Способ электрошлаковой сварки

ЮЗ СОВЕТСКИХЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 8 РЕСПУБЛИК 5/О Ц 5 В ТЕНТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Я САНИЕ ИЗОБРЕТ ПАТЕНТ собу электрошлаковой сварки деталей в зазор между свариваемыми кромками подают ленточный электрод и изменяют распределение тока по сечению электрода наклоном изделия на угол а =860 к горизонтальной плоскости, величину тока, стекающего в шлак (1 шл), задают следующим соотношением: 1 ШЛ=1 сэф (а В)/(0,35 а В)-1), где 1 сэ. - сварочный ток, А; 1 шл - сварочный ток, стекающий в шлак, А; В - ширина ленточного электрода, мм; 0,35-эмпи ический коэффиЦИЕНт; а= ОфА оэл, Зэл, %л, - ПЕРЕВОД- ной коэффициент электропроводности, где дфоп, и Ал, - электропроводность флюса и электрода соответственно, Ом см ";Р=2(1 фл.+ дэл.) - периметр единицы поверх- НОСТИ ЭЛЕКтРОДа тОЛЩИНОй Оэл., ПОГРУЖЕН- ной в шлак на глубину Ьфл., Зэл. - сечение Б участка электрода, погруженного в шлак. 1 ил., 1 табл,и инс ии инсза рубе- Наукова Под ред117.Й СВАР рочному льзовано локонст- СНО СПОвают в шение йаВВгде 1 шл, - св рочный тшлак, А; 1, (1) текающий через се. - СвдрОЧНЫИ ТО В - ширина ленто 0,35 - эмпирическ к,А;чного электрода, мм;ий коэффициент; фиЕРЕВОДНО циент электропроводгде офлпэл. - элект и электрода соответс ности,ропроводность флюсавенно, Ом см;(56) Авторское свидетельство СССРМ 755473, кл. В 23 К 9/18, 1977.Электрошлаковая технологияжом / Под ред, Б.Е.Патона. - Киев:думка, 1982, с. 16.Электрошлаковая сварка /Б,Е,Патона. - М.: Машгиз, 1959, с.(54) СПОСОБ ЭЛ ЕКТРОШЛАКОВОКИ(57) Изобретение относится к свапроизводству и может быть испопри изготовлении листовых металрукций толщиной 1040 мм. Согла Изобретение относится к области сварочного производства, а именно к процессам электрошлаковой и электродуговой сварки ленточными электродами,Цель изобретения - повышение качества сварного соединения при сварке ленточными электродами за счет изменения распределения тока по сечению электрода и интенсификации дугового процесса в передней части электрода.Поставленная цель достигается тем, что по способу злектрошлаковой сварки в зазор между свариваемыми кромками подают плавящийся электрод, заготовки располагают под углом к горизонтальной плоскости, а величину тока, стекающего в шлак, устанавветствии со следующим соотР=-2(Ьф,+ гЪ,) - периметр единицы поверхности электрода толщиной Оэлпогруженной в шлак на глубину Ьфи мм;5. - сечение участка электрода, погруженного в шпак, мм;сЬ, - толщина ленточного электрода,Сущность заявляемого способа электрошлаковой сварки (ЭШС) с регулированием теплосодержания шлаковой ванны рассмотрим для процесса ЭШС, выбранного в качестве прототипа.Для процесса ЭШС при наклонном расположении изделия наблюдается увеличенный теплоотвод в передней части шлаковой ванны в основной. металл и нижний ползун или подкладку, Для обеспечения проплавления корня шва предложено осуществить локальный дуговой процесс в передней части сварочной ванны, используя при этом ленточный электрод, учитывая его отличительные особенности по сравнению с проволочным. Так, проведенные ранее исследования особенностей плавления ленточных электродов показали, что распределение плотности тока в вылете электродной ленты неравномерно и зависит от места горения дуги на торце электрода, причем эта неравномерность увеличивается с приближением к месту горения дуги. Применительно к известному процессу ЭШС,интенсивность распределения плотности тока по сечению электрода в случае горения дуги в передней части сварочной ванныхарактеризуется градиентом контурной плотности тока.Известно, что традиционный электро- шлаковый процесс становится технологичнее с повышением электропроводности жидкого шлака, Но вместе с тем для получения достаточной тепловой мощности, необходимой для расплавления свариваемых кромок, требуется существенное увеличение электрической мощности процесса (Ю=свчшл.). При малых скоростях сварки, характерных для ЭШС, это вызывает перегрев металла в околошовной зоне (ОШЗ) и ведет к ухудшению служебных характеристик сварного соединения в целом, Локальный характер горения дуги на передней кромке ленточного электрода позволяет отказаться от использования значительных электрических мощностей, а задавая закон распределения токамежду дугой и шлаком, можно добиться требуемого перераспределения теплосодержания шлаковой ванны. Причем регулирование соотношения тока дуги и тока, стекающего в шлак, который и определяет теплосодержание шлаковой ванны, осуществляется посредством реализации следующих приемов,Изменение электропроводности участка электрода достигается путем нагрева его5 проходящим током. Известно, что при традиционной ЭШС происходит интенсивныйпредварительный подогрев вылета проволочного электрода, Полагая, что при некоторых допущениях проволочный электрод10 можно рассматривать как линейный проводник тока, а ленточный - как плоский,появляется возможность управлять в "сухомвылете" электропроводностью ленточногоэлектрода, что невозможно для проволоки.15 В свою очередь, изменение электропроводности по сечению в вылете ленточногоэлектрода оказывает влияние на теплосодержание шлаковой ванны и соответственно на характер проплавления свариваемых20 кромок. Вышеизложенное предположениеподтверждается следующим примером, Известно, что сопротивление некоторого проводника Я пропорционально его длине, т.е.Й" р Я, где р - удельное сопротивлениенекоторого проводника; Я - поперечное сечение;- длина проводника. Используя этосвойство, предложено изменять теплосодержание шлаковой ванны путем подачи внее участков проводника с током (ленточЗ 0 ный электрод) с различным электрическимсопротивлением. Различное электрическоесопротивление обеспечивается различнойдлиной ленточного электрода на участке отшлаковой ванны до токоподвода.З 5 Изменением электропроводности флюса путем варьирования компонентов; содержащихся во флюсовой смеси, выбраннойдля целей сварки. Специфика заявляемогоспособа такова, что интенсифицировать чи 40 сто электрошлаковый процесс в том традиционном виде, с которым имеют дело,весьма затруднительно для головной части(интенсивный теплоотвод в нижний кристаллизатор, малое расстояние между свариваемыми кромками и недостаточныйконвективный теплообмен расплавленногошлака). Такие жесткие условия не всегдапозволяют гарантировать качественноесплавление в корневой части только за счет50 чисто электрошлакового процесса плавления, Поэтому представляется целесообразным развести по ширине ленточногоэлектрода процессы плавления как в электрошлаковом, так и в дуговом режиме, Авторы предлагают использовать необходимуюкомбинацию известных традиционных флюсов, как для ЭШС, так и для АДФ. Причемприменение необходимой комбинациифлюсов (сухой флюсовой смеси) заклюцястся в раздельной подаче различны". марок1807925 10 15 20 25 30 40 45 55 флюсов на разные участки шлаковой ванны, Например, флюс АНФподают в хвостовую часть, а АНА - в переднюю (головную) часть шлаковой ванны и при этом общее их количество должно соответствовать необходимому их пропорциональному соотношению,Изменением площади поверхности контакта Р и величины сечения участка электрода Яэлосуществляемым регулированием погружения в слой расплавленного флюса торца ленты на глубину пшл ("мокрый вылет"), С увеличением глубины погружения становится больше поверхность электрода, соприкасающегося с расплавленным шлаком, одновременно уменьшается межэлектродный промежуток и электрическая энергия преобразуется в тепловую во все меньшем объеме между концом электрода и металлической ванной. Такая концентра. ция тепловой энергии (мощности) повышает температурный градиент в шлаке и ускоряет плавление электрода, Используя это свойство, верхний предел пш. ("мокрого вылета") определяется из условия существования одновременно двух процессов; горения дуги и электрошлакового плавления электрода. По экспериментальным данным для указанного способа ЭШС при использовании традиционного флюса максимальная величина "мокрого вылета" может составить Ьшл,макс.=б 8 мм. Минимальный же размер "мокрого вылета" Ьщл.мин, определяется условиями контакта ленточного электрода и жидкого шлака, т.е, в некоторых случаях становится достаточным так называемый пленочный контакт торца электрода с поверхностью расплавленного флюса. Учитывая перечисленные особенности, авторы предлагают в установившемся режиме (скорость подачи электрода нпод.=сопз 1, глубина шлаковой ванны Ншл.=сопзт) изменять специальным образом и в ограниченных пределах скорость вращения подающих роликов и соответственно площадь поверхности контакта Р электрода с расплавленным шлаком.Заявляемый способ ЭШС иллюстрируется схемой, представленной на чертеже, и осуществляется следующим образом. Сва риваемые изделия толщиной дрозд, устанавливаются в наклонном положении под углом а к горизонтальной плоскости на флюсо-медной подкладке или на скользящем медном ползуне (кристаллизаторе). Ленточный электрод устанавливают узкой стороной симметрично относительно свариваемых кромок в направлении нсвт., а широкой стороной - вертикально, Для предотвращения вытекания расплавленного ме. талла и шлаковой ванны, а также для формирования лицевой поверхности сварного шва с задней стороны ленты устанавливают подпружиненный медный кристаллизатор, При включении подачи ленточного электрода в шлаковую ванну одновременно замыкается сварочная цепь и в начальный момент времени возбуждается дуговой процесс под флюсом между ленточным электродом и металлической подкладкой, которую предварительно укладывают на нижний формирующий кристаллизатор, Через некоторое время дуга полностью или частично шунтируется расплавленным шлаком и в сварочном зазоре в зависимости от условий устанавливается либо электрошлаковый, либо электрошлакодуговой процесс плавления, По мере расплавления ленточного электрода металлическая ванна заполняет нижнюю часть полости между свариваемыми кромками основного металла, и при этом поверхность шлаковой и металлической ванны принимает горизонтальное положение. При достижении. верхнего уровня шлаковой ванны, либо контрольного уровня кристаллизатора начинается относительное движение ленточного электрода или свариваемых изделий со скоростью сварки нов. Корневая часть сварного шва формируется в подготовленной формирующей канавке, которая выполнена в медном скользящем формирующем ползуне (кристаллизаторе),Толщина ленточного электрода, при которой возможно получение качественного шва, находится в пределах 4 л,=0,21,2 мм., Обоснование указанного интервала приведено в а.с, В 1374605. Там же приведено обоснование величины угла наклона асвариваемых кромок к горизонтальной поверхности, Ширина ленточного электрода, применяемого для заявляемого способа, находится в интервале Вэ,=40200 мм, Применение ленточного электрода шириной менее 40 мм снижает производительность процесса до уровня традиционных дуговых способов сварки, применяемых при изготовлении сварных конструкций малой и средней толщины, Кроме того, с уменьшением ширины ленточного электрода снижается доля электрошлакового процесса плавления электродного металла. Увеличение ширины ленточного электрода свыше 200 мм хотя и возможно, но ограничено целесообразностью его изготовления. Учитывая указанное выше, ширина ленточного электрода ограничена интервалом Вэд,=40200 мм,1807925 Ф аВ1 шл.=се, - 10,35 а В20 переводной коэффиНекоторые параметры режимов сварки для заявляемого способа ЭШС лентояиым электродом Заявляемый способ ЭШС может быть рекомендован для сварки металла малых и средних толщин диэд.=10,40 мм. Кроме того, заявляемый способ ЭШС ленточным электродом был реализован при сварке образцов толщиной добр,=36 мм, зазор между кромками составил С=12 мм. Использовалось следующее оборудование: источник питания ВДУ, наплавочная установка типа АН с механизмом подачи ленточных электродов, ленточный электрод сечением 100 х 0,5 мм, сварочный ток 1 св,=760820 А, ток, стекающий через шлак шл.=420.440 А, доляшл,=(0,530 55)св, напряжение шлаковой ванны Ошл-;36.38 В, скорость подачи ленты чпод.=4446 м/ч, скорость сварки чсв.=11,011,2 мч, глубина шлаковой ванны Ншл.=1214 мм, "сухой вылет" электрода Ьэл.45,. 50 мм, глубина погружения электрода в шлак (" мокрый вылет") Ьшл.=68 мм, ориентировочные значения электропроводности для ленточного электрода составляли: Оэл.=10,135,0 Ом э см, для флюсов офл,=1,82,2 Ом см (АНА) и дфл.=5,26,2 Омсм (АН Ф).В таблице приведены некоторые параметры режимов сварки для заявляемого способа ЭШС для интервала свариваемых толщин диэд. 10;,.40 мм.Заявляемый способ ЭШС ленточным электродом с регулированием теплосодержания шлаковой ванны позволяет получать качественное сварное соединение (диэд,=36 мм, зазор С=12 мм) со значительно меньшими энергозатратами по сравнению с традиционной ЭШС проволочным электродом и может найти применение при изготовлении сварных металлоконструкций толЩИНОй диэд,=1040 ММ.Формула изобретения Способ электрощлаковой сварки, при 5 котором в зазор между свариваемымикромками подают плавящийся электрод, а заготовки располагают под углом к горизонтальной посос, О т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества свар ного соединения при сварке ленточнымэлектродом за счет изменения распределения тока по сечению электрода и интенсификации дугового процесса в передней части электрода, устанавливают величину 15 тока, стекающего в шлак в соответствии соследующим соотношением; где 1 шл, - сварочный ток, стекающий черезшлак, А;1 св. - СВаРОЧНЫй ТОК, А;В - ширина ленточного электрода, мм.;25 0,35 - эмпирический коэффициент; циент электропроводности,ГДЕ Офл., СЬл. - ЭЛЕКтРОПРОВОДНССтЬ фЛЮСаи электрода соответственно, Ом 1 см 1;=2(1 фл+ дэл) - периметр единицы поверхности электрода толщиной дэл, погру 3 женной в шлак на глубину 11 фл, ммЗэл - сечение участка электрода, погруженного в шлак, ммдэл, - толщина ленточного электрода, мм,1 В 07925 улаков едакто мборск Заказ 1390 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 оставитель Е. ехред М,Морге рягинал Корректо