Способ электрошлаковой сварки Советский патент 1993 года по МПК B23K25/00 

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 электрошлаковой сварки в зазор между свариваемыми кромками подают плавящийся электрод, заготовки располагают под углом к горизонтальной плоскости, а величину тока, стекающего в шлак, устанавливают в соответствии со следующим соотношением:

1 -| Fth(a-B). Лm

1шлНсв- |о,35-а-В Т(1) где шл. - сварочный ток, стекающий через шлак, А;

Ice. - сварочный ток, А;

В - ширина ленточного электрода, мм;

0,35 - эмпирический коэффициент;

00

о VI ю

fO

ел

со

I

Офл. г

- переводной коэффиОэп. Ьэп. Оэп.

циент электропроводности,

где офл., Оэп. электропроводность флюса

и электрода соответственно. Ом1 (пфл.+ Оэл.) периметр единицы поверхности электрода толщиной Оэл., погруженной в шлак на глубину пфл., мм;

5Эл. - сечение участка электрода, погруженного в шлак, мм2;

Оэп. толщина ленточного электрода, мм.

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 проплавле- ния корня шва предложено осуществить локальный дуговой процесс в передней части сварочной ванны, используя при этом ленточный электрод, учитывая его отличитель- ные 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 ванны,характеризуется градиентом контурной плотности тока.

Известно, что традиционный электрошлаковый процесс становится технологичнее с повышением электропроводности жидкого шлака. Но имеете с тем для получения достаточной тепловой мощности, необходимой для расплавления свариваемых кромок, требуется существенное увеличение электрической мощности процесса (..vuin.). 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 тока (I) между 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 его

проходящим током. Известно, что при традиционной ЭШС происходит интенсивный предварительный подогрев вылета проволочного электрода. Полагая, что при некоторых допущениях проволочный электрод

можно рассматривать как линейный проводник тока, а ленточный - как плоский, появляется возможность управлять в сухом вылете электропроводностью ленточного электрода, что невозможно для проволоки.

в свою очередь, изменение электропроводности по сечению в вылете ленточного электрода оказывает влияние на теплосодержание шлаковой ванны и соответственно на характер проплавления свариваемых

кромок. Вышеизложенное предположение подтверждается следующим примером. Известно, что сопротивление некоторого проводника R пропорционально его длине, т.е. R р I/S, где р - удельное сопротивление

некоторого проводника; S - поперечное сечение; I - длина проводника. Используя это свойство, предложено изменять теплосодержание шлаковой ванны путем подачи в нее участков проводника с током (ленточный электрод) с различным электрическим сопротивлением. Различное электрическое сопротивление обеспечивается различной длиной ленточного электрода на участке от шлаковой ванны до токоподвода.

Изменением электропроводности флюса путем варьирования компонентов, содержащихся во флюсовой смеси, выбранной для целей сварки. Специфика заявляемого способа такова, что интенсифицировать чисто 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 недостаточный конвективный теплообмен расплавленного шлака). Такие жесткие условия не всегда позволяют гарантировать качественное сплавление в корневой части только за счет

0 чисто электрошлакового процесса плавления. Поэтому представляется целесообразным развести по ширине ленточного электрода процессы плавления как в электрошлаковом, так и в дуговом режиме. Авто- 5 ры предлагают использовать необходимую комбинацию известных традиционных флюсов, как для ЭШС, так и для АДФ. Причем применение необходимой комбинации флюсов (сухой флюсовой смеси) заключ. в раздельной подаче различных марок

флюсов на разные участки шлаковой ванны, Например, флюс АНФ-14 подают в хвостовую часть, а АН-348А - а переднюю (головную) часть шлаковой ванны и при этом общее их количество должно соответствовать необходимому их пропорциональному соотношению.

Изменением площади поверхности контакта F и величины сечения участка электрода 5эп., осуществляемым регулированием погружения в слой расплавленного флюса торца ленты на глубину Ишл. (мокрый вылет). С увеличением глубины погружения становится больше поверхность электрода, соприкасающегося с расплавленным шлаком, одновременно уменьшается межэлект- родный 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 ЬШл. (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.6...8 мм. Минимальный же размер мокрого вылета Ьшл.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 VnoA. const, глубина шлаковой ванны Ншл.сопзт.) изменять специальным образом и в ограниченных пределах скорость вращения подающих роликов и соответственно площадь поверхности- контакта F электрода с расплавленным шлаком.

Заявляемый способ ЭШС иллюстрируется схемой, представленной на чертеже, и осуществляется следующим образом. Свариваемые изделия толщиной (5Изд. 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 VCB., a широкой стороной - вертикально. Для предотвращения вытекания расплавленного металла и шлаковой ванны, а также для формирования лицевой поверхности сварного шва с задней стороны ленты устанавливают под- 5 пружиненный медный кристаллизатор. При включении подачи ленточного электрода в шлаковую ванну одновременно замыкается сварочная цепь и в начальный момент времени возбуждается дуговой процесс под

0 флюсом между ленточным электродом и металлической подкладкой, которую предварительно укладывают на нижний формирующий кристаллизатор. Через некоторое время дуга полностью или частично

5 шунтируется расплавленным шлаком и в сварочном зазоре в зависимости от условий устанавливается либо электрошлаковый, либо электрошлакодуговой процесс плавления, По мере расплавления ленточного элек0 трода металлическая ванна заполняет нижнюю часть полости между свариваемыми кромками основного металла, и при этом поверхность шлаковой и металлической ванны принимает горизонтальное по5 ложение. При достижении .верхнего уровня шлаковой ванны, либо контрольного уровня кристаллизатора начинается относительное движение ленточного электрода или свариваемых изделий со скоростью

0,сварки VCB. Корневая часть сварного шва формируется в подготовленной формирующей канавке, которая выполнена в медном скользящем формирующем ползуне (кристаллизаторе).

5 Толщина ленточного электрода, при которой возможно получение качественного шва, находится в пределах дэП.0,2..Л,2 мм. . Обоснование указанного интервала приведено в а,с. № 1374605. Там же приведено

0 обоснование величины угла наклона «свариваемых кромок к горизонтальной поверхности. Ширина ленточного электрода, применяемого для заявляемого способа, находится в интервале ВЭл.40...200 мм. При5 мёнение ленточного электрода шириной менее 40 мм снижает производительность процесса до уровня традиционных дуговых способов сварки, применяемых при изготовлении сварных конструкций малой и

0 средней толщины. Кроме того, с уменьшением ширины ленточного электрода снижается доля электрошлакового процесса плавления электродного металла. Увеличение ширины ленточного электрода свыше

5 200 мм хотя и возможно, но ограничено целесообразностью его изготовления. Учитывая указанное выше, ширина ленточного электрода ограничена интервалом Вэл 40...200 мм.

Заявляемый способ ЭШС может быть рекомендован для сварки металла малых и средних толщин 5изд.Ю...40 мм. Кроме того, заявляемый способ ЭШС ленточным электродом был реализован при сварке образцов толщиной 5обр.36 мм. зазор между кромками составил мм. Использовалось следующее оборудование: источник питания ВДУ-1201, наплавочная установка типа А-874Н с механизмом подачи ленточных электродов, ленточный электрод сечением 100x0,5 мм, сварочный ток 1св.760...820 А, ток, стекающий через шлак,, Гшл.420...440А,доля 1шл.(0.53...0,55)Св, напряжение шлаковой ванны .,,38 В, скорость подачи ленты VnoA 44-46 м/ч, скорость сварки vCB.11.0...11,2 м/ч, глубина шлаковой ванны НШл.12...14 мм, сухой вылет электрода пэл.45...50мм, глубина погружения электрода в шлак (мокрый вылет) Пшл.6...8 мм, ориентировочные значения электропроводности для ленточного электрода составляли: с%л.10,1...35,0 , , для флюсов офл.1,8...2,2 , (АН-348А) и 5фл.5,2...6,2 см 1 (АНФ-14).

В таблице приведены некоторые параметры режимов сварки для заявляемого способа ЭШС для интервала свариваемых толщин (5иэд...40 мм.

Заявляемый способ ЭШС ленточным электродом с регулированием теплосодержания шлаковой ванны позволяет получать качественное сварное соединение (5изд.36 мм, зазор мм) со значительно меньшими энергозатратами по сравнению с традиционной ЭШС проволочным электродом и может найти применение при изго0

5

товлении сварных металлоконструкций толщиной 5Иэд.10...40 мм.

Формула изобретения Способ электрошлаковой сварки, при котором в зазор между свариваемыми кромками подают плавящийся электрод, а заготовки располагают под углом к горизонтальной плоскости, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения при сварке ленточным электродом за счет изменения распределения тока по сечению электрода и интенсификации дугового процесса в передней части электрода, устанавливают величину тока, стекающего в шлак в соответствии со следующим соотношением;

шл.-1св.

th(a-B) 0,35-а-В

1

где шл. - сварочный ток, стекающий через шлак, А;

Ice,-сварочный ток, А; В - ширина ленточного электрода, мм.; 0,35 - эмпирический коэффициент;

У Офл.. Г I Оэл. 5эп. Оэп.

переводной коэффи0

циент электропроводности,

где офл., Оэл. - электропроводность флюса

-1

и электрода соответственно, Ом . см

Л

(Ьфл+ дэп) - периметр единицы поверхности электрода толщиной дэп, погру- женной в шлак на глубину Ифл, мм;

5эл - сечение участка электрода, погруженного в шлак, мм2;

дэп. толщина ленточного электрода, мм,

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при изготовлении листовых металлоконструкций толщиной 10...40 мм. Согласно способу электрошлаковой сварки деталей в зазор между свариваемыми кромками подают ленточный электрод и изменяют распределение тока по сечению электрода наклоном изделия на угол а 8...60° к горизонтальной плоскости, величину тока, стекающего в шлак (шл), задают следующим соотношением: 1шл 1св гМа-В)/(0,35-а-В)-1, где св. - сварочный ток, А; Шл - сварочный ток, стекающий в шлак, А; В - ширина ленточного электрода, мм; 0,35 - эмпирический коэффициент; а VffoA F/оЬл. 5Эл. Оэп. - переводной коэффициент электропроводности, где 5фл. и дэп, - электропроводность флюса и электрода соответственно, (Ьфл.+ 3эл.) - периметр единицы поверхности электрода толщиной 5эЛ.. погруженной в шлак на глубину Ьфл.; Зэл. - сечение участка электрода, погруженного в шлак. 1 ил., 1 табл. ел с

Некоторые параметры режимов сварки для заявляемого способа ЭШС ленточным электродом