук // Автоматическая сварка. – 1992. – № 6. – С. 44-46.
9. Шейко, П. П. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом с автоматической стабилизацией
параметров режимов / П. П. Шейко, А. М. Жерносеков, Ю. О. Шимановский // Автомат. сварка. – 2004. – №1. –
С. 8–11.
10. Контактная стыковая сварка оплавлением толстостенных труб из высокопрочных сталей класса
прочности К56 [Электронный ресурс] / С. И. Кучук-Яценко, Ю. В. Швец, В. Ф. Загадарчук, В. И. Швец,
В. И. Хоменко. С. И. Журавлев, А. Я. Сударкин, В. Л. Коликов, С. А. Хомиченко. – Режим доступа:
http://www.kzeso.com/ru/biblioteque/detail.php? ID=7792.
Поступила в редакцию 01.10.2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80942 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0131-2928 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T10:14:01Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Жерносеков, А.М. Сидорец, В.Н. Приходько, В.В. 2015-04-28T16:05:33Z 2015-04-28T16:05:33Z 2013 Применение импульсных технологий при сварке конструкционных сталей / А.М. Жерносеков, В.Н. Сидорец, В.В. Приходько // Проблемы машиностроения. — 2013. — Т. 16, № 5. — С. 18-21. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80942 621.791 Представлены результаты исследований процесса импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом конструкционных сталей, включая применение порошковых проволок. Показано, что применение импульсных технологий позволяет значительно уменьшить разбрызгивание металла. Установлено, что использование источников питания с регулируемой формой импульсов сварочного тока повышает эффективность процессов сварки и наплавки порошковыми проволоками, включая самозащитные. Показані результати досліджень процесу імпульснодугового зварювання плавким електродом конструкційних сталей, включаючи застосування порошкових дротів. Показано, що застосування імпульсних технологій дозволяє значно зменшити розбризкування металу. Встановлено, що використання джерел живлення з регульованою формою імпульсів зварювального струму підвищує ефективність процесів зварювання та наплавлення порошковими дротами, включаючи самозахисні. The results of studies of technological capabilities of the process of pulse-arc welding of structural steels, including the use of flux-cored wires, are given in the paper. The raised level of metal losses on waste and sputter leads not only to the welding wire over-expenditure, but also to the welding torch nozzle choking, gas protection deterioration, sputters pickup on the work piece. Application of pulse arc welding technologies allows the effective solution of a number of technological problems. The studies on welding of pipe steel X60 were conducted. The proposed combined approach can have prospects in the welding of pipelines of large diameter and thickness, where the root weld is made without a magnetic blow by contact welding, and all subsequent layers are made by the pulse arc welding. For welding of the "hot" pass, following the root, the mixture of shielding gases of argon and carbon dioxide with the addition of helium can be used. The experimental studies at the pulse arc welding and surfacing of various flux-cored wires, including self-shielding wires, were conducted. The use of power supplies with the adjustable pulse shape of welding current allows to improve the efficiency of welding and surfacing with flux-cored wires. ru Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Проблемы машиностроения Энергетическое машиностроение Применение импульсных технологий при сварке конструкционных сталей Application of pulse technologies in the welding of structural steels Article published earlier |
| spellingShingle | Применение импульсных технологий при сварке конструкционных сталей Жерносеков, А.М. Сидорец, В.Н. Приходько, В.В. Энергетическое машиностроение |
| title | Применение импульсных технологий при сварке конструкционных сталей |
| title_alt | Application of pulse technologies in the welding of structural steels |
| title_full | Применение импульсных технологий при сварке конструкционных сталей |
| title_fullStr | Применение импульсных технологий при сварке конструкционных сталей |
| title_full_unstemmed | Применение импульсных технологий при сварке конструкционных сталей |
| title_short | Применение импульсных технологий при сварке конструкционных сталей |
| title_sort | применение импульсных технологий при сварке конструкционных сталей |
| topic | Энергетическое машиностроение |
| topic_facet | Энергетическое машиностроение |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80942 |
| work_keys_str_mv | AT žernosekovam primenenieimpulʹsnyhtehnologiiprisvarkekonstrukcionnyhstalei AT sidorecvn primenenieimpulʹsnyhtehnologiiprisvarkekonstrukcionnyhstalei AT prihodʹkovv primenenieimpulʹsnyhtehnologiiprisvarkekonstrukcionnyhstalei AT žernosekovam applicationofpulsetechnologiesintheweldingofstructuralsteels AT sidorecvn applicationofpulsetechnologiesintheweldingofstructuralsteels AT prihodʹkovv applicationofpulsetechnologiesintheweldingofstructuralsteels |