Способ электрошлаковой сварки пластинчатым электродом

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОВСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихреспублик и 935234во делам изебретений и еткрытий, 1Ордена Ленина й ордена Трудового Красного Зйамени Институт электросварки им, Е.О. Патона(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЫЛАКОВОЙ СВАРКИ ПЛАСТИНЧАТЫМ ЭЛЕКТРОДОМ Изобретение относится к сварочной технике, преимущественно к электро- шлаковой сварке пластинцатым элект- родом и может быть широко использовано при изготовлении тяжелой алюминиевой ошиновки для электролизеров в цветной металлургии и химической промышленности.Известен способ электрошлаковой сварки алюминия пластинчатым или проволочным электродом 1 11.Недостатком его является то, цто он не обеспечивает получение качественных сварных соединений при резком увеличении толщины металла вследствие того, что электродная проволока не обладает достаточной жесткостью и ее трудно подавать в зазор между свариваемыми кромками, а использованиеУпластинчатых электродов и флюсов на основе щелочных металлов не позволяет накопить достаточного количества тепла ввиду низкой температуры кипения шлаков,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому эффекту кпредлагаемому изобретению являетсяспособ электрошлаковой сварки пластинчатым электродом, преимущественнолегких сплавов, при котором на пластинцатый электрод по всему его периметру наносят электроизоляционныйматериал2),Недостатком его является то, цтофопри резком увеличении теплопроводности свариваемого металла, напримералюминия, этот способ не обеспечивает достаточного количества, тепловоймощности шлаковой ванны, что вызыва 15ет непровары. Существенным недостатком известного способа при сварке,например, легких сплавов являетсятакже всестороннее воздействие на процесс электрошлаковой сварки внешних .магнитных полей большой напряженности,имеющих место в производстве электролитическим путем алюминия, хлора идругих продуктов. Взаимодействие393523 внешнего магнитного поля с собственным полем, возникающим вокруг электрода, сопровождается появлением в металле шва различных дефектов. Вредное влияние внешнего магнитного поля наиболее сильно при развитой поверхности .зеркалашлаковой ванны в зазоре приводит к развитию турбулентности, что сопровождается резким снижением стабильности сварки. Сварка в 10 сильных магнитных полях сопровождает. ся постоянными выплесками сварочной ванны из зазора, так как известный способ характеризуется возможностью изменения перекоса зеркала сварочной 15 ванны (т.е, ее свободной поверхности) при сварке в магнитных полях в пределах 0-90 от горизонтальной плоскости, Кроме того, недостатком известного способа электрошлаковой сварки, применяемого для сварки легких сплавов, является образование несплавлений в сварных соединениях при сварке алюминия большой толщины. Это объясняется наличием тугоплавкой оки си алюминия А 20 з на свариваемых кромках и большого теплоотвода. При значительном увеличении толщины свариваемого металла (более 60 мм) известные способы электрошлаковой сварки щ проволочным, пластинчатым и. пластино- проволочным электродами не обеспечивают требуемого качества сварных соединений.Целью изобретения является повышение качества сварного соединения и ус. тойчивости процесса сварки путем устранения влияния внешнего магнитного поля и обеспечения гарантированного провара кромбк.40 Поставленная цель достигается путем того, что в процессе сварки ограничивают угол перекоса зеркала сварочной ванны в пределах до 15 ф от горизонтали, для чего задают соотно шение проекций площади поперечного сечения электрода, площади зазора и площади зеркала шлаковой ванны на .горизонтальную плоскость в пределах 1:(12 1,5):(2,54,5) соответст в венно и обеспечивают оплавление сва. риваемых кромок в виде подвижных дуговых уступов, концы которых со сто.роны поверхности кромок погружены в шлаковую ванну, для чего йа сваривае мых кромках на площади не менее 50 их поверхности закрепляют электроизоляционный материал с температурой 4разрушения в 111,5. раза превышающей температуру плавления свариваемого металла.Наносимый на поверхность электрода электроизоляционный материал берут с температурой разрушения в 1,1,.2,5 раза превышающей температуру плав.ления электродного металла.Величина перекоса шлаковой ванныоне должна превышать .Т 5 от горизонтальной плоскости, так как при больших значениях перекоса ванны наблюдается заметное перераспределениесварочного тока по свариваемым кромкам вследствие разницы площадей смачивания кромок, что сопровождаетсянепроваром одной из них. Оптимальноезначение перекоса шлаковой ванны определяют экспериментальным путем в.лабораторных условиях: при перекосев пределах 0-15 ф получены качественные сварные соединения, и выше 15 с односторонним непроваром свариваемых кромок, В практике величину перекоса ванны определяют косвенным путем по разнице величин сварочных токов, проходящих по каждой кромке. Такэкспериментально установлено, что присварке алюминия одному градусу перекоса ванны соответствует разность величины сварочных токов, проходящейпо каждой кромке, равная 50-60 а,Таким образом, величина разницы токовпри сварке алюминия не должна превышать 750 900 а,Температура разрушения (Т ) изоляционного материала на свариваемыхкромках должна превышать температуруплавления (Тп ) основного металлав 1, 1- 1,5 раза, что обеспечивает получение горизонтальных подвижныхуступов. В случае, если Тр С 1,1 Т,то этот материал разрушается надзеркалом шлаковой ванны, что исключает получение горизонтальных уступов,В случае, если Тр 1,5 Т,ъ то изоля"ционный материал не успевает разру.шиться до подхода к нему металлической ванны, что сопровождается появлением в сварном шве шлаковйх включений,4Температура разрушения (Тр) изоляционного материала на электроде долж"на превышать температуру плавления(Т,) электрода в 1,12,5 раза,чтоувеличивает погоннуЮ энергию присварке и, как следствие, гарантируетпровар свариваемых кромок. В случае,5 9352если ТР ) меньше 1,1 Т, , то изоляоиционный материал разрушается надзеркалом шлаковой вайны и практичес-ки не оказывает влияния на глубинупогружения электрода, т.е. не обеспе- бчивает увеличение погонной энергиипри сварке. В случае, если ТР2,5Т, то глубина погружения электродапревосходит глубину шлаковой ванны,что сопровождается коротким замыка фнием сварочной цепи.При этом вертикальное перемещениебоковых участков зеркала ванны ограничивают подвижными уступами оплавляемых .свариваемых кромок, составляю фщими 40-75 площади зеркала ванны,а центрального участка вокруг электрода - собственным магнитным полем,создаваемым сварочным током..Характерно, что выход соотношения проекций из указанных пределовведет к значительному увеличениюперекоса зеркала ванны, что сопровождается мгновенным выплеском сварочной ванны из зазора,и,как следствие, Инарушением собственно процесса сварки,В качестве электроизоляционногоматериала для кромок могут служитьтугоплавкие картоноподобные Флюсы, 30пластмассовые пластинки, керамика, .Фанера, карбиды и окислы различныхметаллов, не вступающие в реакциюсо сварочным флюсом и т.п.Нанесение тугоплавкого электроизо-Зляцмонного материала на сварочныйэлектрод позволяет увеличить глубинупогружения электрода в шлаковую ваннубез увеличения скорости его подачи,и, тем самым, регулировать погоннуюэнергию при сварке.На чертеже изображена схема выполнения предлагаемого способа.В качестве примера выполняют сварку алюминиевых шинояроводов сечением140 х 515 мм в магнитном поле. 34еный флюс 7 на основе базальтового волокна толщиной 1 мм. К сварочному электроду 6 и поддону 2 подключают источник питания (не показан). Через отверстие (не показано) в поддоне 2 в карман поддона 2 заливают жидкий шлак 8 и одновременно включают подачу электрода 6 вниз, в результате чего начинается сварка. В процессе сварки на свариваемых кромках шин 1 образуются подвижные горизонтальные дуговые уступы 9, ограничивающие вертикальное перемещение боковыХ участков зеркала шлаковой .ванны 8, Расплавленный металл электрода 6 и свариваемых кромок шин 1 образуютметаллическую ванну 10, которая, кристаллизуясь дает качественный сварной шок 11. Ширина сварного шва 11 составляет 70 мм.Режим сварки: зазор - 28 мм,Охх 44 Вц - 4041 В- 6,57;5 каНапряженность магнйтного поля при сварке составляет Н = 4510тл.Сварка выполняется на аппарате А 550 У с источником питания ТШС.Применение предлагаемого способа позволяет получить следующие преимущества:,открывает возможность сваркиалюминия толщиной более 60 мм, что сопровождается увеличением единичной мощности электролизера, экономия сварочных материалов более, чем на 50 за счет меньшего расхода электродов; резко сокращает станочную и др.механическую обработку по устранению дефектов за счет повышения качествасварных соединений; позволяет выполнять сварку алюминиевых шинопроводов на монтаже в условиях действия сильных магнитных полей. Внедрение .заявляемого способа на одном алюминиевом заводе позволит получать не ме ее 150 тыс. руб. экономии в год.На свариваемых шинахсобирают Формирующее приспособление, состоящее из поддона 2, кристаллизаторов 3 и выводных планок 4. Со стороны39 кристаллизаторов устанавливают соле" ноиды (не показаны) для наведения магнитного поля при сварке. На свариваемые кромки шин 1 закрепляют пластины 5 из фанеры толщиной 2 мм. фф В зазор вводят сварочный электрод 6 сечением 20 х 130 мм, на поверхности которого закреплен картоноподобФормула изобретения Способ электрошлаковой сварки пластинчатым электродом преимущественно легких сплавов, при котором на пластинчатый электрод по всему его периметру наносят электроизоляционный материал, о т л и ч а ю " щ и й с я тем, -что, с целью повышения качества сварного соединения и устойчивости процесса сварки путем обеспечения гарантированного провара9352 153 Подписно оектная, 4 Ужгород,ул Филиал ППП "Патент кромок и устранения влияния внешнего магнитного поля в процессе сварки,ограничивают угол перекоса зеркаласварочной ванны в пределах до 15 О отгоризонтали, для чего задают соотношение проекций площади поперечногосечения электрода, площади сварочного зазора и площади зеркала шлаковойванны на горизонтальную плоскость впределах 1:(1,2,1,5):(2,54,5) 1 Осоответственно и обеспечивают оплавление свариваемых кромок в виде подвижных дуговых уступков, концы которых со стороны поверхности кромок погружены в шлаковую ванну, для чего 5на площади 503 их поверхности закрепляют электроизоляционный материалс температурой разрушения, в 1,1 ВНИИПИ Заказ 4114/16 34 81,5 раза превышающей температуру плавления свариваемого металла,2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что наносимый на поверхность электрода электроизоляционный материал выбирают с температуройразрушения, в 1,1-2,5 раза превышающей температуру плавления электродного металла.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением,Под ред. Б.Е. Патона, М "Машиностроение", 1974, с, 644-645.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Г 2177016,кл, В 23 К 25/00, 1975