Способ легирования металла при электрошлаковом процессе

 

0nWeAHИE,, SSSaSi

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.11.74 (21) 2077848/27 с присоединением заявки № (51) M. Кл г В 23 К 25/00

С 21С 5/56

Совета Министров СССР по аелам изобретений и открытий (53) УДК 621.791.793.037 (088.8) Опубликовано 15.12.76. Бюллетень № 46

Дата опубликования описания 17.01.77 (72) Авторы изобретения

В. В. Степанов, И. И. Ситников и Г. П. Саламатов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА

ПРИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОМ ПРОЦЕССЕ

Госуаарствеиный комитет (23) Приоритет

Предлагаемое изобретение относится, преимущественно, к области сварочного производства.

Известен способ легирования металла шва при электрошлаковой сварке, заключающийся в том, что в процессе сварки в шлаковую ванну подают гранулы легирующих веществ, плотность которых больше, чем плотность шлаковой ванны, но меньше плотности металлической ванны. При этом легирующие гра- 10 пулы опускаются в шлаке на поверхность металлической ванны и, плавая, растворяются в ней. Подача гранул в шлаковую ванну осуществляется вручную или автоматически.

К основным недостаткам этого способа относятся сложность приготовления гранул, трудность приготовления облегченных гранул для легирования тяжелыми тугоплавкими металлами (W, Ке, Та, Мо, Nb и др.) высокая степень неравномерности легирования вслед- 20 ствие хаотического движения гранул вместе с потоками шлака, возникающими от присутствия электромагнитного поля и конвенции, и сложность дозирования подачи гранул.

Известен способ, при котором осуществля- 25 ется электролитический перенос вещества одного электрода на другой, при этом легирующий и легируемый электроды подключены к источнику постоянного тока.

Однако в случае электрошлаковой сварки, 30 при подключении пеплавящегося электрода к положительному полюсу источника постоянного тока невозможно осуществить независимое регулирование переноса легирующих веществ с неплавящегося электрода, так как увеличение или уменьшение интенсивности переноса связано с уменьшением или увеличением тока в сварочной цепи, т. е. с нарушением режима сварки.

Известно, что при электрошлаковом процессе на постоянном токе обратной полярности и переменном токе в результате электролиза неплавящиеся электроды разрушаются.

Однако использование электролптпческого переноса вещества неплавящегося электрода с целью легирования металла при электрошлаковом процессе не всегда возможно.

При подключении неплавящегося электрода к положительному полюсу источника постоянного тока стабильность электрошлакового процесса нарушается из-за возникновения анодного эффекта, например при использовании бескислородных фторидных флюсов.

При использовании переменного тока возможно осуществление стабильного электрошлакового процесса с вводом в шлаковую ванну неплавящегося электрода. Но и в этом случае не осуществить независимого регулирования электролитического переноса легпрующих веществ с неплавящегося электро538861

65

3 да. При подключении к шлаковой ванне одновременно пеплавящегося и плавящегося электродов капли плавящегося электрода садятся на неплавящийся электрод и, покрывая его поверхность, препятствуют его электролитическому растворению.

Цель изобретения — обеспечение возможности независимого регулирования интенсивности легирования, в том числе при использовании бескислородных фторидных флюсов.

Для этого по предлагаемому способу неплавящийся электрод питают асимметричным переменным током с постоянной составляющей положительного знака, а интенсивность легирования регулируют изменением величины постоянной составляющей.

С целью повышения качества и стабильности легирования плавящийся электрод подают импульсами, а сварочный ток поддерживают неизменным путем уменьшения расстояния между неплавящимся электродом и металлической ванной.

При осуществлении легирования легирующие вещества включают в состав неплавящегося электрода. Перенос легирующих компонентов в металлическую ванну облегчают, применяя композиции флюсов с более высокими потенциалами разряда положительных ионов, чем легирующих элементов.

Так, например, экспериментально подтверждено, что при электрошлаковой сварке титановых сплавов с бескислородными фторидными флюсами без затруднений переносятся в жидкую металлическую ванну с неплавящегося электрода такие тугоплавкие элементы, как W, Мо, Nb.

Эффективно происходит перенос этих элементов при электрошлаковой сварке железохромоникелевых сплавов с флюсами систем:

CaFq — А1 0з, CaF — СаО; CaFq — СаΠ— А1 0з, а также насыщение поверхностного слоя, например, изделий из меди и т. п.

Известно, что процессы электролиза в расплавах также как и в водных растворах, подчиняются законам Фарадея, однако, учитывая специфические особенности электрошлакового процесса, протекающего при больших температурах и высоких плотностях тока, следует вводить поправочные коэффициенты, устанавливаемые опытным путем, т. е. количе-. ство выделпвшегося легирующего компонента можно выразить, например, формулой

А

J7l=P — — ф

Z F где Л вЂ” атомный вес вещества;

Z — валентность;

q — количество электричества;

F — число Фарадея, P — поправочный коэффициент.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Сваривали образцы из титана марки ВТ1-1 голщиной 30 мм в медном водоохлаждаемом приспособлении электрошлаковым способом.

4

Наведение шлаковой ванны и разогрев свариваемых кромок осуществляли неплавящимся электродом, питая его асимметричным переменным током с постоянной составляющей отрицательного знака.

Режим наведения: сила тока IH=700 — 900 а, постоянная составляющая по току l — — 160—

180 А, напряжение Uð — — 20 — 22 В, флюс АНТ-2 (CaF, 98%) h =25 мм; неплавящийся электрод из вольфрамового прутка марки «Вл» диаметром 10 мм.

После наведения шлаковой ванны и разогрева свариваемых кромок подавали импульсами проволочный электрод диаметром 4 мм из титана марки ВТ1-00, питая его от общего с неплавящимся электродом токопровода, поддерживая заданный сварочный ток в паузах соответственным уменьшением расстояния от неплавящегося электрода до металлической ванны, Одновременно с включением подачи плавящегося электрода изменяли знак постоянной составляющей по току на обратный, т. е. постоянную составляющую давали в положительной полуволне переменного тока.

Режим сварки: сила сварного тока 1„=

=1500 — 1700 А; 1п=150 — 160 А, напряжение

U=20 — 22 В, скорость подачи проволоки

U,=33 см /мин, время импульса t>,— 8 с, время паузы t =5 с, зазор между кромками

b,=25 мм.

Результаты химического анализа показали содержание вольфрама в металле шва—

0,84 вес. /о.

Использование предлагаемого способа регулирования при электрошлаковом процессе имеет по сравнению с существующими способами следующие преимущества: возможность осуществления дополнительного легирования наплавляемого металла непосредственно при электрошлаковом процессе с одновременным подводом в шлаковую ванну энергии через неплавящийся электрод, т. е. упрощается техника поставки легирующих компонентов в металлическую ванну; ускорение отработки оптимального химсостава присадочных материалов, в особенности тугоплавких элементов, для решения вопросов свариваемости новых марок материалов; возможность легирования металлов элементами, нерастворимыми или ограниченно растворимыми в них, например вольфрамом можно легировать медь, титан ит.п, Возможность поверхностного насыщения изделий легирующими компонентами.

Указанные преимущества позволяют расширить область применения электрошлакового процесса.

Формула изобретения

1. Способ легирования металла при электрошлаковом процессе неплавящимся электродом или неплавящимся и плавящимся электродами с электролитическим переносом

538861

Составитель Н. Рощупкин

Техред М. Семенов

Редактор Л. Василькова

Корректор О. Тюрина

Заказ 2819/8 Изд. № 1871 Тираж 1178 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова. 2 леп рующих веществ с неплавящегося электрода на металлическую ванну, отличаюшийся тем, что, с целью обеспечения возможности независимого регулирования интенсивности легирования, в том числе при использовании бескислородных фторидных флюсов, неплавящийся электрод питают асимметричным переменным током с постоянной составляющей положительного знака, а интенсивность легирования регулируют изменением величины постоянной составляющей.

2. Способ по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества и стабиль5 ности легирования, плавящийся электрод подают импульсами, а сварочный ток поддерживают неизменным путем изменения расстояния между неплавящимся электродом и металлической ванной,