Способ электрошлаковой сварки

 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при изготовлении листовых металлоконструкций толщиной 10...40 мм. Согласно способу электрошлаковой сварки деталей в зазор между свариваемыми кромками подают ленточный электрод и изменяют распределение тока по сечению электрода наклоном изделия на угол а 8...60° к горизонтальной плоскости, величину тока, стекающего в шлак (шл), задают следующим соотношением: 1шл 1св гМа-В)/(0,35-а-В)-1, где св. - сварочный ток, А; Шл - сварочный ток, стекающий в шлак, А; В - ширина ленточного электрода, мм; 0,35 - эмпирический коэффициент; а VffoA F/оЬл. 5Эл. Оэп. - переводной коэффициент электропроводности, где 5фл. и дэп, - электропроводность флюса и электрода соответственно, (Ьфл.+ 3эл.) - периметр единицы поверхности электрода толщиной 5эЛ.. погруженной в шлак на глубину Ьфл.; Зэл. - сечение участка электрода, погруженного в шлак. 1 ил., 1 табл. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 23 К 25/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ вЂ” переводной коэффи(21) 4930385/08 (22) 21.01,Э1 (46) 07.04.93. Бюл. М 13 (71) Мариупольский.металлургический институт (72) Ю.B.ÁåëîóñîB и Е.И.Корягин (73) Мариупольский металлургический институт (56) Авторское свидетельство СССР

М 755473, кл. В 23 К 9/18, 1977.

Электрошлаковая технология за рубежом / Под ред, Б.Е.Патона. — Киев: Наукова думка, 1982, с. 16.

Электрошлаковая сварка / Под ред.

Б,Е.Патона. — М.: Машгиз, 1959, с. 117. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ (57) Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при изготовлении листовых металлоконструкций толщиной 10...40 мм. Согласно споИзобретение относится к области сварочного производства, а именно к процессам электрошлаковой и электродуговой сварки ленточными электродами, Цель изобретения — повышение качества сварного соединения при сварке ленточными электродами за счет изменения распределения тока по сечению электрода и интенсификации дугового процесса в пе- . редней части электрода.

Поставленная цель достигается тем, что по способу злектрошлаковой сварки в зазор между свариваемыми кромками подают плавящийся электрод, заготовки располагают под углом к горизонтальной плоскости, а величину тока, стекающего вшлак,,устанав„,53J 1807925 АЗ собу электрошлаковой сварки деталей в зазор между свариваемыми кромками подают ленточный электрод и изменяют распределение тока по сечению электрода наклоном изделия на угол а =8...60 к горизонтальной плоскости, величину тока, стекающего в шлак (l(Un), задают следующим соотношением: I())n=lcaph (а.В)/(0.35 а.B)-1), где Iсв.— сварочный ток, А; l())n — сварочный ток, стекающий в шлак, А;  — ширина ленточного электрода, мм; 0,35-эмпи ический коэффиЦИЕНт; а= ОфА О л. $эв, n, — ПЕРЕВОДной коэффициент электропроводности, где дфоп. и Ал. — электропроводность флюса и электрода соответственно, Ом см ";

Р=2(Ьфл.+ д».) — периметр единицы поверхности электрода толщиной д»., погруженной в шлак на глУбинУ h(ln., S». — сечение участка электрода, погруженного в шлак. 1 ил., 1 табл. ливают в соответствии со следующим соотношением:

1Ьй в1 „(,) ! где 1в)в. — св рочный ток, текающий через шлак, А;

I c e. — c BB P 0÷ H û É To K, A;

 — ширина ленточного электрода, мм;

0,35 — эмпирический коэффициент; циент злектропроводности, где oyn., ов. — электропроводность флюса и электрода соответственно, OM GM

1807925 р=2(1 ф„+ о„) — периметр единицы поверхности электрода толщиной Оэл. î ðóженной в шлак на глубину hy>., мм;

$„. — сечение участка электрода, погруженного в шлак, мм; ц, . — толщина ленточного электрода, Сущность заявляемого способа электрошлаковой сварки (ЭШС) с регулированием теплосодержания шлаковой ванны рассмотрим для процесса ЭШС, выбранного в качестве прототипа.

Для процесса ЭШС при наклонном расположении изделия наблюдается увеличенный теплоотвод в передней части шлаковой ванны в основной. металл и нижний ползун или подкладку. Для обеспечения проплавления корня шва предложено осуществить локальный дуговой процесс в передней части сварочной ванны, используя при этом ленточный электрод, учитывая его отличительные особенности по сравнению с проволочным. Так, проведенные ранее исследования особенностей плавления ленточных электродов показали, что распределение плотности тока в вылете электродной ленты неравномерно и зависит от места горения дуги на торце электрода, причем эта неравномерность увеличивается с приближением к месту горения дуги. Применительно к известному процессу ЭШС,интенсивность распределения плотности тока по сечению электрода в случае горения дуги в передней части сварочной ванныхарактеризуется градиентом контурной плотности тока.

Известно, что традиционный электрошлаковый процесс становится технологичнее с повышением электропроводности жидкого шлака. Но вместе стем для получения достаточной тепловой мощности, необходимой для расплавления свариваемых кромок, требуется существенное увеличение электрической мощности процесса (W=lce..÷øë.) При малых скоростях сварки, характерных для ЭШС, это вызывает перегрев металла в околошовной зоне (ОШЗ) и ведет к ухудшению служебных характеристик сварного соединения в целом, Локальный характер горения дуги на передней кромке ленточного электрода позволяет отказаться от использования значительных электрических мощностей, а задавая закон распределения тока (1) между дугой и шлаком, можно добиться требуемого перераспределения теплосодержания шлаковой ванны. Причем регулирование соотношения тока дуги и тока, стекающего в шлак, который и определяет теплосодержание шлаковой ванны, осуществляется посредством реализации следующих приемов, Изменение электропроводности участка электрода достигается путем нагрева его проходящим током. Известно, что при традиционной ЭШС происходит интенсивный предварительный подогрев вылета проволочного электрода. Полагая, что при некоторых допущениях проволочный электрод

10 можно рассматривать как линейный проводник тока, а ленточный — как плоский, появляется возможность управлять в "сухом вылете" электропроводностью ленточного электрода, что невозможно для проволоки.

"5 В свою очередь, изменение электропроводности по сечению в вылете ленточного электрода оказывает влияние на теплосодержание шлаковой ванны и соответственно на характер проплавления свариваемых

20 кромок. Вышеизложенное предположение подтверждается следующим примером, Известно, что сопротивление некоторого проводника R пропорционально его длине, т.е.

В- p I/$, где p — удельное сопротивление некоторого проводника; S — поперечное сечение; 1 — длина проводника. Используя это свойство, предложено изменять теплосодержание шлаковой ванны путем подачи в нее участков проводника с током (ленточ 0 ный электрод) с различным электрическим сопротивлением. Различное электрическое сопротивление обеспечивается различной длиной ленточного электрода на участке от шлаковой ванны до токоподвода.

З5 Изменением электропроводности флюса путем варьирования компонентов; содержащихся во флюсовой смеси, выбранной для целей сварки. Специфика заявляемого способа такова, что интенсифицировать чи40 сто электрошлаковый процесс в том традиционном виде, с которым имеют дело, весьма затруднительно для головной части (интенсивный теплоотвод в нижний кристаллизатор, малое расстояние между свариваемыми кромками и недостаточный конвективный теплообмен расплавленного шлака). Такие жесткие условия не всегда позволяют гарантировать качественное сплавление в корневой части только за счет б0 чисто электрошлакового процесса плавления. Поэтому представляется целесообразным развести по ширине ленточного электрода процессы плавления как в электрошлаковом, так и в дуговом режиме. Авторы предлагают использовать необходимую комбинацию известных традиционных флюсов, как для ЭШС, так и для АДФ. Причем применение необходимой комбинации флюсов (сухой флюсовой смеси) заключястся в раздельной подаче различны". марок

1807925

30

55 флюсов на разные участки шлаковой ванны, Например, флюс АНФ-14 подают в хвостовую часть, а АН-348А — в переднюю (головную) часть шлаковой ванны и при этом общее их количество должно соответствовать необходимому их пропорциональному соотношению, Изменением площади поверхности контакта F и величины сечения Участка электрода S n., осуществляемым регулированием погружения в слой расплавленного флюса торца ленты на глубину h n ("мокрый вылет"). С увеличением глубины погружения становится больше поверхность электрода, соприкасающегося с расплавленным шлаком, одновременно уменьшается межэлектродный промежуток и электрическая энергия преобразуется в тепловую во все меньшем объеме между концом электрода и металлической ванной. Такая концентра. ция тепловой энергии (мощности) повышает температурный градиент в шлаке и ускоряет плавление электрода, Используя это свойство, верхний предел h

ЭШС при использовании традиционного флюса максимальная величина "мокрого вылета" может составить Ьшл.м с.=6...8 мм.

Минимальный же размер "мокрого вылета"

Ьшл.мин, определяется условиями контакта ленточного электрода и жидкого шлака, т.е, в некоторых случаях становится достаточным так называемый пленочный контакт торца электрода с поверхностью расплавленного флюса. Учитывал перечисленные особенности, авторы предлагают в установившемся режиме (скорость подачи электрода Un .=const, глубина шлаковой ванны

Н д.=const) изменять специальным образом и в ограниченных пределах скорость вращения подающих роликов и соответственно площадь поверхности. контакта F электрода с расплавленным шлаком.

Заявляемый способ ЭШС иллюстрируется схемой, представленной на чертеже, и осуществляется следующим образом. Сва- 50 риваемые изделия толщиной диод, устанавливаются в наклонном положении под углом а к горизонтальной плоскости на флюсо-медной подкладке или на скользящем медном ползуне (кристаллизаторе).

Ленточный электрод устанавливают уз кой стороной симметрично относительно свариваемых кромок в направлении >ca.. а широкой стороной — вертикально, Для предотвращения вытекания расплавленного металла и шлаковой ванны, а также для формирования лицевой поверхности сварного шва с задней стороны ленты устанавливают подпружиненный медный кристаллизатор. При включении подачи ленточного электрода в шлаковую ванну одновременно замыкается сварочная цепь и в начальный момент времени возбуждается дуговой процесс под флюсом между ленточным электродом и металлической подкладкой, которую предварительно укладывают на нижний формирующий кристаллизатор. Через некоторое время дуга полностью или частично шунтируется расплавленным шлаком и в сварочном зазоре в зависимости от условий устанавливается либо электрошлаковый, либо электрошлакодуговой процесс плавления, По мере расплавления ленточного электрода металлическая ванна заполняет нижнюю часть полости между свариваемыми кромками основного металла, и при этом поверхность шлаковой и металлической ванны принимает горизонтальное положение. При достижении верхнего уровня шлаковой ванны, либо контрольного уровня кристаллизатора начинается относительное движение ленточного электрода или свариваемых изделий со скоростью сварки vcr. Корневая часть сварного шва формируется в подготовленной формирующей канавке, которая выполнена в медном скользящем формирующем ползуне (кристаллизаторе), Толщина ленточного электрода, при которой возможно получение качественного шва, находится в пределах дэл.=0,2...1,2 мм., Обоснование указанного интервала приведено в а.с, bh 1374605. Там же приведено обоснование величины угла наклона а свариваемых кромок к горизонтальной поверхности. Ширина ленточного электрода, применяемого для заявляемого способа, находится в интервале B»,=40...200 мм, Применение ленточного электрода шириной менее 40 мм снижает производительность процесса до уровня традиционных дуговых способов сварки, применяемых при изготовлении сварных конструкций малой и средней толщины, Кроме того, с уменьшением ширины ленточного электрода снижает-. ся доля электрошлакового процесса плавления электродного металла. Увеличение ширины ленточного электрода свыше

200 мм хотя и возможно, но ограничено целесообразностью его изготовления.

Учитывая указанное выше, ширина ленточного электрода ограничена интервалом

ВЗд.=40...200 мм, 1807925

thaB шл.=1св. — 1

0,35.а. В

20 переводной коэффиНекоторые параметры режимов сварки для заявляемого способа ЭШС ленточным электродом

Заявляемый способ ЭШС может быть рекомендован для сварки металла малых и средних толщин днэд.=10„.40 мм. Кроме того, заявляемый способ ЭШС ленточным электродом был реализован при сварке обРазцов толщиной добр.=36 мм, зазоР междУ кромками составил С=12 мм. Использовалось следующее оборудование: источник питания ВДУ-1201, наплавочная установка типа А-874Н с механизмом подачи ленточных электродов, ленточный электрод сечением 100х0,5 мм, сварочный ток

1св.=760...820 А, ток, стекающий через шлак„

I p. 420...440 А, доля !шл,=(0,53...0,55)1св, напряжение шлаковой ванны 0шл-;36..,38 В. скорость подачи ленты чпод.=44...46 м/ч, скорость сварки чсв.=11,0...11,2 м/ч, глубина шлаковой ванны Ншл.=12...14 мм, "сухой вылет" электрода йвл.=-445...50 мм, глубина погружения электрода в шлак ("мокрый вылет")

h .=6...8 мм, ориентировочные значения электропроводности для ленточного электро да составляли: Оэл.=10,1...35,0 OM ° см, для флюсов офл,=1,8...2.2 Ом см (AH-348А) и дфл.=5,2...6,2 Ом ° см (АН Ф-14).

В таблице приведены некоторые параметры режимов сварки для заявляемого способа ЭШС для интервала свариваемых толщин днэд.-10;..40 мм.

Заявляемый способ ЭШС ленточным электродом с регулированием теплосодержания шлаковой ванны позволяет получать качественное сварное соединение (диэд.=36 мм, зазор C=12 мм) со значительно меньшими энергозатратами по сравнению с традиционной ЭШС проволочным электродом и может найти применение при изготовлении сварных металлоконструкций толщинои диэд,=10...40 мм.

Формула изобретения

Способ электрошлаковой сварки, при

5 котором в зазор между свариваемыми кромками подают плавящийся электрод, а заготовки располагают под углом к горизонTGllbHoA l150cK0cTf4, о T il M ч а (0 Q M и c R тем, что, с целью повышения качества свар10 ного соединения при сварке ленточным электродом за счет изменения распределения тока по сечению электрода и интенсификации дугового процесса в передней части электрода, устанавливают величину

15 тока, стекающего в шлак в соответствии со следующим соотношением; где !щл. — сварочный ток, стекающий через шлак, А; ! св.— сварочный ток, А;

 — ширина ленточного электрода, мм.;

25 0,35 — эмпирический коэффициент; циент электропроводности, 30 где офл., (5g. — электропроводнссть флюса и электрода соответственно, Ом ". см1;

Е=2(йфл+ дэл) — периметр единицы поверхности электрода толщиной дэл, погру3 женнои в шлак на глубину hy, мм;

S» — сечение участка электрода, погруженного в шлак, мм2 дэл, — толщина ленточного электрода, мм, 1807925

Составитель Е. Корягин

Техред M.Ìîðãeíòàë

Редактор С. Кулакова

КоРРектоР М, Самборская

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

Заказ 1390 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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