Способ электрошлаковой сварки в нижнем положении

 

Изобретение относится к электрошлаковой сварке в нижнем положении и может быть использовано в энергетическом, химическом машиностроении, производстве строительных конструкций и т.д. С целью повышения производительности и улучшения качества сварки электрошлаковый процесс осуществляется путем использования Т-образного электрода, ширина верхней части которого равна 1,2-2,0 ширина зазора между свариванием кромки д, а высота нижней части Н соответствует соотношению Н (Sg/d) -cosa .где S - толщина свариваемого металла; д. - толщина нижней части электрода; а-угол наклона электрода. Нижнюю часть (стенку) 2 электрода подают в зазор между кромками, а верхнюю - (кромку ) 1 на наружную поверхность разделки. Электрод по мере расплавления подают вертикально вниз между свариваемыми заготовками 3, 4. 3 ил. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ х н

l ии (21) 4933366/08 (22) 07.05.91 (46) 15.05.93. Бюл. ¹ 18 (71) Брянское научно-производственное объединение по механизации и автоматизации производства иНКТИстройдормаши и

Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) В.С.Сидорук и Л.Д.Кузнецов (73) Институт электросварки им Е.О.Патона (56),Заявка Японии ¹ 47-13127, кл. В 23 К

9/,12, 1972.

Электрошлаковая сварка и наплавка. Под ред. Б,Е,Патона M., Машиностроение 1980, с.

275-27?. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ В НИЖНЕМ ПОЛОЖЕНИИ (57) Изобретение относится к электрошлаковой сварке в нижнем положении и может

Изобретение относится к электрошлаковой аварке в нижнем положении и может бюыть использовано в энергетическом, химическом машиностроении, производстве строительных конструкций и т.д;

Задачей заявляемого способа является обеспечение высокой производительности и качества электрошлакового процесса в горизонтальном положении с использованием наклонного электрода при условии максимального упрощения. процесса сварки в отношении используемых электродов и вспомогательного оборудования.

Эта задача реализуется с помощью подаваемого вертикально вниз Т-образного наклонного плавящегося электрода, имею. щего широкую и узкую части, нижнюю (уза

„.,й „„1816251 АЗ (я)л В 23 К 25/00 быть использовано в энергетическом, химическом машиностроении, производстве строительных конструкций и т.д. С целью повышения производительности и улучшения качества сварки электрошлаковый процесс осуществляется путем использования

Т-образного электрода, ширина верхней части которого равна 1,2-2,0 ширина зазора между свариванием кромки g, а высота нижней части Н соответствует соотношению Н (Sg/д) .соза,где S — толщина свариваемого металла; д, — толщина нижней части электрода; а — угол наклона электрода. Ниж- нюю часть (стенку) 2 электрода подают в зазор между кромками, а верхнюю — (кромку) 1 на наружную поверхность разделки.

Электрод по мере расплавления подают вертикально вниз между свариваемыми за- Я готовками 3, 4, 3 ил. кую) часть которого подают в зазор между свариваеммми кромками, а верхнюю (широкую) — на наружную поверхность разделки кромок. причем ширину верхней его части ., О (полки) выбирают равной (1,2-2,0) величины зазора между свариваемыми кромками, а высоту нижней части (стенки) Н выбирают в соответствии с соотношением;

Н > cosa, где S — толщина свариваемых деталей; (а

g — зазор между кромками; д — толщина стенки электрода;

a — угол наклона электрода к поверхности деталей.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого способа сварки с использованием на1816251 ее части, тем самым способствуя запаздыванию деформаций растяжения и уменьшению их скорости.

Узкая часть электрода, подаваемого в зазор (см. фиг, 1), расплавляет кромки и за- З0 полняет разделку между ними. Кристаллизация металлической ванны начинается с частично сплавленных зерен основного металла и протекает в направлении к центру металгической ванны. Широкая часть элек- З5 трода по мере опускания его вниз не только подавляет наружную часть кромок и формирует валик шва (фиг, 2), а и выполняет функцию сопутствующего подогрева металлической ванны. Плавящийся электрод широ- 40 кой своей частью как бы "размазывает" рас- плавленный металл хвостовой части металлической ванны, делая ее более.широкой и плоской. Б этом случае кристаллиты, прорастающие перпендикулярно поверхно- 45 сти раздела жидкий — твердый металл, ориентируются вдоль оси шва, параллельно друг другу(фиг, За,б). При таком расположении кристаллитов исключается образование зоны слабины. 50

Таким образом, подача широкой части электрода на внешнюю поверхности кромок свариваемых деталей соответственно заявляемому способу позволяет соблюсти бла- . гоприятную форму шва (когда, коэффициент 55 формы ванны Кф = в/2 1,2 (фиг. Зб). А это, в свсю очередь, создает условия для увеличения скорости подачи электрода, а, значит, и производительности процесса; Как известно, механические свойства сварного сое- клонного электрода и внешний вид электрода; на фиг, 2 — схема формирования шва согласно заявляемому изобретению; на фиг, За, б — схемы кристаллизации металлической ванны (а — вид сварочной ванны сверху, б — в поперечном сечении).

Применяемый в предлагаемом способе сварки электрод состоит из широкой (верхней} части 1 (полки}, к которой прикреплена (например, приварена) узкая (нижняя) часть

2 (стенка).

Электрод располагают наклонно к поверхности свариваемых деталей таким образом, чтобы узкая часть электрода входила в зазор между кромками, в то время как широкая ее часть находилась на внешней поверхности свариваемых деталей, где формируется валик шва. Широкая часть электрода (полка) шире зазора между свариваемыми кромками, Такая форма дает возможность создать необходимые условия кристаллизации металла шва. регулировать контур валика. Широкая часть Т-образного сечения электрода обеспечивает сопутствующий подогрев сварочной ванны в верхней

4

25 динения зависят от размеров кристаллитов металла шва, которые, в свою очередь, зависят от скорости кристаллизации. А скорость кристаллизации металла сварочной ванны увеличивается с увеличением скорости сварки. Следовательно, с точки зрения механических свойств сварного соединения возможность повышения скорости сварки согласно заявляемому изобретению позволяет повысить не только производительности, но и качество сварки, Экспериментально установлено, что наиболее целесообразным для создания благоприятных условиях кристаллизации и получения удовлетворительных механических свойств сварных соединений является выполнение широкой части Т-образного электрода равной 1.2-2 ширины зазора между свариваемыми кромками и высотой нижней (узкой} части Н, соответствующей выражению 9 н « 9 сова, (1) где S — толщина свариваемого металла;

g — зазор между кромками; д — толщина нижней части электрода; а — угол наклона электрода к поверхности свариваемых деталей, При этом толщина нижней части электрода, подаваемого в зазор между свариваемыми кромками д, меньше ширины зазора между кромками g на удвоенную величину расстояния а, достаточного для предотвращения возбуждения дуги между электродом и одной из кромок (фиг. 2). Другими словами, при таком соотношении. размеров обеспечивается стабильный электрошлаковый процесс, при котором не возникает опасности возбуждения дуги между электродом и одной из кромок,.При ширине верхней части электрода, меньшей 1,2 величины зазора между кромками, не образуются уширения верхней части валика шва, а условия сварки и кристаллизации металла ванны приближаются к условиям..характерным для сварки с вертикальной подачей электрода с присущими для них недостатками, 8ыбор широкой части электрода, превышающей более чем вдвое ширину зазора между кромками, нецелесообразен из-за черезмерного расхода электроэнергии и сварочных материалов.

Кроме того, в этом случае усиливается перегрев верхних кромок металлов.

8 результате многочисленных экспериментов установлено, что наиболее оптимальным для обеспечения требуемых условий сварки и кристаллизации металли-. ческой ванны является наклон подаваемого электрода к поверхности свариваемых деталей под углом ЗО-45О. При угле наклона

1816251

Толщина верхней части. электрода вы. биралась из конструктивных соображений: она должна быть равной высоте направляе-. мого валика. Во всех случаях она равнялась

5мм.

Режим сварки; скорость подачи электрода 10 м/ч, скорость сварки 10 м/ч. 1 8 =

2800 А, U св = 38 В. Процесс сварки — стабилен, заполнение кромок и формирование валика — удовлетворительное, при этом ширина ванны составляет b = 32 мм, а длина ее

t= 27 мм. Коэффициент формы ванны Кф =

Ь/1 = 1,2 характерен для формирования благоприятной формы шва.

2. Сварочные и свариваемые материа- 55 лы, скорость подачи электрода и скорость сварки - те же, Ширину верхней части электрода выбирали равной 1,6 величины зазора между кромками свариваемых пластин, т.е. 38 мм. меньшем 30 происходит оплавление электрода на очень большой площади и условия сварки в этом случае уподобляются условиям сварки лежачим электродом; глубина оплавления. кромок уменьшается, к тому же возникает опасность возникновения несплавлений. Угол наклона, превышающий

45 . также нецелесообразен ввиду возникающих при этом неудобств конструктивного характера: для обеспечения процесса сварки потребуется высокая штанга, на которой устанавливается каретка, удерживающая электрод. При этом высота стойки сварочного устройства будет превышать длину шва.

Использование заявляемого способа и применяемого при этом электрода позволяет использовать наклонный плавящийся электрод в электрошлаковой сварке. Конструкция электрода и последовательность приемов, осуществляемых в ходе процесса (особенности подачи узкой и широкой части электрода), обеспечивают высокую производительность и качество сварки при срав, нительно простом и дешевом сварочном оборудовании и сварочных материалах.

Пример ы (конкретное выполнение).

1. Сваривали пластины из Ст,3 толщиной 30 мм. Зазор между кромками устанавливали равным 14 мм. Угол наклона электрода к поверхности свариваемых пластий устанавливали равным 45О.

Ширина верхней части электрода равна .1,2 ширины зазора между-кромками, т.е.

24.1.2=28.8=30 мм. Толщина нижней части электрода выбрана равной 14 мм. Высота. нижней части Н согласно соотношению (1)

О

Н = 07=60мм

30 24

5

Режим сварки; lcm =- 900 А, Ucs = 38 B.

Процесс сварки стабильный, выполнение кромок и формирование валика — хорошее.

Ширина ванны устанавливалась равной 44 мм, длина 34 мм. Коэффициент формы хвостовой части валика равен Кф = 44/34 = 1,3, что характеризует благоприятную форму шва, 3, Сварочные и свариваемые материалы. скорость подачи электрода и скорость сварки — те же. Ширину верхней части электрода выбирали вдвое большей величины зазора между кромками. Режимы сварки;

Ice = 3000 А, 0св = 38 В.

Процесс сварки в этом случае также удовлетворительный, при этом длина хвостовой части ванны составляла 40 мм, ширина ее — 56 мм. Коэффициент формы ванны

Кф =- 56/40) 1,4, что укладывается в интервалах формирования благоприятной формы шва. Дальнейшее увеличение ширины верхней части электрода нецелесообразно из-за большого перерасхода электроэнергии и сварочных материалов.

Электрошлаковая сварка, производимая с помощью T-образного электрода, в сравнении с известным способом с применением наклонного электрода обладает рядом преимуществ, в частности: предлагаемый способ позволяет значительно повысить производительность процесса как за счет увеличения скорости подачи электрода, так и за счет особенностей конструктивного исполнения последнего: в заявляемом способе обеспечены оптимальные условия для кристаллизации металлической ванны, что обеспечивает высокое качество сварного соединения и внешний вид шва; осуществление предлагаемого способа не требует обязательного использования шлакоудерживающего ползуна и регулирующей аппаратуры, что упрощает и удешевпяет процесс.

Формула изобретения

Способ электрошлаковой сварки в нижнем положении с использованием плавящегося электрода, подаваемого в сварочную ванну вертикально вниз между свариваемыми кромками, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и улучшения качества сварки, сварку ведут наклонно.расположенным Т-образным электродом, стенку которого размещают в зазоре между свариваемыми кромками, а полку над верхней поверхностью свариваемых деталей, причем ширину полки выбирают равной (1,2-2,0) Ширины зазора между свариваемыми кромками. а высоту Н стенки

1816251

Риг. Я

Составитель В,Сидорук

Редактор В.Фельдман Техред М,Моргентал Корректор C,Ïàòðóøåâà

Заказ 1648 Тираж " Подписное .

ВНИИПИ Государственного 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 выбирают в соответствии со следующим соотношением

H > COSA;

S. где S — толщина свариваемых деталей;

g — величина зазора между свариваемыми кромками; д — толщина стенки электрода; и — угол наклона электрода к поверхно5 сти деталей.