Способ электрошлаковой сварки пластинчатым электродом

 

Использование: изготовление сварных конструкций из высокотеплопроводных металлов и сплавов, например медных и алюминиевых , методом электрошлаковой сварки . Сущность: процесс электрошлаковой сварки составным пластинчатым электродом заключается в подаче в шлаковую ванну при расплавлении электрода компонента, имеющего большее электрическое сопротивление , чем хлоридно-фторидный расплав шлаковой ванны. Частицы графитового порошка, находясь в шлаковой ванне, увеличивают ее сопротивление, чем вызывают повышение тепловой мощности процесса без увеличения напряжения сварки. Это по зволяет достаточно устойчиво прогревать свариваемые кромки и обеспечивает лроплзвление на требуемую глубину. Е это1/, случае пластинчатый электрод является гк сителем графитового порошка. Графит наносят на боковую поверхность по /райнсй мере одной из пластин электрода в количестве 2-4% от объема шлаковой ванны 1 табл. . Чивкге

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 23 К 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ --"

Ф. ,с

С) 0 «

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4759981/08 (22) 20,11.89 (46) 23.06.92. Бюл. N 23 (71) Институт электросварки им. Е. О. Патона (72) Д, А, Дудко, А, Н. Сафонников и Я, Ю.

Компан (53) 621,791.793(088.8) (56) Электрошлаковая сварка и наплавка./

Под ред. Б. Е. Патона. — М.: Машиностроение, 1980, с. 402, Патент США

¹ 3885121, кл. В 23 К 25/06, 1975.

Авторское свидетельство СССР

¹ 261613, кл, В 23 К 25/00, 1969. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ ПЛАСТИНЧАТЫМ ЭЛЕКТРОДОМ (57) Использование: изготовление сварных конструкций из высокотеплопроводных металлов и сплавов, например медных и алюИзобретение относится к сварочной науке и технике, преимущественно к электрошлаковой сварке при изготовлении сварных конструкций из высокотеплопроводных металлов, таких как алюминий, медь и сплавы на их основе. Широко может быть использовано при соединении элементов сварных конструкций, имеющих компактные швы, например ошиновка электролизеров, печей графитизации, круп нога баритн ых кольцевых изделий.

Известны способы электрошлаковой

csBpKM пластинчатым электродом различных мегаллов, где в качестве электродного металла используются пластинчатые элект., . Ж,„, 1742009 А1 миниевых, методом электрошлаковой сварки. Сущность: процесс электрошлаковой сварки составным пластинчатым электродом заключается в подаче в шлаковую ванну при расплавлении электрода компонента, имеющего большее электрическое сопротивление, чем хлоридно-фторидный расплав шлаковой ванны. Частицы графитового порошка, находясь в шлаковой ванне, увеличивают ее сопротивление, чем вызываю1 повышение тепловой мощности процесса без увеличения напряжения сварки. Это позволяет достаточно устойчиво прогревать свариваемые кромки и обеспечивает проплавление на требуемую глубину. В это:: случае пластинчатый электрод является н, сител м графитового порошка. Графит на. носят на боковую поверхно: гь по крайней мере одной из пластин электрода в количестве 2 — 4% от объема шлаковой ванны.

1 табл. роды в виде полос листового материала, По мере перехода от свариваемого металла с низкой теплопроводностью и высоким электросопротивлением к металлу высокотеплопроводному и с меньшим электросопротивлением требуется значительно большая тепловая мощность сварочной ванны для обеспечения качественных сварных соединений, Недостатком известных способов электрошлаковой сварки пластинчатым электродом высокотеплопроводных металлов является ограниченная возможность увеличения тепловой мощности шлаковой ванны при использован,и солевых расплавов, со1742009 стоящих из галогенидных соединений щелочных и щелочно-земельных металлов. Использование же последних диктуется технологическими соображениями, в частности укаэанные системы хорошо растворяют окисную пленку на свариваемых кромках. Использование известного способа сварки пластинчатым электродом требует значительного увеличения сварочного тока, что делает процесс энергоемким, особенно при сварке алюминия.

Известно решение по повышению тепловой мощности шлаковой ванны путем установки в формирующем приспособлении элемента омического сопротивления для подогрева и предварительного расплавления флюса, обеспечивающее повышение температуры шлаковой ванны.

Недостатком данного решения является усложнение формирующего приспособления, причем указанный подогрев не обеспечивает повышение тепловой мощности на протяжении всего процесса сварки, его преимущества весьма ощутимы лишь на начальной стадии процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является способ электрошлаковой сварки пластинчатым электродом, согласно KOTopoìó пластинчатый электрод конструктивно выполнен в виде составного электрода, состоящего из OTpåëüíûõ тонких пластин, изолированных одна от другой слоем флюсующей пасты. Во всех случаях пластины, располагающиеся против свариваемых кромок, не находятся под электрическим потенциалом и выполняют роль теплового экрана.

При этом в состав пасты вводятся необходимые ингредиенты, которые понижают поверхностное натяжение металла на границе раздела металл — шлак. Использование пластинчатого электрода указанной конструкции позволяет уменьшить перегрев и рост зерна в околошовной зоне.

Однако применение такого электрода при сварке высокотеплопроводных металлов, таких как алюминий и его сплавы, приводит к непроварам свариваемых кромок в результате значительного снижения тепловой мощности, вводимой в шлаковую ванну, и образованию шлаковых включений из-за неполного расплавления шлакообразующих компонентов, наносимых на поверхности пластин. Кроме того, неравномерное плавление отдельных составных частей пластинчатого электрода предполагает значительное увеличение глубины шлаковой ванны при сварке алюминия, С целью устранения указанных недостатков при электрошлаковой сварке высо.котеплопроводных металлов составным

55 пластинчатым электродом рекомендуется способ сварки, при котором в шлаковой ванне повышают тепловую мощность за счет увеличения ее электрического сопротивления.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе сварки составной пластинчатый электрод рекомендуется выполнять из двух пластин, являющихся частью сварочной цепи, а на поверхность одной пластины наносят порошкообразный материал в виде графита.

Другим отличием является то, что количество графитового порошка выбирают в пределах 2 — 4 от объема шлаковой ванны.

Сущность процесса электрошлаковой сварки составным пластинчатым электродом с нанесенным порошком графита заключается в поставке в шлаковую ванну графитового компонента, имеющего большее электрическое сопротивление, нежели хлоридь о-фторидный расплав. Частицы графитового (угольного) порошка, находясь в шлаковой ванне, повышают ее электрическое сопротивление, чем вызывают увеличение тепловой мощности электрошлакового процесса без увеличения величины тока и напряжения сварки. Зто позволяет достаточно глубоко и устойчивее прогревать свариваемые кромки и гарантирует проплавление свариваемых кромок на требуемую величину. В этом случае составной пластинчатый электрод является носителем графитового порошка. Количество графитового порошка зависит от объема шлаковой ванны, но это количество не должно превышать определенного предела, а именно 2 — 4

%, В противном случае это будет сопровождаться резким увеличением вязкости шлака и ухудшением его технологических свойств (при наличии более 4 % графитово о порошка от обьема шлаковой ванны), либо недостаточным увеличением э ipêòðoñont>oòèâления шлаковой ванны и, как следствие, появлением непроваров свариваемых КроМоК.

Пример, Производят сварку деталей из алюминия толщиной 160 мм. Для образца размерами 160 х 300 х 500 мм собраны с зазором 60 мм с помощью формирующего приспособления, имеющего водоохла>кдаемую нижнюю часть. В качестве составнсго пластинчатого электрода служат две полось, из алюминия толщиной 10 мм, собранные вместе так, что общая толщина электрод составляет 20 мм. Предварительно на внутреннюю поверхность одной из r oã oñ (на опразделенной длине) наносят слой графитового порошка, общее количество Которого составляет 36 г. Зто количество порошка принято от фактического обьемэ

1742009

Увеличенис сопро, тивления шлаковой ванны при введении, пооош ха, о(1 l

15--18

30-35 шлаковой ванны при электрошлаковой сварке алюминия толщиной 160 мм, который равно 600 см . Порошок графита при сборке электрода расположен внутри, При последующем плавлении порошок графита вместе с каплей жидкого металла переносится в шлаковую ванну и находится в ней в виде суспензии. Пластинчатый электрод закрепляют в электродержателе и перемещают в зазор между свариваемыми образцами. Начинают процесс сварки путем возбуждения дугового процесса во входном кармане с использованием легкоплавкого флюса системы KCI — LiCi — LiF, После поэтапного наведения необходимого количества шлаковой ванны осуществляют процесс сварки на оптимальном режиме:

Ice=8000 А, Ucs=40 В, На указанном режиме получено сварное соединение с проплавлением по кромкам с двух сторон на 10 — 12 мм, В таблице приведены сведения по исследованию рекомендуемого способа сварки в широком диапазоне при сварке алюминия толщиной 160 мм, Как видно из таблиць1, при использовании в качестве шлаковой ванны флюсовой системы КСН 1С1-LIF с добавлением графитoBolo порошка позволя="г yâàëè÷èòü ее электрическое со ротиьление до 45 %. Однако оптимальным кол.чес-:ьом графитового порошка является предел в 30 — 35 % o0 отношению к повышаемому электрическому сопротивлению.

Преимущество данного способа сварки составным пластинчатым электродом за5 ключается в том, что непосредственно в процессе электрошлаковой сварки обеспечивается химическая обработка свариваемых кромок, что сопровождается удалением окисной пленки и хорошим сплавлением ме10 талла шва с кромками; устраняется возможность вытекания жидкого шлака из зазора; резко снижаются энергозатраты на ведение электрошлакового процесса, а также улучшаются условия труда при выполнении сва15 рочных работ, Формула изобретения

Способ электрошлаковой сварки пластинчатым электродом., при котором элект20 род выполняют составным по крайней мере из двух параллельных пластин, на внутреннюю боковую поверхность по крайней мере одной пластины наносят порошкообразный материал, отличающийся тем, что, с

25 целью повышения качества сварных соединений при сварке алюминиевых сплавов за счет увс ичен1.я эгектрического ooflpQT!.",ýпения шлаковой ванны, в качестве порошкообразного материала используют графит.

30 который вводят в LLlëàêoBólo ван;-.у B коли-1естве 2-4 % от ее обьема, T—

Характеристика поцесса и ка- 1 частво сварного соединения . !

1 ,! (!

Процесс сварки относительно ус1ойчивый. недостаточная; еп- I

1, левая мощность, в шве возмож- „ но появление непроваров

1 Процесс сварки устойчивый, вы-,,, плесков нет. Отсутствуют деф х1 ты в виде несплавлений и

1 непроваров. Качество сварных соединений хорошее.

1, I П роцесс сварки устойчи вы й, по-,:,

i вышенная вязкость шлака, отход формирующих планок от ! свариваемого сть1ка, возможно псявление в шве шлаковых включений и несплавлений