Способ электрошлаковой сварки разнородных металлов

 

Использование: сварка металлов плавлением , а именно электрошлаковая сварка стали и алюминия большой толщины. Может быть широко использовано в электротехнической промышленности для создания неразъемных соединений - контактов из разнородных металлов, таких как алюминий и сталь в установках для электролитического получения различных металлов. Электрошлаковая сварка производится пластинчатым электродом. Шлаковая ванна состоит из хлоридов и фторидов щелочных и щелочноземельных металлов, обеспечивающих постоянство температуры шлаковой.ванны на уровне 1035-1065°С. Такая температура создает условия для более полного растворения окисной пленки на кромках алюминиевой детали, несмотря на высокую температуру плавления этой пленки и обеспечивает нагрев стальной детали до температуры , при которой алюминий хорошо смачивает кромку. В качестве электродного металла используют алюминий, 1 табл. 1 ил. (Л С

C0I03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s В 23 К 25/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4754289/08 (22) 30.10.89 (46) 07.01,93. Бюл. N 1 (71} Институт электросварки им, Е.О,Патона (72) Д.А.Дудко, А,H.Сафонников и ЯЛО,Ком(56) Справочник по сварке. Под ред, И,А.

Акулова. Т, 4, — М„Машиностроение, 1971.

С. 216-2 18.

Электрошлаковая сварка и напланка.

Под ред. Б,Е.Патона. - M.: Машиностроение, 1980. С. 385-406. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ РАЗ Н О РОДН ЫХ М ЕТАЛЛ О В (57) Использование: сварка металлов плавлением, а именно электрошлаковая сварка стали и алюминия большой толщины, Может быть широко использовано в электротехниИзобретение относится к способам сварки металлов плавлением, а именно к электрошлаковой сварке стали и алюминия большой толщины, Может быть широко использовано в электротехнической промышленности для создания неразъемных соединений — контактов из разнородных металлов, таких как алюминий и сталь для электролитического получения металлов.

Широко известны способы создания контактных соедин-ний из разнородных металлов с помощью специальных переходников j1).

В качестве прототипа взят способ сварки плавлением меди со сталью (2). Однако указанный способ не обеспечивает качест„„ Ц„„1785857 Al ческой промышленности для создания неразьемных соединений — контактов из разнородных металлов, таких как алюминий и сталь в установках для электролитического получения различных металлов. Электрошлаковая сварка производится пластинчатым электродом, Шлаковая ванна состоит из хлоридов и фторидов щелочных и щелочноземельных металлов, обеспечивающих постоянство температуры шлаковой . ванны на уровне 1035-1065 С. Такая температу. ра создает условия для более полного растворения окисной пленки на кромках алюминиевой детали, несмотря на высокую температуру плавления этой пленки и обеспечивает нагрен стальной детали до температуры, при которой алюминий хорошо смачивает кромку. В качестве электродного металла используют алюминий, 1 табл, 1 ил.

QQ венных сварных соединений алюминия со (Л сталью при увеличении толщины сваривае- О мых деталей более 25 мм и совершенно непригоден для создания неразъемных сварных электрических контактов на узлах ошинонки электролизеров, в частности при сварке узлов из алюминия и стали.

Целью ивсбретения является устрвне- е ние указанных недостатков и создание ноного способа электрошлаковой сварки алюминия со сталью без образования интерметаллических прослоек н сварном соединении.

Поставленная цель достигается тем, что по способу электрошлаковой сварки пластинчатым электродом в качестве источника

1785857

4 нагрева шлаковой ванны, состоящий из хлоридов и фторидов щелочных и щелочноземельных металлов, процесс сварки осуществляют при температуре шлаковой ванны 1035-1065 С, в качестве электродного металла используют алюминий, Температура шлаковой ванны 1050 С создает условия для более полного растворения окисной пленки на кромках алюминиевой детали несмотря на высокую температуру плавления этой пленки и обеспечивает нагрев стальной детали до температуры, при которой алюминий хорошо смачивает кромку. Хиже этой температуры, например при 950 С, шлаковая ванна плохо растворяет А!20з, а стальная кромка недостаточно нагревается. Выше этой температуры, например при 1100 С, А!гОз растворяется хорошо, но наблюдается интенсивное испарение компонентов шлаковой ванны, йовышается удельное сопротивление жидкого алюминия, возрастают энергетические затраты, процесс становится неэкономичным. Температура шлаковой ванны 1050 С является оптимальной при сварке разнородных металлов, таких как алюминий и сталь.

Для обеспечения постоянства температуры шлаковой ванны на уровне 1050 С используется метод магнитной гидродинамики, а именно метод внешнего МГД-воздействия на шлаковую ванну в процессе сварки.

Ниже в таблице приведены сведения о влиянии различной температуры шлаковой ванны на характеристики сварного соединения алюминий-сталь vi качество металла шва.

Таким образом, данные таблицы подтверждают, что температура шлаковой ванны

1050 С позволяет получать более высокие и стабильные характеристики сварного соединения алюминий-сталь.

Шлаковая ванна одну из кромок, а именно стальную, обрабатывает только электрохимически, не доводя ее до расплавления, а другую алюминиевую одновременно обрабатывает и расплавляет. Обработанная стальная кромка хорошо смачивается металлической ванной и в процессе кристаллизации образует сварной LUoB без интерметаллических соединений на границе раздела.

В качестве электродного металла используется алюминий.

Рекомендуемый способ электрошлаковой сварки разнородных металлов поясняется примером конкретного выполнения сварного соединения на стали с алюминием и приведен на чертеже. На свариваемые кромки соединяемых деталей из стали I u алюминия 2 толщиной 70 мм устанавливают формирующие приспособления, состоящие из поддона, боковых кристаллизаторов 4 и выводных планок 5. К источнику питания (не показан) подключают сварочный электрод 6 и поддон 3. Наводят шлаковую ванну 7, температуру которой поддерживают на уровне

1050 С путем электромагнитного перемешивания всего объема ванны. Сварочный электрод 6 из алюминия вводится в зазор между кромками свариваемых деталей и постепенно заполняет зазор расплавленным

10 алюминием 8, который, кристаллиэуясь, образует сварной шов 9. При этом кромки стальной детали остались неоплавленными, а кромки детали из алюминия были оплавлены на 10 — 12 мм. В результате получено

15 сварное соединение, отвечающее требованиям заводских условий, Сварка осуществлялась на аппарате А-550 с источником

20 питания TLU С-10000/1.

Режим сварки: сварочный ток 3,5 ... 4,5 кА, напряжение сварки 30 ... 35 В, зазор между свариваемыми деталями 50 мм; сечение свариваемых деталей 90 х 115 мм, Рекомендуемый способ электрошлаковой сварки разнородных металлов обладает следующими преимуществами:

1) расширяет диапазон свариваемых материалов;

2) повышает производительность сварочныхх работ, причем с увеличением толщины свариваемых материалов повышение производительности сварочных работ может быть в 20 — 120 раз;

3) создается возмо>кность получения сварных элементов из разнородных метал30

35 лов большой толщины; динений при одновременной зкономии электродных материалов на 25 — 30 ;

5) улучшает условия труда сварщиков;

6) зкономический эффект от внедрения рекомендуемого технического решения на одном из заводов Минмонтажспецстроя

СССР (завод CMK) составляет не менее 100 тыс, руб. в год, 45

Формула изобретения

Способ электрошлаковой сварки разнородных металлов, при котором производят расплавление электродного металла в

50 перемешиваемой шлаковой ванне, обеспечивающей обработку свариваемых поверхностей и имеющей температуру выше температуры плавления электродного ме55 талла и ниже температуры плавления более тугоплавкого из свариваемых металлов, после чего обеспечивают кристаллизацию металла шва, отличающийся тем, что, с

4) исключает применение переходных

40 элементов для формирования сварных сое1785857 шлаковой ванны 1035 †106 С, при этом в качестве электродного металла используют алюминий.

Характеристика,сва ного с

Механические свойства

Температура шлаковой ванны, С ое инения

Качество металла шва и степень обработки кромок на алюминии д, %

Ф

Ог, МПа а, Дж/см на стали

Ое

МПа

35

Отсутствие полного растворения оксида А(гОз, в металле шва шлаковые включения, плены

1, Магнитное перемешивание.

2. Барботирование.

950 78

59

1050 92

Полное растворение оксида А!20з и перевод его в состояние суспенэии. Металл шва плотный, беэ пор и шлаковых Включений

110 72

29 целью повышения качества сварного соедикения при сварке алюминия со сталью, процесс сварки осуществляют и ри температуре

Резко возрастает летучесть компонентов шлаковой ванн нарушает процес сварки, п вышаетс удельное противл ние жидкого алюмини

Недостаточный нагрев кромки, ухудшение смачиваемости алюминием, несплошности íà границе сое инения

Кромки прогреты на глубину; хорошо смачива ются алюминием. Несплошности на границе сплавления отсутствуют

Кромки прогреваются на большую глубину, смачивание шается, вление ошее

Способы обеспечения равномерной тем пе ратуры по всему обьему шлаковой ванны

3. Применение расщепленного электрода, 4.Введение

Воэгоня ющихся либо кипящих при определенной температуре компонентов.

1785857

Составитель А, Сафонников

Редактор Н. Рожкова Техред M.Moðãåíòàë Корректор О, Густи

Заказ 217 .. Тираж Подписное

8НИИПИ Гасударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101