Способ легирования металла при электрошлаковом процессе

О П И С А Н И Ец 538861ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республикприсоединением заявки23) ПриоритетОпубликовано 15,12.76. Бюллетень46 Дата опубликования описания 17,01.77 Госуаарствеиныи комитЕт Совета Министров СССР 53) УДК 621,791.793.03. В, Степанов, И. И. Ситников и аламатов 71) Заявите 54) СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОМ ПРОЦЕССЕ Предлагаемое изобретение относится, преимущественно, к области сварочного производства.Известен способ легирования металла шва при электрошлаковой сварке, заключающий ся 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 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 от носятся сложность приготовления гранул, трудность приготовления облегченных гранул для легирования тяжелыми тугоплавкими металлами (%, Ке, Та, Мо, КЬ и др.) высокая степень неравномерности легирования вслед 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 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 электрол птического переноса вещества неплавящегося электрода с целью легирования металла при электро- шлаковом 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 электро- шлакового процесса с вводом в шлаковую ванну неплавящегося электрода. Но и в этом случае не осуществить независимого регулирования электролитического переноса легпрующих веществ с пепл авящегося электроб 0 б 5 3да. При подключении к шлаковой ванне одновременно пеплавящегося и плавящегося электродов капли плавящегося электрода садятся на неплавящийся электрод и, покрывая его поверхность, препятствуют его эчектролитическому растворению.Цель изобретения - обеспечение возможности независимого регулирования интенсивности легирования, в том числе при использовании бескислородных фторидных флюсов.Для этого по предлагаемому способу не- плавящийся 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 не- плавящегося электрода такие тугоплавкие элементы, как Ъ, Мо, КЬ.Эффективно происходит перенос этих элементов при электрошлаковой сварке железохромоникелевых сплавов с флюсами систем: СаГ - А 10 з; Са).- СаО; СаЕ - СаО - А 10 з, 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. количество выделпвшегося легирующего компонента можно выразить, например, формулойАШ=ф -где А - атомный вес вещества;Л - валентность;д - количество электричества;Р - число Фарадея,р - поправочный коэффициент.Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.Сваривали образцы из титана марки ВТ 1-1 голщиной 30 мм в медном водоохлаждаемом приспособлении электрошлаковым способом. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 4Наведение шлаковой ванны и разогрев свариваемых кромок осуществляли неплавящимся электродом, питая его асимметричным переменным током с постоянной составляющей отрицательного знака.Режим наведения: сила тока Ун=700 - 900 а, постоянная составляющая по току 1 п=160 - 180 А, напряжение Ур -- 20 - 22 В, флюс АНТ(СаР, 98%) Йш=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 ВТ 1-00, 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; 1,=150 - 160 А, напряжение 0=20 вВ, скорость подачи проволоки У,=ЗЗ см/мин, время импульса 1 И=8 с, время паузы 1=5 с, зазор между кромками бз=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 и т. 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 элек. тродом или неплавящимся и плавящимся электродами с электролитическим переносом538861 Составитель Н. Рощупкин Техред М, Семенов Редактор Л. Василькова Корректор О. Тюрина Заказ 2819/8 Изд, Мо 1871 Тираж 1178 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 легьрующих веществ с неплавящегося электрода на металлическую ванну, отличающ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности независимого регулирования интенсивности легирования, в том числе при использовании бескислородных фтор иди ых флюсов, неплавящийся электрод питают асимметричным переменным током с постоянной составляющей положительного знака, а интенсивность легирования регулируют изме.пением величины постоянной составляющей.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения качества и стабиль ности легирования, плавящийся электрод подают импульсами, а сварочный ток поддерживают неизменным путем изменения расстояния между неплавящимся электродом и металлической ванной,