Способ электрошлаковой сварки легких металлов

, 1 г Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл.3В 23 К 25/00 с присоединением заявки Нов(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 02, 10. 80(72) Авторы изобретения А,Н.Сафонников, А.Г.Синчук и А.В.Антонов Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамениинститут электросварки имени Е,О.Патона АН Украинской ССР(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ ЛЕГКИХМЕТАЛЛОВ 1Изобретение относится к сварочному производству, преимущественнок тем отраслям народного хозяйства,где возможно применение металлабольшой толщины и может быть особенно широко использовано при сварке различных конструкций в электротехнической промышленности, цветнойметаллургии, химической промышленности и др. 1 ОИзвестен способ сварки легкихметаллов, например магния, в инертных газах, однако применение егоможет быть эффективно лишь при ограниченной толщине металла (11 . С 15увеличением толщины металла указанный способ становится малопроизводительным.Кроме того, многопроходная сваркапри изготовлении конструкций из ме Оталла большой толщины нецелесообразна, так как способствует возникновению значительных деформаций.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результату 25к изобретению является способ электровщаковой сварки легких металловплавящимся электродом, с применением формирукщих кристаллизаторов,при котором расплавление электрода 3 О производят теплом шлаковой ванны, образуемой расплавленным сварочным флюсом, через который пропускают сварочный ток, процесс начинают во входном кармане, и заканчивают в вуводных планках (21 .Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает возможности сварки металлов с удельным весом, меньшим удельного веса шлака.Целью изобретения является обеспечение возможности сварки металлов с удельным весом, меньшим удельного веса шлака за счет изменения направления сварки.Это достигается тем, что сварку осуществляют в направлении сверху вниз, для чего входной карман размещают над сварочным зазором, выводные планки под зазором, а электрод расплавляют в направлении сверху вниз, при этом шлаковую ванну удерживают от вытекания дополнительным уплотняющим поддоном, который устанавливают в зазоре под сварной ванной. Сварку можно осуществлять подвижным электродом, который подают сквозь дополнительный поддон снизу вверх, или неподвижным электродом, который закрепляют на неподвижном дополнительном поддоне,а сварочный зазор заполняют твердым флюсом, при этом свободный конец электрода оставляют выступающим под свободной поверхностью Флюса для обеспечения начала процесса.Начало процесса осуществляют заливкой жидкого шлака сверху.С целью увеличения скорости сварки пропорционально увеличивают со,отношение между плотностью шлакаи свариваемого металла.В варианте способа заполнениезазора между свариваемыми элементами жидким металлом производят засчет удаления из зазора жидкогошлака.Таким образом, в основе способалежит возможность производить сварку легких металлов путем непрерыв-ного нсплынания капель расплавленного электродного металла на поверхность шлаконой ванны за счетразности удельных весов жидкогошлака и снариваемого металла, В этомслучае шон формируется сверху внизв противоположность обычной электрошлаковой сварке, когда шов формируется снизу вверх,Воэможность такой сваркиобеспечивается подбором компонентов флюсов, имеющих большой удельный веспо сравнению со свариваемым металлом, т.е. когда у,(Ш 7где- удельный вес металла, подлежащего сварке;удельный,нес шлаковой ванны.При этом удельный вес флюса определяется по формуле100О/ / оОоГ Югде К, К 2 К - процентное содержание компонента вфлюсах;, - удельный вес соответствующего компонента.С целью обеспечения качественных сварных соединений удельный вес металла ( ) должен относиться к . удельному весу шлака ( у, ) как г 1На Фиг. 1 изображена принципиальная схема процесса; на фиг. 2, 3 - сечение А"А на фиг. 1, при применении пластинчатого или проволоч.ных электродов соответственно; на Фиг. 4 - схема процесса с удалением в процессе снарки жидкого шлака; на фиг, 5 - схема процесса при сварке неподвижным электродом и с засыпкОй твердого Флюса; на фиг. 6- схема процесса при сварке неподвижным электродом и с заливкой в зазор жидкого шлака.5О 15 20 25 ЗО 35 45 5 О 55 60 На чертежах приняты следующиеобозначения.1- электродный металл, 2 - дополнительное уплотняющее дно кристаллизатора, 3 - снариваемые детали,4 - жидкая металлическая ванна, 5капли электродного металла, поднимающиеся внерх, 6 - камера-крышка,7 - штуцер для подачи и выхода за.щитного газа, 8 - выводные планки,9 - входной карман,. 10 - отверстиедля удаления жидкого шлака в процессе снарки, 11 - пазы (прорези)в дополнительном дне для подачи пластинчатого электрода, 12 - отверстия для подачи электродной проволоки, 13 - формирующие (боковые)кристаллизаторы, 14 - шлаковая ванна, 15 - напланляющийся мундштук,16 - подающие ролики, 17 - воронкадля заливки жидкого. шлака, 18твердый флюс,Процесс (см. Фиг. 1) рекомендуется для сварки протяжных швов. Придополнительном уплотняющем дне кристаллизатора 2, здесь поднижном, сварка осуществляется подвижными электродами в виде пластины или в виденескольких проволок, подаваемых вшлаковую ванну 14 снизу вверх.Сварку швов малой протяженностицелесообразно выполнять по схеме,приведенной на фиг. 4. При сваркепо этой схеме дополнительное дно 2кристаллизатора н процессе сваркинеподвижно, а электродный металл 1подают роликами 16 н напланляющийсямундштук 15, вмонтированный н дно 2.Процесс начинают заливкой шлакав воронку 17,Сварку неподвижными электродамиосуществляют по схеме на фиг, 5-6.Процесс сварки осуществляют обычнымобразом.При прохождении тока через расплавленный шлак (14) достигают егоперегрева, вследствие чего плавитсяэлектрод, При прохождении черезшлаковую ванну 14 капли электродного металла рафинируются. По меренакопления жидкого металла на поверхности шлаковой ванны 14 и бпланления сваринаемых кромок образуется прочное соединение кромок. В результате непрерывной подачи электродного металла в сварочную наннуобъем металла в зазоре увеличивается,что оказывает дополнительное давление на подвижное дно (см. Фиг. 1).Так как дно имеет возможностьперемещаться по высоте зазора, оноопускается (показано стрелками).Таким образом, при перемещенииподвижного дна шлаковая ванна 14опускается, а освободившеесяместозанимает жидкий металл.В качестве примера выполняли сварку брусков сечением 57110 мм иэмагниевого биплана ИА 2-1, Сварива 76490215 40 Сварочный ток 1 э в 1,5-2 кА; напряжение холостого хода источникапитания - 38 В; напряжение сваркиО. з - 35 В; время сварки- 35 мин.В результате сварки получают сварное соединение без видимых дефектов,Механические испытания показали,что предел прочности металла шваравен 0,7-0,8 от предела прочностиосновного металла,50 Использование предлагаемого способа сварки легких металлов обеспечивает по сравнению с существующими способами возможность электрошлаковой сварки легких металлов (например, сплава магния и др,), для которых в настоящее время нет надежной флюсовой системы по плотности, меньше плотности этих материалов, в результате чего не существует способа сварки по типу классическо.го электрошлакового процесса. "4 60 емые образцы собирали по схеме, показанной на фиг. 5, где пластинчатыйэлектрод имеет сечение 20 Х 90 мми длину 330 мм.В зазор между свариваемыми деталями 3, равный 60 мм, вокругэлектрода 1 засыпалй твердый флюс18 таким образом, чтобы электрод1 выступал из флюса на 25-30 мм.Сверху твердого флюса 18 заливали расплавленный флюс так, чтобы он покрылвыступающую часть электрода 1. Квходному карманУ 9 и пластине подключали сварочный трансформатор,в результате чего через жидкую шлаковую ванну 14 проходит сварочный .ток, который перегревает расплавленную шлаковую ванну 14.В результате перегрева шлаковойванны 14 начинает плавиться верхняячасть электрода 1 и твердый флюс 18.Капли расплавленного металла 5 всплывают на поверхность шлаковой ванны14, образуя металлическую ванну 4.При этом объем шлаковой ванны14 увеличивается, а твердого флюса18 уменьшается, в результате чегодно шлаковой ванны 14 опускается,открывая все новые участки электрода для плавления,После полного расплавления электрода 1 и оплавления кромок свариваемых деталей 3 сварочный ток отключают. Металлическая ванна кристаллизуется, образуя сварной шов. Объемтвердого флюса выбирают из такогорасчета, чтобы он после расплавления .и последующей кристаллизации сучетом усадки занял пространствомежду входными планками, удерживаятем самым металлическую ванну 4 точно в зазоре между кромками свариваемых деталей 3.Режим сварки. Формула изобретения1. Способ электрошлаковой сварки легких металлов плавящимся электродом с применением формирующих кристаллов, при котором расплавление электрода производят теплом шлаковой ванны, образуемой расплавленным сварочным флюсом, через который пропускают сварочный ток, процесс начинают во входном кармане, а заканчивают в выводных планках, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности сварки металлов с удельным весом, меньшим удельного веса шлака за счет изменения направления сварки, сварку осуществляют в направлении сверху вниз, для чего входной карман размещают над сварочным зазором, выводные планки под зазором, а электрод расплавляют в направлении сверху вниз, при этом шлаковую ванну удерживают от вытекания дополнительным уплотняющим поддоном, который устанавливают в зазоре под сварной ванной. 2, Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что сварку осуществляют подвижным электродом,который подают сквозь дополнительный поддон снизу вверх.3. Способ по п, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что сварку производят электродом, который закрепляют на неподвижном. дополнительном поддоне, а сварочный зазорзаполняют твердым флюсом, при этомсвободный конец электрода оставляют выступающим под свободной поверхностью флюса для обеспеченияначала процесса.4. Способ по пп. 1-3, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что начало процесса осуществляют заливкойжидкого шлака сверху.5, Способ по пп. 1-4, о т л ич а ю щ и й с я тем; что, с цельюувеличения скорости сварки, пропорционально увеличивают соотношениемежду плотностью шлака и свариваемого металла.б. Способ по пп. 1-5, о т л ич а ю щ и й с я тем, что заполнение зазора между свариваемыми элементами жидким металлом производят за счет удаления из зазора жидкого шлака.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Технология электрической сварки металлов,и сплавов плавлением.Под ред. Б.Е.Патона, М.,Машиностроением, 1974, с. 652.2. Технология электрической свар"ки металлов и сплавов плавлением.Под ред. Б.Е.Патона, М"Машиностроение", 1974, с. 645 (прототип).764902 Составитель Н.РощупкинРедактор В,фельдман Техред М.Рейвес Корре писно ССй Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна 400 12 ВНИИПИ по 11303Тираж 1160осударственного комитета елам изобретений и откры Москва, Ж, Раушская н