ГОРЕЛКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Полезная модель относится к области сварки неплавящимся электродом, а точнее, к устройствам для ремонта узлов из сталей и алюминиевых сплавов методами сварки.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является горелка для ручной дуговой сварки в защитных газах неплавящимся электродом. Указанная горелка содержит корпус с газовой камерой, цангу, неплавящийся электрод и сопло (Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: Учебник для вузов. - 2-е изд. испр. и доп. /А.И.Акулов, В.П.Алехин, С.И.Ермаков и др./ Под ред. А.И.Акулова. - М.: Машиностроение, 2003. - с.186, рис.4.16 а).
Применение данной горелки для устранения дефектов механической обработки деталей, таких как протяженные зарезы, связано с наплавкой большого объема металла на дефектный участок. Существенным недостатком данной горелки является то, что в процессе наплавки наблюдается образование дефектов в металле в виде несплавлений, которые снижают механические свойства металла детали на ремонтном участке
детали. Кроме того, при проведении ремонта во вне цеховых условиях возможно увеличение влажности защитного газа (аргона) за счет подсоса воздуха в зону сварки. В этом случае наблюдается формирование большого числа пор в металле наплавки и участков несплавления с оксидными пленками.
Отмеченные недостатки существенно сдерживают применение сварки неплавящимся электродом в защитных газах для ремонта ответственных деталей с большим объемом наплавки.
Сущность заявляемой горелки, позволяющей устранить отмеченные недостатки при наплавке, заключается в том, что по оси горелки соосно электрода установлена изоляционная втулка с внутренним диаметром в 1.5-2 раза большим диаметра электрода. Изоляционная втулка соединяет газовую камеру корпуса горелки с соплом. Между корпусом горелки и соплом на корпусе закреплена проставка, снабженная дополнительной газовой камерой и рассекателем потока защитного газа.
Сущность заявляемой горелки поясняется чертежами: на фиг.1 показана схема горелки; на фиг.2 - ее разрез по плоскости А-А; на фиг.3 - излом сварного шва стали ВНС-2, полученного с помощью заявляемой горелки; на фиг.4 - излом сварного шва стали ВНС-2, полученного обычной горелкой.
Заявляемая горелка содержит корпус 1 с цангой 2, в которой закреплен неплавящийся электрод 3. Электрод 3 фиксируется в цанге 2 при помощи гайки 4. Для предотвращения утечки защитного газа и подсоса воздуха через цангу 2 на ней установлен защитный колпачок 5.
Горелка дополнительно снабжена проставкой 6, закрепленной на корпусе 1 горелки. На проставку 6 с противоположной по отношению к корпусу стороны навинчивается защитное сопло 9. Для ламиризации истечения потока защитного газа проставка 6 снабжена рассекателем 8 потока защитного газа.
По оси корпуса 1 горелки соосно электрода 3 установлена изоляционная втулка 7 диаметром в 1,5-2 раза большим диметра электрода. Изоляционная втулка 7 соединяет внутренний объем газовой камеры 11 с защитным соплом 9.
Через штуцер 10 в газовую камеру 11 корпуса 1 горелки подается инертный газ гелий, а через штуцер 12 в газовую камеру 13 проставки 6 подается аргон.
Горелка работает следующим образом. При ремонте дефектного участка изделия между электродом 3 и изделием (на чертеже не показано) возбуждается дуга. Через штуцер 10 гелий поступает в газовую камеру 11, а оттуда по кольцевому зазору, образованному поверхностью электрода 3 и внутренней поверхностью втулки 7, в сопло 9. Благодаря истечению по кольцевому каналу между электродом 3 и изоляционной втулкой 7 газовый поток гелия ламинаризируется, охлаждает электрод и обеспечивает надежную защиту зоны горения дуги от попадания компонентов воздуха.
Через штуцер 12 в газовую камеру 13 проставки 6 поступает аргон. Поток аргона ламинаризируется рассекателем 8 и попадает в сопло 9. Поток аргона оттесняет воздух из зоны сварки и обеспечивает большую площадь защиты нагретой поверхности металла.
При внутреннем диаметре изоляционной втулки 7 менее, чем в 1.5 раза большим диаметра электрода 3 наблюдается сильное торможение потока гелия и его завихрение на выходе из изоляционной втулки 7 в сопло 9. Это приводит к нарушению качества защиты зоны наплавки.
Увеличение внутреннего диаметра изоляционной втулки 7 более, чем в 2 раза превышающим диаметр электрода 3 нецелесообразно, так как при этом для обеспечения требуемой защиты зоны сварки необходимо увеличение расхода гелия. Кроме того, в этом случае увеличиваются габариты горелки.
Заявляемая горелка была опробована при подварке дефектов на пластинах из стали ВНС-2. Ручная дуговая сварка двухканальной горелкой
пластин из стали ВНС-2 толщиной 12 мм для проведения механических испытаний проводилась на режиме:
Корневой шов - 100А;
2-4 слой - 120А;
последующие слои - 130А.
Выполнялась послойная зачистка металлической щеткой. При сварке использовалась присадочная проволока св. ЭП-659 АВИ. Расход газов составлял 16 л/мин (аргона - 12 л/мин и гелия - 4 л/мин). Использовался аргон с точкой россы -52°С, а также увлажненный аргон, пропущенный через воду в специальном сосуде. Точка росы увлажненного аргона составляла +5°С.
Ударная вязкость металла шва определялась на стандартных образцах с надрезом «Менаже» размером 10×10 мм. Надрез выполнялся поперек сварного шва (от корня к вершине). Испытание на замедленное разрушение постоянной нагрузке производилось на образцах с острым надрезом по сварному шву.
Результаты механических испытаний соединений, сваренных двухканальной горелкой приведены в табл.1 и 2.
Результаты проведенных исследований показали, что применение заявляемой горелки позволяет получать сварные соединения из стали ВНС-2 с идентичными механическими свойствами как при сухом (точка росы -52°С), так и при увлажненном аргоне. Эти соединения не чувствительны к замедленному разрушению при постоянной нагрузке.
Сварные соединения, выполненные в среде увлажненного аргона обычной горелкой, имеют низкую прочность при испытании на замедленное разрушение (800 МПа) по сравнению с соединениями, сваренными заявляемой горелкой (1600 МПа).
Выполненные эксперименты позволили установить, что незначительное раздельное добавление гелия в газовую защиту (около 10%) практически полностью устраняет наличие оксидных плен
в изломах сварных швов. На основе фрактографического анализа изломов металла шва был выбран состав газовой защиты, содержащий 75% Аr и 25% Не. Излом сварного шва, выполненного с оптимальным содержанием газов, представлен на фиг.3. Излом имеет мелкозернистый характер, пластичный при отсутствии дефектов. Для сравнения на фиг.4 представлен излом шва, полученного обычной горелкой. В изломе видны участки несплавления и залегания оксидных плен.
Таблица 1Механические свойства сварных соединений стали ВНС- 2 толщиной 12 мм
Влажность аргона
Точка росы, °С
Прочность надрезанного образца, МПа
Ударная вязкость сварного шва, Дж/см<sup>2</sup>
Твердость металла шва HRC
ГОСТ101157-82
-52
<img he="10" wi="27" file="00000002.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img he="10" wi="21" file="00000003.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
28-31
Увлажненный аргон
+5
<img he="10" wi="27" file="00000004.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img he="10" wi="22" file="00000005.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
29-32
Таблица 2Замедленное разрушение при постоянной нагрузке образцов с острым надрезом по сварному шву
Газовая защита
Влажность аргона
Точка росы, °С
Содержание диффузионно-подвижного водорода в шве, см<sup>3</sup>/100 г
Прочность надрезанного образцаМПа
Прилагаемые напряжения
Время до разрушения
Гост 10157-82
-52
0,2
1720
1600
10 суток без разрушения
Ar
Увлажненный
+5
5,7
1650
1000
Разрушение через 16 часов
800
10 суток без разрушения
Комбинированная Ar+He
Гост 10157-82
-52
-
1600
1500
5 суток без разрушения
Увлажненный
+5
-
1700
1600
7 суток без разрушения
Таким образом, использование заявляемой горелки для устранения дефектов ответственных деталей методом подварки позволяет существенно повысить качество и надежность металла в зоне подварки.