Способ электрошлаковой сварки легких металлов
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ,/
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 060677 (21) 2495515/25-27 (51)М. Кл 3
В 23 К 25/00 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий
Опубликовано 230980, Бюллетень Мо 35 (53) УДК 621. 791. 793..037(088.8) Дата опубликования описания 02, 10. 80 (72) Авторы изобретения
A.Н.Сафонников, A.Ã.ÑHí÷óê и A.Â.Àíòoíoâ
Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт электросварки имени Е.О.Патона AH CCP (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ ЛЕГКИХ
МЕТАЛЛОВ
Изобретение относится к сварочному производству, преимущественно к тем отраслям народного хозяйства, где возможно применение металла большой толщины и может быть осо- 5 бенно широко использовано при сварке различных конструкций в электротехнической промышленности, цветной металлургии, химической промышленности и др. 10
Известен способ сварки легких металлов, например магния, в инертных газах, однако применение его может быть эффективно лишь при ограниченной толщине металла f1) . С увеличением толщины металла указанный способ становится малопроизводительным.
Кроме того, многопроходная сварка при изготовлении конструкций из ме- 20 талла большой толщины нецелесообразна, так как способствует возникновению значительных деформаций.
Е1аиболее близким по технической сущности и достигаемому результату 25 к изобретению является способ электрсналаковой сварки легких металлов плавящимся электродом, с применением формирукщих кристаллизаторов, при котором расплавление электрода 30 производят теплом шлаковой ванны, образуемой расплавленным сварочным флюсом, через который пропускают сварочный ток, процесс начинают во входном кармане, и заканчивают в выводных планках (21 .
Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает возможности сварки металлов с удельным весом, меньшим удельного веса шлака.
Целью изобретения является обеспечение возможности сварки металлов с удельным весом, меньшим удельного веса шлака за счет изменения направления сварки.
Это достигается тем, что сварку осуществляют в направлении сверху вниз, для чего входной карман размещают над сварочным зазором, выводные планки под зазором, а электрод расплавляют в направлении сверху вниз, при этом шлаковую ванну удерживают от вытекания дополнительным уплотняющим поддоном, который устанавливают в зазоре под сварной ванной. Сварку можно осуществлять подвижным электродом, который подают сквозь дополнительный поддон снизу вверх, или неподвижным элек764902 тродом, который закрепляют на неподвижном дополнительном поддоне, а сварочный зазор заполняют твердым флюсом, при этом свободный конец электрода оставляют выступающим под свободной поверхностью флюса для обеспечения начала процесса.
Начало процесса осуществляют заливкой жидкого шлака сверху.
С целью увеличения скорости сварки пропорционально увеличивают со,отношение между плотностью шлака и свариваемого металла.
В варианте способа заполнение зазора между свариваемыми элементами жидким металлом производят за счет удаления из зазора жидкого шлака.
Таким образом, в основе способа лежит возможность производить сварку легких металлов путем непрерыв- ного нсплынания капель расплавленного электродного металла на поверхность шлаконой ванны за счет разности удельных весов жидкого шлака и снариваемого металла. B этом случае шон формируется сверху вниз в противоположность обычной электрошлаковой сварке, когда шов формируется снизу вверх.
Воэможность такой сна ки обеспечивается подбором компонентов флюсов, имеющих большой удельный вес по сравнению со свариваемым металлом т е когда м(<Ю
bl V где g — удельный вес металла, подлежащего сварке; удельный,нес шлаковой ванны.
При этом удельный вес флюса определяется по формуле где К, К2... К вЂ” процентное содержание компонента в флюсах; ... „- удельный вес соответствующего компонента.
С целью обеспечения качественных сварных соединений удельный вес металла () должен относиться к . удельному весу шлака (у, ) как г <1
На Фиг. 1 изображена принципиальная схема процесса; на фиг. 2, 3 — сечение A-А на фиг. 1, при применении пластинчатого или .проволоч.ных электродов соответственно; на фиг. 4 - схема процесса с удалением в процессе снарки жидкого шлака; на фиг. 5 — схема процесса при сварке неподвижным электродом и с засыпкбй твердого Флюса; на Фиг. 6схема процесса при сварке неподвижным электродом и с заливкой н зазор жидкого шлака.
5 !
О
ЗО
5О
На чертежах приняты следующие обозначения.
1- электродный металл, 2 — дополнительное уплотняющее дно кристаллизатора, 3 — снариваемые детали, 4 — жидкая металлическая ванна, 5 капли электродного металла, поднимающиеся внерх, 6 — камера-крышка, 7 — штуцер для подачи и выхода за.щитного газа, 8 — выводные планки, 9 — входной карман,. 10 — отверстие для удаления жидкого шлака в процессе снарки, 11 — пазы (прорези) в дополнительном дне для подачи пластинчатого электрода, 12 — отверстия для подачи электродной проволоки, 13 — формирующие (боковые) кристаллизаторы, 14 — шлаковая ванна, 15 — напланляющийся мундштук, 16 — подающие ролики, 17 — воронка для заливки жидкого-шлака, 18 твердый флюс.
Процесс (cM. Фиг. 1) рекомендуется для сварки протяжных швов. При дополнительном уплотняющем дне кристаллизатора 2, здесь поднижном, сварка осуществляется подвижными электродами в виде пластины или в виде нескольких проволок, подаваемых в шлаковую ванну 14 снизу вверх.
Сварку швов малой протяженности целесообразно -выполнять по схеме, приведенной на фиг. 4. При сварке по этой схеме дополнительное дно 2 кристаллизатора н процессе сварки неподвижно, а электродный металл 1 подают роликами 16 н напланляющийся мундштук 15, вмонтированный н дно 2.
Процесс начинают заливкой шлака в воронку 17.
Сварку неподвижными электродами осуществляют по схеме на фиг. 5-6.
Процесс сварки осуществляют обычным образом.
При прохождении тока через расплавленный шлак (14) достигают его перегрева, вследствие чего плавится электрод. При прохождении через шлаковую ванну 14 капли электродного металла рафинируются. По мере накопления жидкого металла на поверхности шлаковой ванны 14 и бпланления сваринаемых кромок образуется прочное соединение кромок. В ре- . зультате непрерывной подачи электродного металла в сварочную нанну объем металла в зазоре увеличивается, что оказывает дополнительное давление на подвижное дно (см. -Фиг. 1).
Так как дно имеет возможность перемещаться по высоте зазора, оно опускается (показано стрелками).
Таким образом, при перемещении подвижного дна шлаковая ванна 14 опускается, а освободившееся место занимает жидкий металл.
В качестве примера выполняли сварку брусков сечением 57 110 мм иэ .магниевого биплана ИА2-1. Сварива764902
Сварочный ток 1 — 1,5-2 кА; напряжение холостого хода источника питания — 38 В; напряжение сварки
О. — 35 В; время сварки t — 35 мин.
В результате сварки получают сварное соединение без видимых дефектов.
Механические испытания показали, что предел прочности металла шва равен 0,7-0,8 от предела прочности основного металла.
Использование предлагаемого способа сварки легких металлов обеспечивает по сравнению с существующими способами возможность электрошлако-. вой сварки легких металлов (например, сплава магния и др.), для которых в настоящее время нет надежной флюсовой системы по плотности, меньше плотности этих материалов, в результате чего не существует способа сварки по типу классическо.го электрошлакового процесса. "4 i
60 емые образцы собирали по схеме, показанной на фиг. 5, где пластинчатый электрод имеет сечение 201 90 мм и длину 330 мм.
В зазор между свариваемыми деталями 3, равный 60 мм, вокруг электрода 1 засыпалй твердый флюс
18 таким образом, чтобы электрод
1 выступал из флюса на 25-30 мм. Сверху твердого флюса 18 заливали расплавленный флюс так, чтобы он покрыл выступающую часть электрода 1. К входному карману 9 и пластине подключали сварочный трансформатор,. в результате чего через жидкую шлаковую ванну 14 проходит сварочный . ток, который перегревает расплавленную шлаковую ванну 14.
В результате перегрева шлаковой ванны 14 начинает плавиться верхняя часть электрода 1 и твердый флюс 18.
Капли расплавленного металла 5 всплы- 20 вают на поверхность шлаковой ванны
14, образуя металлическую ванну 4.
При этом объем шлаковой ванны
14 увеличивается, а твердого флюса
18 уменьшается, в результате чего дно шлаковой ванны 14 опускается, открывая все новые участки электрода для плавления.
После полного расплавления электрода 1 и оплавления кромок свариваемых деталей 3 сварочный ток отключают. Металлическая ванна кристаллизуется, образуя сварной шов. Объем твердого флюса выбирают из такого расчета, чтобы он после расплавления,и последующей кристаллизации с уче ом усадки занял пространство между входными планками, удерживая тем самым металлическую ванну 4 точно в зазоре между кромками свариваемых деталей 3.
Режим сварки.
Формула изобретения
1. Способ электрошлаковой сварки легких металлов плавящимся электродом с применением формирующих кристаллов, при котором расплавление электрода производят теплом шлаковой ванны, образуемой расплавленным сварочным флюсом, через который пропускают сварочный ток, процесс начинают .во входном кармане, а заканчивают в выводных планках, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности сварки металлов с удельным весом, меньшим удельного веса шлака за счет изменения направления сварки, сварку осуществляют в направлении сверху вниз, для чего входной карман размещают над сварочным зазором, выводные планки под зазором, а электрод расплавляют в направлении сверху вниз, при этом шлаковую ванну удерживают от вытекания дополнительным уплотняющим поддоном, который устанавливают в зазоре под сварной ванной.
2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что сварку осуществляют подвижным электродом, который подают сквозь дополнительный поддон снизу вверх.
3. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что сварку производят электродом, который закрепляют на неподвижном. дополнительном поддоне, а сварочный зазор заполняют твердым флюсом, при этом свободный конец электрода оставляют выступающим под свободной поверхностью флюса для обеспечения начала процесса
4. Способ по пп. 1-3, о т л и ч а ю шийся тем, что начало процесса осуществляют заливкой жидкого шлака сверху.
5. Способ по пп. 1-4, о т л ич а ю шийся тем; что, с целью увеличения скорости сварки, пропорционально увеличивают соотношение между плотностью шлака и свариваемого металла. б. Способ по пп. 1-5, о т л ич а ю шийся тем, что заполнение зазора между свариваемыми элементами жидким металлом производят за счет удаления из зазора жидкого шлака.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Технология электрической сварки металлов .и сплавов плавлением.
Под ред. Б.Е.Патона, М., Машиностроение", 1974, с. 652.
2. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением.
Под ред. Б.Е.Патона, М.,"Машиностроение", 1974, с. 645 (прототип).
764902
Фиг.b
Составитель Н.Рощупкин
Редактор В.Фельдман Техред М.Рейвес Корректор М.Коста
Заказ 6400 12 Тираж 1160 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
