Способ электрошлаковой сварки пластинчатым электродом

 

Изобретение относится к сварке, а именно к электрошлаковой сварке пластинчатым электродом. Для устранения рыхлот при электрошлаковой сварке пластинчатым электродом последний используют как присадочный материал и одновременно как армирующий элемент. Для этого в конце процесса сварки, преимущественно легкоплавких металлов, таких, как алюминий, нижнюю часть пластинчатого электрода, предварительно обработанного хлоридно-фторидным расплавом, без расплавления подают в металлическую ванну. Чтобы не происходило короткого замыкания, пластинчатый электрод во время подачи на последнем этапе сварки отключают от источника питания. Металл шва содержит нерасплавленную часть электрода и, как следствие, имеет повышенные механические свойства. Объем нерасплавленной части электрода выбирают на 15 - 20% больше объема усадочной рыхлоты. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к электрошлаковой сварке пластинчатым электродом преимущественно элементов сварных конструкций с компактными соединениями, может быть использовано при электро- шлаковой сварке крупногабаритных кольцевых изделий и др. элементов из высоколегированных сталей и сплавов, алюминия, меди, титана и сплавов на их основе. Практическое использование может найти в электротехнической, машиностроительной и химической промышленности, в цветной металлургии и др. отраслях народного хозяйства.

Известны различные способы устранения рыхлот при электрошлаковой сварке. В одном случае используются выводные планки, изготавливаемые из металла, идентичного свариваемому, которые устанавли- ваются на кромки свариваемых изделий. В конце процесса электрошлаковой сварки шлаковая ванна выводится заподлицо с выводными планками и, тем самым, устраняются усадочные явления, способствующие образованию рыхлот.

Основным недостатком такого решения является перерасход дорогостоящего металла и необходимость последующей механической обработки.

В другом случае устранение рыхлот достигается путем постепенного снижения скорости подачи электрода и уменьшения тепловой мощности. Однако этот способ значительно снижает производительность сварочных работ, а в случае сварки мартенситных сталей косвенно влияет на образование холодных трещин в околошовной зоне.

В качестве прототипа взят метод устранения указанных рыхлот на конечной стадии электрошлакового процесса, заключающийся в использовании водоохлаждаемых металлических выходных планок. Они позволяют устранять рыхлоты в сварном шве. Однако их применение удорожает сварочные работы, поскольку требуется на каждый типоразмер иметь специальные планки. Кроме того, в случае сварки высокотеплопроводных материалов их применение приводит к расходу тепловой мощности в процессе электрошлаковой сварки.

С целью устранения указанных недостатков рекомендуется способ борьбы с усадочными рыхлотами на конечном участке шва при электрошлаковой сварке, заключающийся в использовании пластинчатого электрода как дополнительного металла, вводимого в рыхлоту.

Сущность метода борьбы с усадочными рыхлотами в конце шва состоит в двояком использовании пластинчатого электрода. В одном случае как электродного присадочного материала, расплавляемого в процессе сварки, а в другом - как твердую присадку, вводимую в твердожидкую металлическую ванну и оставшуюся в ней до полной кристаллизации металла шва.

Поставленная цель достигается за счет использования в известном способе электрошлаковой сварки пластинчатым электродом электрода, играющего роль ликвидато- ра рыхлоты, вводимого в металлическую ванну непосредственно после отключения сварочного тока. Другим отличием является связь между объемом рыхлоты и толщиной пластинчатого электрода. Для полного устранения рыхлоты объем пластинчатого электрода, вводимого в металлическую ванну, должен быть на 15-20% больше объема рыхлоты, а его ввод осуществляется до соприкосновения с поверхностью кристаллизации металлической ванны. Далее при некотором механическом усилии электрод вводится в жидкую металлическую ванну и упрочняет ее кованым (прокатным) металлом.

Объем "рыхлоты" при сварке конкретной толщины металла зависит от его физико-химических свойств. При этом наиболь- шая роль принадлежит коэффициенты объемного расширения сварочной ванны при переходе из одного агрегатного состояния в другое, в данном случае от ванны жидкого металла к затвердеваемому шву. Так, например, при сварке алюминия разница в объеме жидкого и твердого состояния достигает 6%. Имея зазор между свариваемыми деталями, можно заранее предвидеть эти изменения, т.е. уже до сварки знать границы (максимальные) этой рыхлоты. Принимая во внимание разрыхленность границы раздела жидкий металл - твердый металл и ширину рыхлоты относительно вертикальной оси шва, нетрудно рассчитать, какой объем металла требуется для заполнения этой рыхлоты. Для гарантии устранения рыхлоты объем электродного металла берут большим на 15-20%. Например, рыхлота имеет размеры, мм: глубина (высота) 30, ширина 12, размер по зазору (толщина металла) - 140, при этом объем равен 50400 мм³. Для сварки необходимо использовать электрод, мм ширина 140, толщина 20, длина (вмораживаемая часть) 22. При этом объем электродного металла (61600 мм³) будет на 20% превышать объем рыхлоты, т.е. устранит рыхлоту еще в жидком состоянии до кристаллизации.

Для случая граничных размеров : объем рыхлоты 50400 мм², электрод 10х20х140 мм. При кристаллизации металла шва, принимая во внимание его усадку при переходе из жидкого в твердое состояние, объем электрода, исходя из указанных выше размеров, будет недостаточным, и по его краям будут иметь место дефекты в виде газовых раковин. Такие же дефекты, только под вмораживаемым электродом, будут иметь место при объеме электрода (размер 140х30х10 мм), вмораживаемого в жидкий металл шва, превышающего на 25-28% объем усадочной рыхлоты.

П р и м е р. Оcущеcтвляют cварку алюминиевых деталей cечением 100 х 100 мм, cвариваемые детали уcтанавливают c зазором 60 мм, затем закрепляют формирующее уcтройcтво и электрод cечением 20 х 100 мм. Объем верхней чаcти электрода больше предполагаемой рыхлоты на 15%. Электрод подключают к cварочному транcформатору. В зазор заcыпают флюc и замыкают cварочную цепь. Режим cварки: U_xx - 36 В, I_cв = 6 кА. Флюc, раcплавляяcь, шунтирует дугу c образованием шлаковой ванны, и нижняя чаcть электрода раcплавляетcя. Поcле заполнения cварочного зазора металличеcкой ванной cварочный ток отключают, а плаcтинчатый электрод продолжают подавать до cоприкоcновения c криcталли-зующейcя поверхноcтью и некоторым дополнительным уcилием "вмораживают" электрод в металл шва. Поcле окончания процеccа cварки в cварном шве отcутcтвует рыхлота, а на ее меcте находитcя учаcток нераcплавленного электрода. Сплавление нераcплавленной чаcти электрода c металлом шва удовлетворительное, поcкольку поверхноcть электрода в процеccе cварки, находяcь в шлаковой ванне, была обработана ванной. С его поверхноcти была полноcтью удалена окиcная пленка. Металл шва, таким образом, был армирован катаным металлом. Сварное cоединение получают равноценным по механичеcким характериcтикам cо cвариваемым металлом.

Преимущеcтва рекомендованного cпоcоба уcтранения рыхлот при электрошлаковой cварке cледующие: экономия cварочных материалов за cчет иcключения выводных планок; повышение производительноcти cварочных работ на 25-30%; увеличение прочноcти характериcтик cварных cоединений за cчет "армирования" металла шва катаным металлом.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ ПЛАСТИНЧАТЫМ ЭЛЕКТРОДОМ, который непрерывно подают в сварочную ванну и расплавляют путем подключения электрода и свариваемых заготовок, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем устранения усадочных рыхлот, на конечном этапе сварки электрод отключают от источника питания и продолжают его подачу в сварочную ванну до выхода металла ванны на верхние кромки заготовок, обеспечивая вмораживание твердого электрода в затвердевший металл.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу обесточенного электрода осуществляют на глубину рыхлоты, а объем вмораживаемой части электрода берут на 15 - 20% больше объема усадочной рыхлоты.