СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПОЛОС В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ
ARC GAS-SHIELDING WELDING OF STRIPS

Предлагаемое изобретение относится к сварочному производству, а именно к способам сварки полос, выполняемой на специализированных машинах, которые устанавливаются в непрерывных металлургических агрегатах, например травильных линиях, агрегатах укрупнения или формирования рулонов.
К свариваемым соединениям полос, которые затем подают на холодную прокатку, предъявляются высокие требования не только по пластичности и прочности, но и по форме швов. Так как сварные соединения прокатываются вместе с полосами, то на них действуют усилия, приближающиеся к пределу текучести для данного материала, и при заходе в прокатную клеть стыки не должны ударно воздействовать на валки. Такое воздействие приводит к возрастанию усилий в очаге деформации и может вызывать обрывы сварных швов при прокатке и повреждение прокатных валков. Наиболее приемлемыми сварными швами, поступающими на прокатку в укрупненных сваркой рулонах или сформированных рулонах из полос, являются швы, сваренные или зачищенные заподлицо с полосами. Сварные швы, выполняемые в среде защитных газов с подачей присадочной проволоки, практически всегда имеют усиление и требуют последующей зачистки. Наиболее трудно получить сварные швы заподлицо с полосами при сварке в среде защитных газов неплавящимся электродам в тех случаях, когда присадку невозможно применить из-за несоответствия его химического состава с химическим составом полос, например, при сварке полос из прецизионных сплавов. Применяемые в этих случаях плазменная или аргонодуговая сварка без присадочной проволоки всегда дают уменьшение сечение в стыке в виде мениска из-за угара расплавленного металла. При транспортировке такого шва с ослабленным сечением к прокатному стану легко можно получить складку по месту шва, а при заходе такого шва в прокатные валки происходит торможение, вызывающее нарастание усилия на шов, что часто приводит к его обрыву.
Известен способ подготовки сварных швов, полученных газоэлектрической сваркой, для улучшения их прокатываемости уменьшением толщины металла в местах сплавления сварного шва с основным металлом, при этом местам сплавления придают форму цилиндрических канавок глубиной 0,3…0,5 мм (см., например, авт.св. №688306 (СССР) B23K 9/16 / Гражданкин С.Н., Владимиров С.М., Соколов В.А. и др. Опубл. в БИ №36, 1979, с.39).
Однако такой способ обработки сварного шва перед прокаткой малопроизводителен и не может быть применен в непрерывных металлургических агрегатах.
Известен также способ обработки сварного шва с нанесением на поверхность шва микрорельефа в виде прямолинейных однонаправленных рисок вдоль или поперек швов (см. авт.св. №796241 (СССР) C21D 07/04, B23K 11/00 / Мазур В.Л. Опубл. в БИ №36, 1979, с.39). Этот способ подготовки сварного шва позволяет уменьшить коэффициент трения в момент его прокатки за счет увеличения толщины смазочной пленки в очаге деформации.
Однако этот способ трудно применять на практике, так как для этого следует сразу после сварки контролировать свойства шва, например, замером твердости или другим неразрушающим способом контроля для сравнения со свойствами основного металла полос, чтобы определить направление микрорельефа либо предварительно сваривать образцы - свидетели.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ соединения концов полос под сварку (см. авт.св. №1625638, SU, B23K 37/40 / Иванов В.А., Соколова О.В., Булыгин А.Д. и др., опубл. в БИ №5, 1991, с.40), при котором подготовку под сварку концов полос осуществляют встроенными в устройство ножницами двойного реза.
Однако при этом рез в ножницах обеих полос осуществляется при перемещении верхнего суппорта вниз и заусенец всегда направлен в сторону сварочной подкладки, то наличие заусенцев не дает возможности плотно прижать полосы к ней и приводит к образованию прожогов и вытеканию металла шва снизу полос. Поэтому ножи ножниц всегда настраивают без зазора, чтобы предупредить образование заусенцев, а это не дает возможности использовать избыток металла в виде заусенцев для компенсации угара расплавленного металла шва.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение сварных швов с необходимой для прокатки формы, а именно заподлицо с полосами за счет возможности подготовки концов полос под сварку при наличии излишка металла свариваемых полос вблизи плоскости стыка перед сваркой.
Технический результат достигается тем, что в способе дуговой сварки полос в среде защитных газов, включающем подготовку свариваемых концов обрезкой гильотинными или дисковыми ножами, установку полос под сварку на медной подкладке без зазора между торцами полос и сварку, обрезку полос производят с зазором между ножами с образованием заусенцев на торцах полос, полосы укладывают на сварочную медную подкладку заусенцами вверх, прижимают их сварочными зажимами, перемещают сварочную горелку вдоль состыкованных полос и осуществляют сварку неплавящимся электродом.
Заявляемый способ дуговой сварки полос в среде защитных газов приведен на фиг.1, 2 и 3.
На фиг 1 показано поперечное сечение концов полос после обрезки на ножницах с гарантированным зазором перед установкой под сварку;
на фиг.2 показано поперечное сечение стыка (незаштрихованный участок на чертеже) полос толщиной 3 мм из горячекатаной стали Х18Н10, обрезанных с заусенцами (показаны на чертеже) на торцах и сваренных неплавящимся вольфрамовым электродом в среде защитного газа - аргона;
на фиг.3 показано поперечное сечение стыка полос толщиной 3 мм из горячекатаной стали Х18Н10Т, обрезанных без заусенцев на торцах и сваренных неплавящимся вольфрамовым электродом в среде защитного газа - аргона.
Оба сварных образца сварены на одном и том же режиме сварки:
- диаметр вольфрамового электрода 1 мм,
- сварочный ток 220-230 А,
- напряжение сварочной дуги 22-24 В,
- скорость сварки 0,9 м /мин,
- расход аргона 15 л/мин.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом: подготовленные, обрезанные свариваемые полосы 1 и 2 укладывают заусенцами 3 вверх на медной подкладке 4 без зазора между торцами, прижимают их сварочными зажимами 5 и 6, перемещают сварочную горелку 7 вдоль состыкованных полос и осуществляют сварку неплавящимся электродом 8 с получением сварного шва 9 требуемой для прокатки формы.
Концы полос, подготовленные к сварке на ножницах с гарантированным зазором, имеют некоторый излишек основного металла вблизи торцов в виде заусенцев (фиг.1).
Излишек металла при сварке компенсирует угар расплавленного металла и заполняет зазор между торцами и образует шов заподлицо с состыкованными полосами (фиг.2). Так как полосы сварены без присадочного металла, то металл шва имеет литую структуру, незначительно отличающуюся от структуры основного горячекатаного металла полос. После прокатки рулонов со сварными швами и промежуточного отжига сварные швы по свойствам неотличимы от основного металла полос и могут оставаться в изделиях.
Шов полос, которые обрезаны без заусенцев, имеет ослабление в поперечном сечении в виде мениска 10 из-за угара расплавленного металла и заполнения им небольшого (макроскопического), но все же имеющегося при установке зазора между торцами свариваемых полос (фиг.3). Такое ослабление сечения шва при прокатке вызывает обрывы сварных швов.
Таким образом, предлагаемый способ дуговой сварки полос в среде защитных газов, включающий подготовку свариваемых концов обрезкой гильотинными или дисковыми ножами, установку полос под сварку на медной подкладке без зазора между торцами полос и сварку, при котором обрезку полос производят с зазором между ножами с образованием заусенцев на торцах полос, полосы укладывают на сварочную медную подкладку заусенцами вверх, прижимают их сварочными зажимами, перемещают сварочную горелку вдоль состыкованных полос и осуществляют сварку неплавящимся электродом, позволяет:
- более эффективно использовать сварочные дуговые машины, установленные в высокопроизводительных непрерывных металлургических агрегатах для получения на них сварных швов полос, пригодных для последующей холодной прокатки укрупненных или сформованных сваркой рулонов;
- исключить дополнительную обработку швов при подготовке их к прокатке;
- исключить обрывность сварных соединений при прокатке, приводящих к выводу из строя прокатных валков, тем самым повысить ресурс работы прокатного оборудования.