Способ сварки плавлением изделий из меди, преимущественно частей кристаллизатора по замкнутому контуру

 

Изобретение относится к способу плазменной сварки по замкнутому контуру стыковых соединений, в частности к способам сварки толстостенных изделий, например изложниц кристаллизаторов для печей вакуумно-дугового переплава металла. Сущность изобретения: предварительный нагрев и сварку ведут плазматронами 3, 4 и 5, объединенными в группу, по меньшей мере, из трех плазматронов, каждый из которых подсоединяют к одной из фаз трехфазного источника питания. Плазматроны 3, 4 и 5 и свариваемые части 1 и 2 кристаллизатора имеют относительное перемещение, при этом плазматроны 3, 4 и 5 перемещаются вдоль стыка свариваемых частей, а их анодные пятна располагаются последовательно на стыке. При относительном перемещении под третьим плазматроном образовывается сварочная ванна, которая в дальнейшем, остывая, превращается в сварной шов. Относительное перемещение плазматронов и свариваемых изделий ведут до совмещения анодного пятна второго плазматрона каждой группы плазматронов с началом сварного шва, затем отключают перемещение и включают реверс относительного перемещения плазматронов и свариваемых изделий, осуществляя замыкание кольцевого сварного шва. При этом сварная ванна образовывается под вторым плазматроном. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу плазменной сварки по замкнутому контуру стыковых соединений, в частности к способам сварки толстостенных изделий, например, изложниц кристаллизаторов.

Известен способ сварки меди двумя электродами, согласно которому сварка осуществляется в среде инертного газа, при этом 1-й электрод осуществляет предварительный подогрев соединения медных листов, а 2-й проплавляет. На оба электрода подают импульсы тока прямоугольной формы, определенного значения по величине и продолжительности. Толщина свариваемых листов 1,5 мм [1] Недостатком известного способа является невозможность вести сварку частей (гильзы и фланца) кристаллизатора, имеющих значительную толщину, низкая производительность, усложнение конструкции оборудования.

Известен способ ручной сварки частей кристаллизатора, используемый в одном из цехов АО "Электросталь", согласно которому гильзу в сборе с фланцем нагревают в колодце. Далее вручную производят сварку стыка по замкнутому контуру. Затем кристаллизатор кантуют и осуществляют сварку фланца и гильзы по второму кольцевому стыку [2] Недостатками известного способа являются трудоемкость подготовительных операций перед сваркой, невозможность создания вакуумплотного одностороннего шва, низкая производительность, большая энергоемкость, трудоемкий ручной труд, кроме того, длительное нахождение медных изделий в нагретом состоянии приводит к окислению свариваемых кромок, что снижает качество сварного шва.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ сварки двумя электродами, на которые подают ток различной величины [3] В известном способе сварку осуществляют двумя электродами: ведущим и хвостовым, работающими на постоянном токе и установленными последовательно в направлении перемещения сварочной ванны относительно основного металла. Перемещение осуществляется вдоль стыка, в процессе сварки на ведущий и хвостовой электроды попеременно подают сварочный ток и регулируют его максимальную величину в определенной зависимости. Во время сварки ведущий электрод подогревает металл, а хвостовой расплавляет подогретый участок.

Недостатком известного способа является недостаточный прогрев стыка при сварке металлов с большой теплопроводностью, а следовательно, низкая производительность за счет увеличения времени нагрева, сложность оборудования, на котором реализуется способ, увеличение времени и зоны нагрева, что не позволяет получать вакуум плотный сваpной шов.

Задача изобретения состоит в разработке способа сварки плавлением изделий из меди, преимущественно частей кристаллизатора по замкнутому контуру, достигающего технический результат: получение качественного вакуумплотного сварного шва за счет сокращения времени и зоны нагрева перед сваркой, упрощения конструкции оборудования и осуществления сварки за один проход, снижение энергозатрат за счет локального нагрева, повышение производительности за счет сокращения вспомогательного времени.

Технический результат достигается тем, что в известном способе сварки плавлением изделий из меди, преимущественно частей кристаллизатора по замкнутому контуру, при котором процесс ведут при относительном перемещении группы горелок и свариваемого изделия вдоль линии сварки с последовательным расположением анодных пятен на стыке, причем одна из групп горелок служит для подогрева, а другая для сварки, процесс ведут плазменной дугой, группу горелок оснащают дополнительной горелкой для подогрева, установленной за основной горелкой для подогрева, при этом питание группы горелок осуществляют от трехфазного источника питания, относительное перемещение осуществляют до совмещения анодного пятна второй горелки с началом сварного шва, затем отключают перемещение и включают реверс относительного перемещения горелок и свариваемого изделия до совмещения анодного пятна первой по ходу первоначального движения горелки с началом сварного шва.

Кроме того, при сварке изделий больших размеров кольцевой шов разбивают на одинаковые участки, а сварку ведут несколькими идентичными группами горелок, равномерно расположенными вдоль шва.

Преимуществом предлагаемого способа являются следующее: получение качественного вакуумплотного сварного шва, снижение энергозатрат за счет отсутствия окисления в связи с локальным нагревом свариваемых кромок, уменьшения времени для нагрева за счет применения концентрированного источника нагрева одной или более групп горелок, составленной по меньшей мере из трех горелок (плазмотронов), каждая из которых в свою очередь подсоединена к одной из фаз трехфазного источника питания при относительном перемещении всех групп горелок вдоль кромок свариваемых изделий; получение качественного вакуумплотного сварного шва, уменьшение потерь тепла, увеличение производительности за счет последовательного расположения анодных пятен на стыке кромок свариваемых изделий, когда предварительный нагрев осуществляют первой и второй по ходу движения горелками каждой из групп, а сварочную ванну наводят под третьей по ходу движения горелкой каждой из групп; получение качественного вакуумно-плотного сварного шва на всей его протяженности, осуществление сварки за один проход за счет совокупности всех предлагаемых операций при сварке; получение качественного вакуумно-плотного сварного шва за счет упрощения конструкции и повышения надежности работы оборудования, на котором реализуется предлагаемый способ, вследствие использовании трехфазного переменного тока для питания горелок.

На фиг. 1 дана схема установки гильзы и фланца на столе установки для сварки; на фиг. 2 схема сварки кристаллизатора, когда обработка ведется одной группой горелок (плазмотронов); на фиг. 3 схема сварки кристаллизатора, когда обработка ведется, например, тремя группами горелок.

Изобретение было опробовано в одном из цехов АО "Электросталь" на установке сварки кристаллизаторов "Пуск".

Сварке подвергают части кристаллизатора: гильза 1 диаметром 250-480 мм и длиной до 2000 мм (материал-медь) и фланец 2, толщина которого 20-40 мм (материал-медь). Гильза и фланец на сварку подаются без подготовки (скосов) кромок. В качестве источника нагрева используются одна или несколько групп горелок (плазмотронов), причем каждая группа объединяет 3 горелки; 3, 4 и 5, каждая из которых была подсоединена к одной из фаз трехфазного источника питания.

Гильзу 1 устанавливают на стол 6 установки. На гильзу 1 устанавливают фланец 2. Стык свариваемых кромок гильзы 1 и фланца 2 располагается в горизонтальной плоскости.

Сварку ведут следующим образом.

Горелки (плазмотроны) 3, 4 и 5 (нагрев осуществляется одной группой горелок) устанавливают над стыком, располагая их вдоль свариваемых кромок.

Включают механизм вращения стола 6, т.е. приводят во вращение гильзу 1 в сборе с фланцем 2 относительно неподвижных горелок 3, 4 и 5 со скоростью V.

Зажигают плазменные дуги и ориентируют анодные пятна 7, 8 и 9 на свариваемые кромки таким образом, чтобы они были расположены последовательно.

Выводят горелки 3, 4 и 5 на рабочие параметры работы, при этом горелки 3 и 4 осуществляют предварительный нагрев свариваемых кромок, а под третьей по ходу движения горелкой 5 наводят сварочную ванну, которая перемещается в соответствии с вращением свариваемого кристаллизатора.

По мере остывания сварочной ванны образуется сварной шов (т. 9 начало сварного шва).

При совмещении анодного пятна 8^I второй по ходу движения горелкой 4 с началом сварного шва 9 отключают механизм вращения стола 6, причем при этом остается несваренным участок, предварительный нагрев которого осуществляют горелки 3 и 4, и сразу включают реверс стола 6, т.е. стол 6 начинает вращение со скоростью V_p, при этом под горелкой 4 образовывается сварная ванна, замыкающая кольцевой шов свариваемых частей кристаллизатора.

При совмещении анодного пятна 7 первой по ходу первоначального движения горелкой 3 с началом сварного шва 9 отключают механизм относительного вращения стола и горелок 3, 4 и 5.

Далее отводят горелки 3, 4 и 5 из зоны стола 6 Готовый кристаллизатор выгружают со стола 6.

В случае, когда сварке подвергаются изделия больших размеров, целесообразно сварку вести несколькими группами горелок, равномерно расположенными вдоль кольцевого шва.

При этом свариваемое изделие будет совершать часть оборота, а каждая группа горелок будет участвовать в сварке одной части кольцевого шва. Причем реверс стола будет включаться при совмещении анодного пятна второй горелки каждой группы с началом сварного шва, образованного предыдущей группой горелок, а замыкание сварного шва произойдет при совмещении анодного пятна первой по ходу первоначального движения горелки каждой группы горелок с началом сварного шва, образованного предыдущей группой горелок.

Формула изобретения

1. СПОСОБ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕДИ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ЧАСТЕЙ КРИСТАЛЛИЗАТОРА ПО ЗАМКНУТОМУ КОНТУРУ, при котором процесс ведут при относительном перемешивании группы горелок и свариваемого изделия вдоль линии сварки с последовательным расположением анодных пятен на стыке, причем одна из групп горелок служит для подогрева, а другая - для сварки, отличающийся тем, что процесс ведут плазменной дугой, группу горелок оснащают дополнительной горелкой для подогрева, установленной за основной горелкой для подогрева, при этом питание группы горелок осуществляют от трехфазного источника питания, относительное перемещение осуществляют до совмещения анодного пятна второй горелки с началом сварного шва, затем отключают перемещение и включают реверс относительного перемещения горелок и свариваемого изделия до совмещения анодного пятна первой по ходу первоначального движения горелки с началом сварного шва.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при сварке изделий больших размеров кольцевой шов разбивают на одинаковые участки, а сварку ведут несколькими идентичными группами горелок, равномерно расположенными вдоль шва.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3