автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Повышение технологических параметров двухдуговой плазменной сварки сталей и сплавов аустенитного класса

! 9 —

3 9 3

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕФБ1 И ГАЗА ИМЕНИ И.М.ГУБКИНА

' На правах рукописи

.'1

ШЕВЧШКО АЛЕКСАНДР ЭДУАРДОВИЧ

УД 621.791: 621.9.С4

ПОВЬЭЕНИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВПДУГОЕОЛ ПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ АУСТЕЖШОГО КЛАССА

Специальность 05.03.0o - Технология :: машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертация ка соискание ученой степени кандидата технических наук

Моема - 1993 г.

Работа выполнена в Государственной Академии нефти и газа имени И. tí. Губкина.

Научный руководитель - доктор технических наук,профессор

ctekji0b о.и.

Официальные оппоненты - доктор технических наук Виноградов В.А., кандидат технических наук Ивочкин И.М.

Ведущее предприятие - ШИИазтогенмаш.

Защита диссертации состоится У " Сигре/!Я__1993г.

в на заседании Специализированного сове-

та Д 053.27.13 по присуждению ученой степени кандидата технических каук при Государственной Академии нефти и газа имени ^¿¡.Губкина по адресу: 117917, Москва, ГСП-I, Ленинский проспект,65.

Залп; отзывы в 2-х зкзешлярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией мошзо ознакомиться в библиотеке ГАНГ имени И.Ц.Губкина.

Автореферат разослан МДРТУ) 1993г.

Ученый секретарь Специализированного совета, к.т.н.,доцент

Е.Е.Зорин

-з-

ОЩАЯ ХАРАКТЕРЙСТШ РАБОТЫ

Актуальность^роблемы. Интенсивное развитие нефтегазохими-ческой и машиностроительной промышленности неотъемлемо связано с увеличением объема применения нержавеющих коррозиснностойких и жаропрочных сталей и сплавоз для изготовления установок и элементов оборудования, работающих в агрессивных средах, Эксплуатационная надежность сварных конструкций определяется как качеством самих металлов и сплавов, так и технологией изготовления изделий.

Сварка аустенитных статей сопровождается повышенным деформациями у. коробление;-! изделий, увеличение телловлояения в основной металл приводит к снижении механических а коррозионных свойств сварного изделия.

Наибольшее распространение для изготовления изделий из сталей этого класса получили: автоматическая сзарка под бяасом и аргонодуговая сварка, благодаря ссоей универсальности и маневренности. Указанные способы в целом удовлетворяют требованиям по качеству, тем не менее их производительность остается на низком уровне. Сварка аустенитных сталей и сплавоз толщиной более 12 мм производится за 2-4 прохода на-малых погонных энергиях, но, на--пример, для трубопроводов из сталей этого класса сдача сварных соединений с первого предъявления составляет около 80^. Остальные сдаются после второго, третьего и последующих ремонтов, что ухудшает коррозионную стойкость и механические сзойстза соединений, появляется склонность в шве и околсшозной зоне к горячим трещинам.

Существующий высокопроизводительный способ плазменной сварки "сквозным проплавлеяием" ограничен толщиной металла 3...1СМ0 ^н и в нефтегазохимической промышленности из-за относительно боль-

шой толщины стенок свариваемого оборудования (более 10 • К}"0!»*) широко не применяется.

В настоящее время большой интерес вызывают способы сварки, позволяющие раздельно регулировать проплавленкг основного металла и производительность плавления. Это позволяет производить

-3

сварку металла толщиной более 12,0 -10 м с предварительной разделкой кромок за один проход с минимальной долей участия основного металла в иве.

Разработанный ка кафедре "Сварка и защита от коррозии" способ двухдуговой плазменной сварки позволяет раздельно управлять такими технологическими параметрами, как проплавление основного металла; производительность главления присадочного металла и характер его переноса. По производительности плавления присадки этот процесс мокет сравниваться с АДСй при более низких погонные энергиях. При этом наиболее слабо изученный является влияние электрофизических к технологических параметров этого процесса на его производительность и коррозионно-механкческие свойства, что подтверждает актуальность- нестоящей работы.

Целью настоящей работы является повышение производительности процесса сварки коррозионностойких соединений из сталей

о

и сплазов аустенжтного класса толщиной более 12,0 «Ю м.

Задачи работы:

I. Исследование электрофизических характеристик двойной плазменной дуги.

с. Изучение процесса нагреза и плавления основного и присадочного металла дзухдуговым плазменным источником нагрева.

3. Оптимизация технологических режимов по данным коррозкок-

но-механических свойств сварных соединений исследуемых сталей, выполненных двухдуговой плазменной сваряой.

4. Разработать оборудование и технологические рекомендации

о

для сварки аустенитных сталей и сплавов толщиной 12-15 "Ю м.

Научная новизна:

1. Выявлены электрофизические закономерности взаимодействия плазменных дуг, горящих в одно анодное пятно, заключающиеся в увеличении плотности тока и теплового потока при снижении динамического давления с увеличением степени электромагнитного взаимодействия.

2. Введена новая характеристика электрофизических и тепловых свойств двухдугового плазменного источника нагрева (угол взаимодействия плазменных дуг - ^ ), позволяющая регулировать эти свойства.

3. Показана возможность перераспределения эффективной тепловой мощности,'в процессе сварки двойной плазменной дугой в направлении снинекия теплсзложения в основной металл за счет уменьиения доли конвективного тепла на анод, что вызывает увеличение эффективности нагрева присадочного металла.

Практическая ценность. На основе проведенных исследований разработано оборудование и технологические рекомендации по сварке двойной плазменной дугой аустенитных сталей и сплавов с получением оптимальной структуры пва и околошовной зоны.

Установлено, что сварка двойной плазменной дугой может применяться для получения сварных соединений из аустенитньк сталей и сплавов толщиной 12...16-КГ^м (с предварительной под-варкой корневого шва) за один проход, обладающих высоким комп-

леке он коррозионно-механических свойств без последующей термообработки.

Использование этих рекомендаций позволяет повысить производительность сварки в 2-3 раза с оптимальным соотношением коррозионно-механических свойств и технологичности. ( Технология внедрена на заводе "Павлоградхиммаи" для сварки корпусов Теплообменников в 1991г.

Аггообания работы. Основные положения работы докладывались на Всесоюзной конференции "Проблема развития нефтегазового комплекса страны" (Красный Курган, кань 1991г.), на .¿еаотрасле-вом научно-техническом семинаре "Прогрессивнее процессы пайки и сварки конструкций из черкас и цветных !~«еталлов малых толщин" (Одесса, пай 1992г.).

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 2 работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общие выводов, списка использованной литературы, насчитывающего 109 наименований и прилокекиГ!. Общий объем диссертации 191 страница машинописного текста, включая 91 рисунок и II таблиц.

СОДЕШКИЗ РАБОТЫ

Б пеовой главе проведен акаяяз литературных данных по применении плазменной сваркидля получения соединений кз аусте-нитш сталей и сплавов. Показано, что црпиекение плазменной сварки "сквозным пропяавлением" огранэтено толщиной стенки 8.. ЛОЛС^к, дальнейшее увеличение проплавляхщей способности

- У-

плазменной дуги приводит к усложнения как оборудования, так и технологии. Жесткая регламентация параметров технологии позволяет рассматривать сварку толщин более 10 -Юм только как лабораторный эксперимент. С другой стороны основными технологическими трудностями становятся: удержание "на весу" значительной массы расшгавленного металла; образование деойной дуги (при высоких значениях сварочного тока), которая интенсивно разрушает сопло плазмотрона; резкое увеличение расхода плазмо-образущего газа, приводящего к дефектам подреза.

Показано, что форсирование технологических режимов, приводят не только к усложнению технологии, но и существенно сникает эффективность всего процесса, что в литературных публикациях объясняется большими потерями тепла в столбе дуги и з приэлек-тродных зонах, а также большими тепловыми потерями с низяей стороны "замочной скважины".

Отмечается, что одним из перспективных направлений сварки средних толщин с разделкой кромок являются иногодуговыэ процессы. Эти методы позволяют раздельно регулировать яроплав-ление кромок и производительность плавления присадки.

Показано, что плазменная сварка двойней дугой, горящей в одно анодное пятно аналогов среди шогодугозых способов йе имеет. Способ имеет раздельно-независимое регулирование параметров каждой дуги, что позволяет в аироких пределах зарькро-вать технологические режимы.

При анализе, конструкций лромютенных плазмотронов для многодуговой сзарки установлено, что применительно к исследуемо-!«у процессу ни одна из них не соответствует необходимым требованиям. Зто вызывает необходимость разработки оригинального

двухдугового плазмотрона. Отсутствуют также исследования электрофизических, тепловых и технологических свойств двойной плазменной дуги с общим анодным пятном.

fia основании аналитического обзора литературы по рассматриваемо^ вопросу сфорьц/лированы цель и задачи работы.

Во второй главе исследовались электрофизические характеристики двухдугового плазменного источника нагрева.

В работе изучалось влияние поперечных электромагнитных полей плазменных дуг на стабильность горения дуг. Если принять, что отклонение дуг в поперечном магнитном поле имеет электродинамическую природу, то стабильность протекания процесса обуславливается взаимодействием катодного Fk и анодного Fa истоков. Всякая стабилизация катодного потока повышает устойчивость .

плазменной дуги. Воздействие друг на друга тангенциальных пос-=t ftl. гавляпцих гс увеличивают нормальные составляйте г к ,

способные подавлять плазменный поток с анода.

Это приводит, как показано в работе, к увеличению критической длины дуги- ¿çjKpum. ir угла отклонения" сС крит. по сравнению с осесимметричным горением дуги, оСкриш. для исследуемого процесса составляет ^ 60°.

С целью определения влияния величины отклонения, сжатой дуги проводился эксперимент в диапазоне токов ^zb j=Ï00...200A, диаметр канала плазмообразушцего сопла da =2...4 .10 расход плазмообразующего газа (аргона) Qrui =8,0...50 .Ю~°м3/с, расстояние от среза сопла до изделия t^i =6...12 *I0""~m и индукции поперечного магнитного поля, наводимого второй дугой В2=0...б • 10~%л.

Перемещение дути, с достаточной для практики точностью монет быть предстаалено в виде эмпирической формулы:

где, Кп - коэффициент пропорциональности, учигыващий степень обжатия дуги.

Определена максимальная напряженность магнитного поля, создаваемого второй дугой, определяющая критический угол ^крит.,

Данная формула позволяет определить максимальные значения параметров Еторой дуги при стабильном горении первой.

Для исследования температуры деойной плазменной дуги использовался монохроматор МИ. с обратной .линейной .дисперсией 30-40А/мм, спектральная цель располагалась перпендикулярно оси дуги. Регистрация спектров осуществлялась с помощью фотоумножителя *ЭУ-79(4) через выходную ¡цель ионохроматора. Излучение от дуги прерывалось диском модулятора с частотой I кГц. При измерении абсолютных кнтенсизностей и излучения в качестве эталонного источника

использовалась колиброванная вольфпамовая лампа СИ-8-2С0 Ц.

о о

Для измерения был выбран участок спектра от 6800 А до 71С0 А, на котором находятся линии Аг I , пригодные для определения температуры дЕ > I эВ.

Для определения температуры плазменной дуги использовался графический метод относительных интенсивноетей и строилась зависимость:

-то-

гда Хк1\ Ак1- УкЬ _ относительная интенсивность, коэффициент ЭнптеЯна и частота перехода к-1 ; Ек к - энергия возбуждения и статический вес к-го энергетического уровня.

Точки данной зависимости локатся на щт^ую линию (Больцма-новское распределение) и по углу наклона прямой уЗ к энергетической оси определяет температуру газа :

^к-гГк,:]

где £ ~ постоянная Больцмгна.

Установлено, что при угле взаимодействия плазменных дуг ^ > 60° распределение по сечению двухдуговой плазмы имеет один максимум в центральной области. При меньших ^ - максиму-

располагаются на осях плазменных .дуг (рис.1). Увеличение температуры б центральной области свидетельствует о повышении плотности тока в ней.

Для исследований радиального распределения плотности тока двойной плазменной дуги был применен метод секционированного анода с линейным зондом.

Зависимость мендзу измеряемой величиной и соответствующей плотность» удается решить посредством подстановки в интегральное уравнение Абеля:

у (, ; - Jr J ^

Как видно, измеряемый параметр представляет собой первую производную (по значению) параметра. Это позволяет получить более точные результаты, чем появление двойкой производной при

исследовании плоскими разрезными анодами.

Показано, что распределение плотности тока мокет быть двух типов: с одним,и двумя экстремумами (рис.2). Были определены условия для получения распределения плотности с максимумом в центре двухдуговой плазмы:

при У ^ > од а.

Установлено, что при данном условии плотность анодного тока в 1,5-2 раза болыга, чем для традиционной скатой дуги и при У 1-2 А достигает 50 А/мм^, а его распределение располагается на более узкой полосе.

Были изучены тепловой радиус и плотность теплового потока плазмы, поступающего на анод. Исследования проводились такзе методом линейного зонда.

Экспериментально-установлено, что при увеличении тока до ЮОА теплозой радиус умекезгаетея, что связано с ДЕженяем анодных пятен при электромагнитном взаимодействии дуг. При дальнейшем увеличении значений г-2 тепловой радиус /?о<р растет незначительно. Однако, пиковое значение теплового потока /пах имеет значительное приращение. Изучено влияние расхода плазменного газа О. л*' на О. тал и /?з<р , с увеличением расхода газа максимальная плотность теплового потока и радиус угла. Это можно обосновать тем, что при постоянной силе тока я увеличивающемся расходе плазменного газа возрастает электрическая мощность плазменных дуг, а такие дуга становится более "жесткой", уменьшая степень электромагнитного взаимодействия дуг, следовательно, тепловой радиус увеличивается.

- гя-

Показанс, что с увеличением длкны дуги С^-юах не уменьшается как у однодутовой плазмы, а растет вместе с Зтс является яють какуцимся противоречием, т.к. уравнение плотности теплового потока Ц — ^•YCm-Tm + Жля'С^гаЫ Т™ ) содержит произведение плотности гада и температуры.

Пр:: увеличении дугового промезутка двойкой плазменной дуги распределение плотностей тока располагаются на более узкой и высокой полосе к являясь функцией температуры, приводят к увеличении максимальных значений теплового потока.

При увеличении угла взаимодействия с 50° до 70° происходит уменьшение теплового радиуса в 2 раза, однахо, это в больсей степени связано с пространственным движением сжатых дут. Таким образок, происходит увеличением. (jim<zx ,что. свидетельствует об увеличении концентрация теплового потока.

В работе было ис.следовано динамическое давление двойной плазменной дуги. Экспериментальная установка состояла из зодо-охлаздаемого имитатора изделия с калиброванным отверстием 0,5 'IQ~cu, соединенного с водяных U-образньы манометром.

Установлено, что при одной к той ке электрической мощности двухдуговая плазма имеет газодинамический напор в 3-4 раза меньше, чем одна дуга. Динамическое давление есть произведение

I t гВ

скорости и плотности газа: =~р V . Умэньпение давле-

ния двойной дуги можно объяснить взаимодействием встречно направленных катодных струй, уменыпаюарк скорость плазменного потока. Этик такгсе объясняется возрастание динамического давления при увеличении расхода плазмаобразующего газа.

Скорость плазменных струй уменьшается с увеличением расстояния от сопла до изделия. Это объясняет установленную в работе

зависимость

Определено, что давление однодуговой плазмы мало изменяется от отклонения ее от нормали. В двухдуговой плазме с увеличением угла взаимодействия давление в центре двойной плазмы увеличивается из-за перемещения стробируищэго отверстия с внесней оболочки к центру и максимумы перемещаются к осям сгатых дуг.

Показало, что используя тепло сварочной ванны для расплаз-ления присадочного металла, подогретого плазменной дугой, мояно повысить производительность сварки при одновременном уменьшении удельного теплового влокения. Превышение средней температуры ванны над точкой плавления аусгенитных сталей составило 100-ЗС0 К на всех исследуемых рехчмах.

Разработана программа, позволяющая расчитывать температуру нагрева присадки в сварочной ванне в зависимости от заданных технологических параметров. На основе полученных данных оптимизированы зависимости скорости подачи присадочной проззлоки от тока подогревающей, плазменной дуги.

Показано, что при оптимальных соотношениях технологических параметров 0,в1; £/св2; ТХСЗ\ <9 ш 2 «ассовая

скорость плавления присадочного металла может достигать 20 кг/ч, что приближается к производительности автоматической сзарки под слюсом.

При изучении удельного тепловложения в изделие на единицу массы расплавленного присадочного металла было установлено, что при двухдуговой плазменной сварке в 2-2,5 раза уменьшается удельное теплозложение а изделие, а диапазон регулирования этой величины при заданной производительности процесса при помощи угла взаимодействия *~И составляет 20.. .24£.

Лзучено влияние величины тока плазменных дуг на величину гроплавлепия и долю участия в шве основного металла, Показано, что с увеличением тока первой дуги с 100 А до 300 А глубина

о

прошгавления увеличивается с 0,5 до 1,7 '10 м, а доля участия основного металла в иве возрастает до 7,5%.

Оценено влияние дополнительной второй дуги на проплазление основного металла. При увеличении тока второй дуги, одновременно уменьшаем ток основной плазменной дуги при неизменной скорости плавления присадочной проволоки и других рзпимах. На образцах наблюдается уменьшение глубины проплавления с 1,0 до 0,8 •Ю-'3!,! при изменении тока ^ с 150 А до 300 А.

В третьей главе изложены результаты исследований процессов нагрева и плавления основного и присадочного металла двух-' дуговым плазменным источником нагрева.

Проведено определение эффективной тепловой мощности источника при помощи калориметрирования.

Установлено, что эффективная тепловая мощность двойной дуги С} и определяется главным образом величиной тока, а коэффициент сосредоточенности теплового потока К - сварочным током и углом взаимодействия. Для двухдуговой плазмы сосредоточенность теплового потока в отличии от одной дуги не уменьшается с увеличение!; силы тока, а имеет значительное приращение Д-^С.

Ксслздовзны зависимости Он и К от расхода плазмооб-разузщегс газа. Показано, что с увеличением расхода газа происходит рост эффективной тепловой мощности при уменьшении коэффициенте сосредоточенности теплового потока.

Интересными являются результаты исследования эффективной тепловой мощности от изменения угла взаимодействия дуг ¿f

При увеличении угла ^ с 50° до £5°, эффективная тепловая мощность, передаваемая двойной плазменной дугой на калориметр снижается с 3,8 кДж/с до 3,0 нДк/с (ркс.З), что может быть объяснено с уменьшением скорости плазменных потоков на достаточно большом расстоянии от анода. Сникекке скорости плазменных струй приводит к уменьшению относительной доли конвективного потока к полкой энергии передаваемой аноду.

Показано, что ¿тол взаимодействия является вжкым

технологическим параметром, с поморю которого возмокно регулировать величину эффективной тепловой мощности ^ и в пределах до 20%, не изменяя других технологических параметров.

Проведен расчет температуры нагрева присадочной проволоки в плазме в зависимости от времени нагрева и показано, что плазменный нагрев более эффективен, чем нагрев проходящим током в диапазоне токов 100...200 А.

Исследование термического цикла двухдуговой плазменной сварки проводили экспериментально и расчетным путем, используя компьютерную программу, разработанную на кафедре "Сварка и защита от коррозии" проф-зссором, д.т.н.Хакимовьм А.Н. Сравнение результатов показало удовлетворительную сходимость значений.

Установлено, что процесс двухдуговой плазменной сварки характеризуется малы.:, по сравнению с одкодуговой плазменной сваркой, временем пребкания металла 313 в критическом интервале температур. Бремя пребывания в интервале 800-500°С для двойной дуги составляет 6-3 с при сварке стали 12Х18Н10Т толщиной 12,0 -16--М с г.огокной энергией С^/1Гса =1,1 мДк/м. Для традиционной плазменной дуги этот временной интервал равняется 21-23 с при той не погонкой энергии.

Долучены кривые распределения максимальных температур в

о

ЗТВ стали I2XI6HI0T толщиной 12 •Юм для разных погонных энергий. Показано, что увеличение скорости до 0,011 м/с приводит к уменьшению времени ^t qqo_5qo Д° 4-5 с, что сопоставимо с импульсной плазменной сваркой аустенитной стали толщиной

6,0 -icAi.

Установлено, что для изучаемого способа сварки характерны высокие скорости охлаждения. Увеличение скорости сварки с 0,007 к/с до 0,0011 м/с повышает мгновенную скорость с 92°С/с до 14о°С/с, а при увеличения угла взаимодействия с 50° до 65° мгновенная скорость ^gco увеличивается на 14-16$ (рис.4),

В четвертой главе представлены результаты оптимизации reo-. метрических размеров конструктивных элементоз подготовки кромок для автоматической двухдуговой плазменной сварки с предварительной подваркой ыва. Выбранной угол разделки 30 - 2° в 2 раза меньше для аналогичной толдины 14... 14 «Ю^м при сварке под флюсом (Ш 2658-85).

Проведены исследования стыкоеых СЕарных соединений толщиной 12...18 •10~°м за один проход с предварительной подваркой корня ива. Макроструктура сварных швов не имеет каких-либо явных дефектов. Количество неметаллических включений в сварных швах оценивали при просмотре на оптическом микроскопе нетравлен-ных шлифов при увеличении XICO. Качественный состав и количество неметаллических включений определяли по ГССТ 1778-70. Установлено, что неметаллические включения в сварных ивах встречаются значительно реже, че'/. в ивах,выполненных ручной аргоноду-говой сваркой.

Сод ерзание оС - фазы в металле ива, сваренного с приса-

дочной проволокой Св-06Х19НЮТ определяем на оС. -измерителе tf

FOSTER . Результаты измерений показали, что содержание оС -фазы находятся з диапазоне 3,0...5,7$.

Зона термического влияния у сварных соединений не превьша-

"3 3

ет 1,0 «10 и для металла толщиной 10-14,0 -Ю м. В ЗТВ был установлен незначительный рост зерна на 0,5...I балл.

Проведенный химический анализ сварных шзов показал, что выгорание легирукцкх элементов не происходит.

Механические испытания сварных образцов из стали марки I2XI6HI0T проводили на статическое растяжение и ударный изгиб. Предел прочности находится на уровне основного металла.

Проведены испытания сварных соединений на стойкость к ЖК по методике АЗУ ГОСТ 6032-89..По окончании испытаний-образцы . били загнуты на 90° согласно ГОСТ 6995-66. Трещин з шве и ско-лошоеном участке не обнаружено, что говорит об отсутствии МКК. Показано, что процесс двухдуговой плазменной сварки позволяет

о

качественно сзаривать стали I2XI8HI0T толщиной 12-18 .10 м за один проход, при гтом производительность повышается в 2,5... ...3,0 раза-по сравнению с автоматической сваркой под флюсом (по PTîi 2658-85).

Проведены* исследования по сварке никельхромомолибденового

%

сплава -XHôS.'S. Применение существуэдих технологий ограничивает величину погонной энергии до 12 кДк/см, дальнейшее увеличение ее приводит к появлению меккристаллитной коррозии на линии сплавления и в сколо^овной зоне.

Выявлено, что увеличение концентрации теплового потока увеличиваем допустимую величину погонной энергии. Применение двухдуговой плазменной технологии позволяет проводить СЕарку пластин 10 'Ю-"« с погонными энергиями до 15-17 кДз/см. Прове-

- /<?-

денные исследования на ЙКК показали, что в отдельных случаях меякристаллитная коррозия ива достигает 20 мкм, а линии сплавления до 60 мкм. Это объясняется различны!.1и требованиями к содержанию в основном металле углерода, кремния и аелеза. Согласно ТУ 2240-77 содержание этих элементов рекомендуется ограничивать до С < 0,03£; б'| ^ 0,10%; Ге < 0,50%, в то же время по ТУ 14-1-638-72 ограничение этих элементов составляет С г; 0,035%; ¿1 < 0,155?; Яе ^ 1,5-%.

В реальных условиях сварки такой разброс в требованиях к содержании этих элементов в сварочных материалах и основном металле приводит к нестабильным результатам.

Сплав ХН65Ж на никелевой основе имеет в закаленном состоянии структуру ^ -твердого раствора с ввдалекиями первичных карбидов типа л^С по границам, а тагсзе карбидоз А/6 (СУ) . При нагреве в интервале температур'650,..ПСОсС этот сплав скло: ен к выделению карбидов и интерметаллидннх фаз по границам зерен в Еиде цепочек,^в результате згого в некоторых агрессивных средах металл подвергается ЖК. Повышение коррозионной стойкости может быть достигнуто за счет уменьшения времени пребывания металла в области критических температур с 15 до 3-4 с.

Увеличение скорости кристаллизации сварочной ванны оказывает положительное влияние на структуру шва, вследствии снижения интенсивности протекания диффузионных процессов, в результате которых происходит выделение вторичных фаз и обеднение границ зерен.

Результаты коррозионных испытаний сварных соединений из сплава ХН65./13, выполненных с принудительным охлаждением, показали, что их свойства отвечает требованиям ОСТ 26-01-856-50.

Глубина коррозии линии сплавления не превышала 30 мкм. Сравнение механических свойств сварных соединений, выполненных дзой-кой дугой показало, что по сравнению с ручной покрытыми электродами и ручной аргонодуговой сваркой, соединения, выполненные плазмой имеют предпочтение. При GS =900 МПа для основного металла предел прочности составил 650 ¡¿Па, 795 :<51а, и 805 ¡¿Па соответственно.

Угол загиба исследуемых сварных соединений составил 130°.

Применение способа сварки двойкой плазменной дугой позволило увеличить производительность сварки сплава ХН65.'.3 в 1,5-2 раза с оптимальны.; соотношением коррозионной стойкости и комплекса механических характеристик.

По результатам проведенных исследований разработаны оборудование и технологические рекомендации по двухдуговой плазменной сварке аустениткых сталей и сплаЕоз, при этом производительность возрастает в 1,5-3 раза.

Выводы по работе

1. Установлено, что в результате электромагнитного взаимодействия сжатых дот1 и их плазменных потоков повидается устойчивость дуги, критический утол отклонения увеличивается на 15° пс сравнению с однодутовой плазмой и достигает 60°.

2. Впервые показана зависимость электрофизических, тепловых и технологических параметров от степени электромагнитного взаимодействия святых дуг - угла взаимодействия ^ . При увеличении параметра ^ с 46° до 67° происходит увеличение максимального значения плотности тока J max v. плотности теплового потока ь 2,0...2,5 раза, а их распределения располагаются

-Zo-

ns. более узкой и высокой полосе.

Установлено, что двойная сжатая дуга обладает в 3-4 раза меньшим динамическим давлением, чем традиционная плазма. Яри взаимодействии плазменных потоков происходит уменьшение их скоростей, величина которых прямопропорционально связана с давлением дуги.

3. Показано, что увеличение параметра ^ позволяет уменьшать величину эффективной тепловой мощности до 20^, не изменяя Iq , IX^ , Q/u, при этом происходит увеличение • коэффициента сосредоточенности теплового потока К с 3,2 см~^ до 5,0см"^ (при реаиме С^2=Ю0А, U$=Z?b, 5m=3,6 Л/мин, =4,0 х

о

х Ю м). Выявлена зависимости с^и от основных технологических параметров С/сб, Cg , Qn*, Hg и показана возможность увели- . чения коэффициента сосредоточенности К на 2,0% при увеличении тока плазменных дуг ( > I00A).

4. Показано, что производительность процесса плавления присадочной проволокой двухдуговой плазменной сварки достигает 18-20 кг/ч, что сравнимо с автоматической сваркой под флюсом проволокой того ае диаметра. Регулирование угла ^ позволяет изменять массовую скорость плавления присадочной цро волоки в пределах 6,2-8,8 кг/ч без изменения энергетических параметров процесса.

В результате перераспределения доли конвективного теплового потока от анода к обесточенной присадочной проволоке удельное тепловложение в изделие на единицу массы расплавленного металла в 2,5 раза меньше, чем при процессе сварки одной сжатой дугой. Диапазон регулирования этой величины при заданной производительности процесса при помощи утла взаимодействия ^ составляет 20...2456.

5. Изучены термические циклы процесса двухдуговой сварки для сварных соединений из аустенитных сталей и сплавов. Показано, что время пребывания в интервале температур 600-500°С в 2-3 раза меньше, чем при традиционной сзарке сжатой дугой и

мокность регулирования мгновенной скорости охлаждения ^500 на 14-165», при изменении угла взаимодействия плазменных дуг ^ в пределах 50-65°.

6, Разработано оборудование и технологические рекомендации

проход, при этом производительность увеличивается в 1,5-2 раза по сравнении с азтокйтической сваркой под флюсом. Уменьшение количества тепла, получаемого основным металлом, а такяе.отсутствие повторных нагревов позволяет получать с покощью исследуемой технологии сварные соединения с высокими механико-коррозионными свойстваии.

.Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Алексеев A.B., Шевченко А.Э. Физико-технологические характеристики двухдугового плазменного источника нагрева.//Сварочное производство. -1992. -Jfß.-c. 21-22.

2. Шевченко А.Э. Высокопроизводительная технология двухдуговой плазменной сварки нернавевцих сталей и сплавов средних и больших толщин. //Проблемы развития нейгега'зового ко-шлекса страны: Всесоюзная конференция. Тез.доклада, -л.-1991.-е. 120.

составляет 6-8 с (пои

Установлена воз-

РисЛ. Распределение температуры в двухдуговой плазме

ьо

30

т

3 V У

6,0 1<Л 2.0 О 2.0 4.0 6.0 Я*!Ом

Рис.2. Характер распределения плотности тока на аноде в плазменных дугах

1 - угол взаимодействия дуг ^ - и6

2 - угол взаимодействия дуг^ =67°;

3 - одно дуговая плазма .