Способ многослойной электрошлаковой сварки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5/00, ЗЗ/00 з В ЕТЕН ЛЬСТВУ единению ектрошлальзовано в пных иэдеием соедйится к смощью эбыть испов;рки к,уным сечен ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИ(57) Использование: соединение металлов и сплавов электрошлаковой сваркой, преимущественно крупных изделий с большим поперечным сечением соединяемых элементов, Сущность: разделку кромок проИзобретение относ металлов и сплавов с по ковой сварки и может машиностроении для с лий с большим попереч няемых элементов. Известен способ ис на поверхности литых и ских деталей, при котор выполненную в виде ц отверстий; заполняют электрошлаковой завар Однако при сварке более 100 мм в швах и располагаемые в центрправления дефектов кованых металличеом разделку дефекта, епочки сверленных последовательной кой отверстий, отверстий глубиной оявляются трещины, е швов. 1756074 А 1 ряда прямоугольных отверихся с перегородками, Отвают от середины стыкового О краям с последующим расегородок. В процессе свар- но охлаждают перегородки, нтрц сварочного процесса риближают к свариваемым рмации усадки в каждрь, ноируют последовательным ирины перегородок, что поть стойкость сварного шва вания кристаллизационных родки могут быть выполнеированной рафинирующими щими элементами. 1 з.п. физводят в виде стий, чередующ верстия завари соединения к ег йлавлением пер ки принудитель а тепловые це максимально и кромкам, Дефо слое шва компе уменьшением ш зволяет повыси против образо трещин, Перего ны из стали, лег и модифицирую лы,1 ил,Известен способ электрошлаковой сварки, при котором разделку кромок вы- О полняют в виде ряда прямоугольных отвер- С) стий, образованными пазами на стыкуемых кромках с перегородкамй иэ основного ме- Ъ. талла между ними, а" заварку отверстий производят с расплавлением перегородок, начиная одновременно с двух крайних отверстий в направлении к середине сечения шва или начиная с цейтрального отверстия в направлении крайних,:причем каждое отверстие заваривают с йнтервалом времейи, в течение которого нижняя часть шва в предыдущем отверстии охладится до температу. ры точки А 1.Однако при формировании такого сварного шва линии встречи кристаллитов в центральной части каждого слоя, имеющиенаименьшие механические свойства из-зэналичия ликватов, вытесняемых к центру 5слоя растущим фронтом кристаллитов, будут располагаться перпендикулярно к направлению наибольших растягивающихсил, создаваемых Жтаточйыми сварочныминапряжениями. Поэтому йо этой линии (линии слабины) йри исчерпйвании пластических свойств будут образовыватьсятрещины, Чем больше жесткость сварногоузла, тем больше вероятность обрэзованйятрещин,Целью изобретения является повышение стойкости"сварного швэ против образования кристэллизационнйх трещйн;Указанйая цель достигается впроцессесварки за счет принудительного охлаждения, перегородок съемными устройствами имаксимального приближениятепловых центров сварочного процесса к свариваемймкромкам; что позволяет сформйровать линию встречи зону слабины) растущих кристаллитов в центре каждого швапараллельно направленйю действия наибольших растягивающих сил, создаваемыхостаточными сварочныминапряжениями.Разделку стыка соединяемых деталейвыполняют в вйде прямоугольных отверстий, образуемых. кромками 46 талей и 30вставляемыми между ними метэллическимйперегородками, установку которых проводят последовательно по мере заполненияшва наплавленным металлом, Центральноеотверстие формируют из перегородок шириной, равйой ширине сварочного зазора встыке, а последующие отверстия формируют из перегородок меньшей ширины на величину деформации сблйжения деталей приусадке каждогозаваренного слоя шва, определяемой по формулеЬв=М . Ьз, 0)где Ь - ширина пластины;Ьз - величина сборочного зазора в стыке; 45к - 0,9-0,98 - коэффициент; учитывающий усадку в сварном шве.Использование перегородок иэ стали,легированной рафйнирующими элементами(марганцем, ниобием, церием, цезием и 50др.), измельчающими структуру металлашва, позволяет повысить пластическиесвойства наплавленного металла и уменьшить ТИХ температурный интервал хрупкости). 55На чертеже изображена схема многослойной электрошлаковой сварки. На чертеже показаны охлаждающее устройство 1, вставные перегородки 2, устройство 3 для подачи сварочных проволок, частично расплавленная перегородка 4, сварной слой 5 шва, линия 6 сращивания встречно растущих кристаллитов (зона слабины), свариваемая деталь 7, шлаковая ванна 8, металлическая ванна 9, тепловой центр 10 сварки, наплавленный металл 11.Разделку стйка соединяемых деталей 7 выполняют в видепрямоугольных отверстий, образуемых кромками детали и вставляемыми между ними металлическими перегородками 2 и 4, установку которых йроводятпоследовательно по мере заполнения шва наплавленным металлом. Центральное отверстйе формируют из перегородок шириной, равной ширине сварочного зазора в стыке, э последующие отверстия формируют из перегородок меньшей ширйны на величину деформации сближения деталей при усадке каждого заваренного слоя шва, определяемой по формуле 1).Злектрошлэковым процессом заполняют центральное отверстие, образуя сварной слой шва 5, причем перегородки 4 лишь частично раплавляются, участвуя в формировании наплэвленного металла 11, При наличии охлаждающих устройств 1, выполнейных в виде массивных медных или алюминиевых пластин, увеличйвается сток тепла из перегородок, что ооуславливает условие увеличения скорости роста кристаллитов от них и формирование зоны слабины 6 в центре нэплавляемого слоя 5 параллельно действию наибольшихрастягивэющих напряжений, создающих усадочную силу Рус.После окончания сварки первого слоя 5 формируют смежные к нему отверстия и производят их электрошлаковую сварку, затем в такой же последовательности завариваютт остальную часть разделки, полностью переплавляя перегородки. Сварочные проволоки подают специальными устройствами - мундштуками 3, максимально приближая тепловые центры 10 к кромкам деталей, что позволяет увеличить нагрев деталей, уменьшив скорость роста кристаллитов, нормально растущих к поверхности свэривэемых кромок. Эффект большего нагрева свариваемых кромок можно получить известным приемом перемещения одного электрода поперек разделки с остановками возле кромок, Смещение тепловых центров сварочного процесса от центра отверстия к краям его позволяет уменьшить глубину металлической ванны 9, что также положительно отразится на повышении стойкости50 Принятый режим электрошлаковой сварки обеспечивает отсутствие закалочных структур в металле шва и околошовной зоне. Для получения качественного сварного соединения необходимо за один проход проплавить 2/3 толщины перегородки. 55 наплавленного металла против образования трещин за счет изменения направленйяроста кристаллитов.Изобретение иллюстрируется следующим примером сварки стального изделия 5толщиной 1000 мм, заготовки которого могут быть выполнены иэ литья и поковок,обработанных механическим путем.На основании экспериментов принимаютсборочный первоначальный зазор Ьз=70 10мм. Определяют центр стыка и формируютпервое отверстие из двух перегородок 4(черт) шириной каждая 70 мм и толщиной 30мм. Зазор между перегородкамй принймают равным 40 мм. Перегородки должны 15вплотную прилегать к свариваемым кромкам, пЬчем прикрепить их к деталям 7 можно с помощью прихваток ручной сваркой.Монтируют входной и выходной карманы(стационарные либо сьемные водоохлаждаемые). В зазор между перегородками поцентру вставляют плавящийся мундштук 3,изготовленный из стальной пластины толщиной 8-10 мм и двух плотно навитых спиралей из сварочной проволоки 3 мм. 25Ширина мундштука 60 мм, Зазоры междумундштуктом 3 и свариваемыми кромкамидеталей 7 следует выдержать в пределах4-6 мм, К каждой перегородке 4 с наружнойстороны устанавливают медные или алюминиевые устройства 1 для принудительногоохлаждения перегородок,Для принятого размера шва устанавливают следующие режимы электрошлаковойсваркидиаметр сварочной проволоки З.мм; 35количество проволок 2 штсила тока 1200А; напряжение сварки 43-45 В; скоростьсварки 0,5 м/ч; скорость подачи проволок145 м/ч; глубина шлаковой ванны 45-50 мм.Тепловой режим сварки - эффектйвная 40тепловая мощность сварочного процессаа 0= 1О п =1200 45 0,85=45900 Вт,мгновенная скорость охлаждении швапри температуре Тр = 700 С, при температуре окружающей среды Т 0 = 20 С. Теплопроводность стали А= 42 Вт/(М С). Расчеты показывают, что на нагрев и оплавление основного металла расходуется 42,5 тепла, а на оплавление перегородок и их охлаждение 57,5 6,Формируется шов эллипсовидной Формы с осями размерами 110 и 80 мм, При наличии одинаковой скорости роста кристаллитов от основного металлаи перегородок в центральйой частишва будет формироваться зона слабины 6 (черт) перпендикулярно к свариваемйм кромкам. При наличии разностискоростей кристаллизации от перегородок и основного металла будет йзменяться лишь дяийа зоны слабины. После окончания сварки первого отверстия и получения шва 5 с помощью перегородок 2 формируют два смежных отверстия, Ширину перегородок рассчитывают по формуле (1) с учетом коэффициента, учитывающего усадку в первом шве, К - 0,93. Таким образом Ьп 2 = 0,9370 = 65+1 мм. Устанавливают мундштуки 3 и охлаждающие устройства 1. Сварку проводят одновременно обоих отверстий, при этом перегородки 4 полностью переплавляются, образуя сплошной шов из наплавленного металла, состоящего из трех слоев, Последовательно Формируют следующие отверстия, вставляя перегородки с учетом предыдущих деформаций в шве, заваривают их. При соединении деталей толщиной 1000 мм Формируетсямногослойный сварной шов, состоящий из 17 слоев, обладающий высокой стойкостью против образования кристаллизационных трещин.Наличие автотермообработки каждого предыдущего слоя за счет тепла; выделяемого при сварке последующих швов, приводит к частичному измельчению структуры околошовной зоны и наплавленного металла, что положительно сказывается на стойкости сварного соединения против образования трещин, Повысить пластические свойства наплавки можно за счет применения перегородок из стали, легированной рафинирующими элементами, измельчающими структуру металла шва,Предлагаемый способ позволяет значительно сократить трудозатраты на подготовку стыка под сварку.Формула изобретения 1, Способ многослойнойэлектрошлаковой сварки иэделий большой толщины, при котором разделку кромок производят в виде ряда прямоугольных отверстий, чередующихся с перегородками; и заваривают отверстия последовательно от середины стыкового соединения к его краям с последовательным расплавлением перегородок,