Способ электрошлаковой сварки
1. СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ плавящимся пластинчатым электродом большого сечения, преимущественно металлов и сплавов с большой теплопроводностью , при котором в процессе сварки регулируют скорость плавления различных участков электрода, отличающийся тем, что, с целью повышения качества-сварных соединений и обеспечения гарантированного провара свариваемых кромок путем обеспечения возможности увеличения погонной энергии, в процессе сварки охлаждают зону расплавления электрода.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН з(Я1 В 23 К 25/00!
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) 1. СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ плавящимся пластинчатым электродом большого сечения, преимущественно металлов и сплавов с большой теплопроводностью, при котором в процессе сварки регулируют скорость плавления различных участков электрода, отли ииющийся тем, что, с целью повышения качества ° сварных соединений и обеспечения гарантирован-. ного провара свариваемых кромок путем обеспечения возможности увел ичения погонной энергии, в процессе сВВрКН oxëàæдают зону расплавления электрода.
ГОсудАРстВенный номитет сссР по делАм изоБРетений и отнРытий (2! ) 2754816/25-27 (22) 17.04.79 (46) 15.06.83. Бюл. № 22 (721 А. Н. Сафонников и А. В. Антонов (71) Ордена Ленина и ордена Трудового
Краснч о Знамени институт электросварки им. Е. О Патона (56) 1. Сафовников А. Н. Сварка металлов пластиичатыми электродами. К., «Техника», 1966, с. 3 — 5.
2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2! 77016,25-27, кл. В 23 К 25/00, 10.10.75.
„SU„„1022791 A
1022791
2. Способ по п. 1. отличающийся тем, что охлаждают участки электрода, прилегающие к зеркалу шлаковой ванны.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждают участки шлаковой ванны, прилегающие к электроду.
4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для охлаждения электрода иа его поверхность предварительно нанося г компоненты, расщепляющиеся с поглощением тепла.
5. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на поверхность электрода предварительно наносят компоненты, содержащие кристаллизационную воду.
6. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на поверхность электрода предварительно наносят капиллярное покрытие, пропитанное легкокипящими веществами.
7. Способ по п. б, отличающийся тем, что легкокипящие вещества наносят на поверхность электрода непосредственно в процессе сварки путем их напыления.
8. Способ по п. 7. отличающийся тем, что, с целью предотвращения стекания напыленных веществ по электроду в шлаковую ванну, перед напылением в них вводят клеящие материалы.
Изобретение относится к сварочной технике, преимущественно к электрошлаковой сварке, наплавке и выплавке слитков плавящимся электродом большего сечения, и может быть широко использовано при сварке элементов практически любой толщины, преимущественно из металлов с высокой теплопроводностью, такие как алюминий, медь и т. п. в частности при изготовлении тяжелой алюминиевой ошиновки электролизеров в цветной металлургии и химической промышленности.
Известны способы электрошлаковой сварки плавящимся электродом большого сечения (1) .
Основным недостатком указанных способов является то, что они не гарантируют получение достаточного провара при сварке элементов большой толщины из металлов с высокой теплопроводностью.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ электрошлаковой сварки плавящимся пластинчатым электродом большого сечения, преимущественно металлов и сплавов с большой теплопроводностью при котором в процессе сварки регулируют
9. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что с целью охлаждения электрода, в процессе сварки его обдувают охлажденным газом.
10. Способ по п. 9„отличающийся тем, что в электроде выполняют внутренние продольные и поперечные каналы, причем внутренние продольные каналы электрода соединяют с атмосферой поперечными каналами по периметру электрода и подают в них охлажденный газ под избыточным давлением.
11. Способ по пп. 1 и 3, отличаюищйся тем, что, с целью охлаждения прилегающих к электроду участков шлаковой ванны, их подвергают барботированию охлажденным до низких температур инертным газом.
12. Способ по пп; 1 и 3, отличающийся тем, что в прилегающие к электроду участ ки шлаковой ванны в процессе сварки вводят компоненты, расщепляющиеся с поглощением тепла.
13. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что в прилегающие к электроду участки шлаковой ванны в процессе сварки вводят тугоплавкие компоненты, растворимые в шлаке с поглощением тепла. скорость плавления различных участков электрода (2) .
Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает гарантированного провара при сварке элементов большой толщины из алюминия, меди и т. п. металлов с высокой теплопроводностью. Это объясняется тем, что покрытие электрода обеспечивает теплоизоляцию электрода только от теплового излучения зеркала шлаковой ванны, что практически не влияет на скорость плавления электрода, так как тепловая энергия шлаковой ванны передается электроду через оплавленные его участки, непосредственно контактирующие с расплавлен ным шл а ком.
Целью изобретения является повышение качества сварных соединений и обеспечение гарантированного провара свариваемых кромок путем обеспечения возможности увеличения погонной энергии сварки.
Поставленная цель достигается тем, что в процессе сварки охлаждают зону расплавления электрода. Для этого охлаждают участки электрода прилегающие к зеркалу шлаковой ванны или участки шлаковой ванны, прилегающие к электроду. Для ох1022791 лаждения электрода на его поверхность предварительно наносят Ха СО, расщепляющийся с поглощением тепла или буру, содержащую кристаллизационную воду, или капиллярное покрытие, пропитанное легкокипящими веществами.
Легкокипящие вещества наносят на поверхность электрода непосредственно в процессе сварки путем их напыления. С целью предотвращения стекания напыленных веществ По электроду в шлаковую 10 ванну, перед напылением в них вводят клеящие материалы.
С целью охлаждения электрода в процессе сварки его обдувают охлажденным газом. Для этого в электроде выполняют внутренние продольные и поперечные ка15 налы, причем внутренние йродольные каналы электрода соединяют с атмосферой поперечными каналами по периметру электрода и подают в них охлажденный газ под избыточным давлением.
С целью снижения скорости плавления электрода в процессе сварки, участки шлаковой ванны йодвергают барботированию охлажденным до низких температур. инертным газом. В прилегающие к электроду участки шлаковой ванны в процессе сварки вводят 25 компоненты, расщепляющиеся с поглощением тепла, или вводят тугоплавкие компоненты, растворимые в шлаке с поглощением тепла.
Ограничение температуры электрода до его подачи в шлаковую ванну осуществля- 30 ют за счет того, что при нанесении на поверхность электрода предварительно компонентов в процессе сварки обеспечивается поглощение тепла с поверхности электрода вследствие расщепления или синтеза по типу эндотермических реакций, например З5 реакция расщепления карбоната натрия
Na ÑÎ = Na + СΠ— Q1, где Я вЂ” теплота, затраченная (поглощенная) при расщеплении Na+CO . При охлаждении эЛектрода в процессе сварки нане- 40 сением .компонентов, содержащих кристаллизационную воду, поглощение тепла с поверхности электрода обеспечивается за счет отрыва молекул кристаллизационной воды от компонента и последующего испарения ее по реакции
К. и Н О = К + и Н О вЂ” Яо «ч4» где K — компонент, например NaqB4 О
n — коэффициент, показывающий количество молекул кристаллизационной воды в компоненте; 50
Qð -теплота, затраченная на отрыв молекул кристаллизационной воды от компонента;
9. -теплота, затраченная на испареи
we свободной воды.
При нанесении на поверхность электро- 55 да предварительно капиллярного покрытия, пропитанного легйокипящими веществами, например эфирами, спиртами, водой, бензином, керосином, ацетоном и т. и., поглощение тепла с поверхности электрода обеспечивается за счет возгонки этих веществ из покрытия.
Легкокипящие вещества можно наносить на поверхность электрода непосредственно в процессе сварки путем их напыления, при этом распылитель устанавливают над свариваемыми деталями. Для удержания этих компонентов и предотвращения стекания напыленных веществ по электроду в эти легкокипящие вещества, вводят клеящие материалы, например жидкое стекло, смолы, клен и т. п.
При ограничении температуры электрода путем обдувки его поверхности охлажденным до низких температур газом, например кипящим азотом, обдувке подвергают участки электрода, находящиеся в непосредственной близости от зеркала шлаковой ванны.
Ф
При продувании охлажденного газа под избыточным давлением через внутренние продольные каналы электрода, соединенные с атмосферой поперечными каналами по периметру электрода, давление продувки, а также сечение и плотность размещения поперечных каналов выбирают таким образом, чтобы исключить контакт продуваемого газа со шлаковой ванной. Так, при малом сечении поперечных каналов и небольшой их плотности на поверхности электрода давление продувки уменьшают и наоборот.
При введении в прилегающие к электроду участки шлаковой ванны в процессе сварки тугоплавких компонентов, например тугоплавких карбидов, солей н окислов металлов, способных растворяться в используемом для сварки шлаковом pac i.òàâe, охлаждение указанных участков шлаковой ванны обеспечивают за счет поглощения теплоты прн их растворении.
На фиг. 1 приведена схема сварки с нанесением компонентов на поверхность электрода; на фиг. 2 — то же, с нанесением на электрод легкокипящих веществ; на фиг. 3 — то же, с обдувкой поверхности электрода охлажденным газом; на фиг. 4— то же, с продувкой через внутренние каналы электрода охлажденного газа; на фиг. 5-то же, с барботированием шлаковой ванны охлажденным инертным газом; на фиг. б— то же, с введением компонентов в приэлект- родные участки шлаковой ванны.
Пример 1. Выполняют сварку алюминиевых шин сечением 160Х300 мм. На свариваемых шинах 1 (фиг. 1) собирают формирующее приспособление, состоящее из поддона 2, боковых кристаллизаторов 3 и выводных планок 4. В зазор между свариваемыми шинами 1 вводят пластинчатый алюминиевый электрод 5, на поверхность которого нанесено с помощью жидкого стек1022791 ла покрытие 6, состоящее из десятиводного карбоната натрия (Иа2СОв . IOH20) . В кармане поддона 2 наводят шлаковую ванну 7, которую перегревают пропусканием через нее сварочного тока. Шлаковая ванна, перегреваясь, оплавляет свариваемые кромки шин I и торец электрода 5. В процессе сварки с покрытия электрода испаряется кристаллизационная вода, в результате чего происходит поглощение тепла с поверхности электрода. После испарения кристаллизационной воды начинается эндотермическая реакция расщепления карбоната натрия.
Na+CO, = Na О -+ С02 — Яр, где Я р — теплота, поглощения при расщеплении карбоната натрия.
Вероятность прохождения этой реакции подтверждается выделением из зазора углекислого газа.
В результате поглощения тепла с поверхности электрода по указанным реакциям скорость плавления электрода снижается, что приводит к увеличению погон ной энергии при сварке, и, как следствие, обеспечению гарантированного равномерного провара свариваемых кромок на глубину 15 — 20 мм. Расплавленный металл свариваемых кромок шин 1 и электрода 5 образовывает металлическую ванну 8, в результате кристаллизации которой формируется качественный плотный сварный шов 9.
Сварку выполняют в следующем режиме:
1!хх = 44,0 В; Uñâ = 380 — 41,0 В; J â =
= 6,0 — 6,5 кА.
Пример 2. Выполняют сварку алюминиевых шин сечением 70Х250 мм. На свариваемых шинах 1 (фиг. 2) собирают форми. рующее приспособление аналогично примеру 1. В зазор между шинами 1 вводят алюмьниевый электрод 5. В кармане поддона 2 наводят шлаковую ванну 7 и осу-ществляют электрошлаковую сварку. В процессе сварки на электрод 5 над свариваемыми шинами 1 напыляют ацетон (указано стрелкой), который при испарении с поверхности электрода обеспечивает его охлаждение. В результате сварки получают качественное сварное соединение с глубиной провара свариваемых кромок, равной
10 — 15 мм. Сварку выполняют на следующем режиме: Ц х — — 420 В; U = 380—
400 В Эсв = 30 — 35 кА.
Пример 8. Выполняют сварку медных поковок сечением 100Х100 мм. На свариваемых поковках 1 (фиг. 3) собирают формирующее приспособление аналогично примеру 1. В зазор между поковками 1 вводят медный электрод 5 и газоподводящие трубки 10. В кармане поддона 2 наводят шлаковую ванну 7 и осуществляют электрошлаковый процесс. В процессе сварки в трубке 10 (показано стрелками) подают азот, 55
Пример б. Выполняют сварку заготовок из алюминиево-магниевого сплава АМг6 сечением 140 Х 250 мм. На свариваемых заготовках (фиг. 6) собирают формирующее приспособление аналогично примеру 1. охлажденный до температуры его кипения, который обеспечивает охлаждение электрода 5. В результате сварки получают качественное сварное соединение с глубиной, провара, равной 12 — 15 мм, Сварку выполняют на следующем режиме: Uxx = 46,0 В;
Uñü = 40,0 — 42,0 В; Jсв = 6 0 — 6.5 кА.
Пример 4. Выполняют сварку медных поковок сечением 100Х 100 мм. На свариваемых поковках 1 (фиг. 4) собирают формирующее приспособление аналогично примеру 1. В зазор между поковками 1 вводят медный электрод 5, имеющий внут, ренние продольные и поперечные каналы 11 и 12. В кармане поддона 2 наводят шлаковую ванну и осуществляют электрошлаковую сварку. В процессе сварки в продольные каналы 11 электрода 5 подают под давлением 0,5 атм охлажденный азот (показано стрелками), который, не доходя до шлаковой ванны, удаляется из электро2р да через поперечные каналы 12. Продувка охлажденного азота обеспечивает охлаждение электрода 5 в процессе сварки и, как следствие, уменьшение скорости его плавления. Сечение продольных каналов 11 круглое с диаметром 6 мм, а поперечных 5 каналов 12 с диаметром 1 мм.
Плотность поперечных каналов 12 составляет 9 каналов на 1 дм боковой поверхности электрода 5.
Сварку выполняют на следующем режиме: Ухх = 44,0 В; U = 40,0 В; J =5,5—
6,0 кА. В результате сварки получают качественное сварное соединение. с глубиной провара равной 12 — 12 мм.
Пример Б. Выполняют сварку заготовок из алюминиево-магниевого сплава АМг6 сечением 140 Х250 мм. На свариваемых заготовках 1 (фиг. 5) собирают формирующее приспособление аналогично примеру 1.
В зазор между заготовками 1 вводят электрод 5 из сплава АМг6, имек>щий внутренние продольные каналы 11. В кармане поддо40 на 2 наводят шлаковую ванну 7 и осуществляют электрошлаковую сварку. В процессе сварки в продольные каналы 11 электрода 5 подают охлажденный аргон (показано стрелкой), что обеспечивает барботирование приэлектродных участков
45 шлаковой ванны 7, а это позволяет охладить приэлектродные участки ванны 7 и, как следствие, снизить скорость плавления электрода 5, т. е. повысить погонную энергию сварки. В результате сварки получают качественное сварное соединение с глубиной провара 15 — 21 мм. Сварку выполняют на следующем режиме: Ц,» = 44,0 В;
1!св = 40,0 В; Jсв = 6>5 кА.
1022791
В зазор между заготовками 1 вводят электрод 5 из сплава АМг6. В кармане поддона 2 наводят шлаковую ванну 7 и осуществляют электр о шлаковую сварку. В процессе сварки в приэлектродные участки ванны 7 непрерывно подают порошок окиси кальция (показано стрелками). При растворении СаО приэлектродные участки ванны 7 охлаждаются, что позволяет снизить скорость плавления электрода 5 и, как следствие, повысить погонную энергию сварки. В результате сварки получают качественное сварное соединение с глубиной провара
14 — 17 мм.
Сварку выполняют на следующем режиме: Uxx = 440 В; Uca = 390 — 41 0 В
Лсъ = 6,0 — 6;5 кА.
Примечание. В примерах 1 — 6 в качестве шлака используют расплав галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов.
Применение предлагаемого способа позволяет получать гарантированный провар свариваемых кромок при сварке элементов большой толщины из металлов с высокой теплопроводностью, снизить удельный расход электроэнергии, а также улучшить условия труда сварщиков.
Способ также позволяет обеспечить гарантированное сплавление наплавленного слоя при электрошлаковой наплавке метал лов,. особенно при наплавке легкоплавких металлов на тугоплавкие, например алюминий на сталь. Использование способа при выплавке позволяет получать высококачественные металлические слитки.
Внедрение способа на одном из заводов страны, изготавливающих алюминиевую оши новку электролизеров, позволяет получить не менее 100 тыс. руб. экономии в год.
102279!
- 1022791
Составитель Н. Рощупхнн
Редактор А. Гунько Техред И. Верес Корректор А. Ильин
Заказ 4116/7 Тираж 1106 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
1 1 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП <Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
