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

Изобретение относится к электрошлаковой сварке в нижнем положении и может бюыть использовано в энергетическом, химическом машиностроении, производстве строительных конструкций и т.д.

Задачей заявляемого способа является обеспечение высокой производительности и качества электрошлакового процесса в горизонтальном положении с использованием наклонного электрода при условии максимального упрощения процесса сварки в отношении используемых электродов и вспомогательного оборудования.

Эта задача реализуется с помощью подаваемого вертикально вниз Т-образного наклонного плавящегося электрода, имеющего широкую и узкую части, нижнюю (узкую) часть которого подают в зазор между свариваемыми кромками, а верхнюю (широкую) - на наружную поверхность разделки кромок, причем ширину верхней его части (полки) выбирают равной (1,2-2,0) величины зазора между свариваемыми кромками, а высоту нижней части (стенки) Н выбирают в соответствии с соотношением: S

Н

cos а.

где S - толщина свариваемых деталей;

g - зазор между кромками;

д - толщина стенки электрода;

а - угол наклона электрода к поверхности деталей.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого способа сварки с использованием насо

о

КЗ

ел

00

клонного электрода и внешний вид электрода; на фиг. 2 - схема формирования шва согласно заявляемому изобретению; на фиг. За, б - схемы кристаллизации металлической ванны (а - вид сварочной ванны сверху, б - в поперечном сечении).

Применяемый в предлагаемом способе сварки электрод сострит из широкой (верхней) части 1 (ролки), к которой прикреплена (например, приварена) узкая (нижняя) часть 2 (стенка).

Электрод располагают наклонно к поверхности свариваемых деталей таким образом, чтобы узкая часть электрода входила в зазор между кромками, в то время как широкая ее часть находилась на внешней поверхности свариваемых деталей, где формируется валик шва. Широкая часть электрода (полка) шире зазора между свариваемыми кромками. Такая форма дает возможность создать необходимые условия кристаллизации металла шва, регулировать контур валика. Широкая часть Т-образного сечения электрода обеспечивает сопутствующий подогрев сварочной ванны в верхней ее части, тем самым способствуя запаздыванию деформаций растяжения и уменьшению их скорости.

Узкая часть электрода, подаваемого в зазор (см. фиг. 1), расплавляет кромки и заполняет разделку между ними. Кристаллизация металлической ванны начинается с частично сплавленных зерен основного металла и протекает в направлении к центру металлической ванны. Широкая часть элек- трода по мере опускания его вниз не только подавляет наружную часть кромок и формирует валик шва (фиг. 2), а и выполняет функцию сопутствующего подогрева металлической ванны. Плавящийся Электрод широкой своей частью как бы размазывает рас- плавленный металл хвостовой части металлической ванны, делая ее более.широ- кой и плоской. В этом случае кристаллиты, прорастающие перпендикулярно поверхности раздела жидкий - твердый металл, ориентируются вдоль оси шва, параллельно друг другу (фиг, За,б). При таком расположении кристаллитов исключается образование зоны слабины.

Таким образом, подача широкой части электрода на внешнюю поверхности кромрк свариваемых деталей соответственно заявляемому способу позволяет соблюсти благоприятную форму шва (когда.коэффициент формы ванны Кф в/2 1,2 (фиг. 36) А это, в свею очередь, создает условия для увеличения скорости подачи электрода, а, значит, и производительности процесса. Как известно, механические свойства сварного соединения зависят от размеров кристаллитов металла шва, которые, в свою очередь, зависят от скорости кристаллизации. А скорость кристаллизации металла сварочной ванны

увеличивается с увеличением скорости.

сварки. Следовательно, с точки зрения ме ханических свойств сварного соединения

возможность повышения скорости сварки

согласно заявляемому изобретению поз воляет повысить не только производительности, но и качество сварки.

Экспериментально установлено, что наиболее целесообразным для создания благоприятных условиях кристаллизации и

получения удовлетворительных механических свойств сварных соединений является выполнение широкой части Т-образного электрода равной 1.2-2 ширины зазора между свариваемыми кромками и высотой нижней (узкой) части Н, соответ вующей выражению

° Н COS а,(1)

где S - толщина свариваемого металла;

g - зазор между кромками;

д - толщина нижней ч-асти электрода; а-угол наклона электрода к поверхности свариваемых деталей.

При этом толщина нижней частиэлектрода, подаваемого в зазор между свариваемыми кромками д, меньше ширины зазора между кромками g на удвоенную величину расстояния а, достаточного для предотвращения возбуждения дуги между электродом

и одной из кромок (фиг. 2). Другими словами, при таком соотношении размеров обеспечивается стабильный электрошлаковый процесс, при котором не возникает опасности возбуждения дуги между электродом и одной из кромок. При ширине верхней части электрода, меньшей 1,2 величины зазора между кромками, не образуются уширения верхней части валика шва, а условия сварки и кристаллизации металла ванны приближаются к условиям, характерным для сварки с вертикальной подачей электрода с присущими для них недостатками. Выбор широкой части электрода, превышающей более чем вдвое ширину зазора между кромками,

нецелесообразен из-за чрезмерного расхода электроэнергии и сварочных материалов. Кроме того, в этом случае усиливается перегрев верхних кромок металлов.

В результате многочисленных экспериментов установлено, что наиболее оптимальным для обеспечения требуемых условий сварки и кристаллизации металлической ванны является наклон подаваемого электрода к поверхности свариваемых деталей под углом 30-45°. При угле наклона

меньшем 30° происходит оплавление электрода на очень большой площади и условия сварки в этом случае уподобляются условиям сварки лежачим электродом: глубина оп- лавления кромок уменьшается, к тому же возникает опасность возникновения не- сплавлений. Угол наклона, превышающий 45°. также нецелесообразен ввиду возникающих при этом неудобств конструктивного характера: для обеспечения процесса сварки потребуется высокая штанга, на которой устанавливается каретка, удерживающая электрод. При этом высота стойки сварочного устройства будет превышать длину шва.

Использование заявляемого способа и применяемого при этом электрода позволяет использовать наклонный плавящийся электрод в электрошлаковой сварке. Конструкция электрода и последовательность приемов, осуществляемых в ходе процесса (особенности подачи узкой и широкой части электрода), обеспечивают высокую производительность и качество сварки при срав- . нительно простом и дешевом сварочном оборудовании и сварочных материалах.

Примеры (конкретное выполнение). 1. Сваривали пластины из Ст,3 толщиной 30 мм. Зазор между кромками устанавливали равным 14 мм. Угол наклона электрода к поверхности свариваемых пластин устанавливали равным 45°.

Ширина верхней части электрода равна 1,2 ширины зазора между кромками, т.е. 24.1,, мм. Толщина нижней части электрода выбрана равной 14 мм. Высота нижней части Н согласно соотношению (1)

в

Н 301424 0,7 60 мм

Толщина верхней части электрода выбиралась из конструктивных соображений: она должна быть равной высоте направляемого валика. Во всех случаях она равнялась 5 мм.

Режим сварки: скорость подачи электрода 10 м/ч, скорость сварки 10 м/ч. fee 2800 A. U ев 38 В. Процесс сварки - стабилен, заполнение кромок и формирование валика - удовлетворительное, при этом ширина ванны составляет b 32 мм, а длина ее 1 27 мм. Коэффициент формы ванны Кф Ь/1 1,2 характерен для формирования благоприятной формы шва.

2. Сварочные и свариваемые материалы, скорость подачи электрода и скорость сварки-те же.

Ширину верхней части электрода выбирали равной 1.6 величины зазора между кромками свариваемых пластин, т.е. 38 мм.

Режим сварки: св - 900 А, UCB 38 В. Процесс сварки стабильный, выполнение кромок и формирование валика - хорошее. Ширина ванны устанавливалась равной 44 мм, длина 34 мм. Коэффициент формы хвостовой части валика равен Кф 44/34 1,3. что характеризует благоприятную форму шва.

3. Сварочные и свариваемые материа0 лы, скорость подачи электрода и скорость сварки - те же. Ширину верхней части электрода выбирали вдвое большей величины зазора между кромками. Режимы сварки: Ice 3000 A, UCB 38 В.

5 Процесс сварки в этом случае также удовлетворительный, при этом длина хвостовой части ванны составляла 40 мм, ширина ее - 56 мм. Коэффициент формы ванны Кф - 56/40) 1,4, что укладывается в интерва0 лах формирования благоприятной -формы шва. Дальнейшее увеличение ширины верхней части электрода нецелесообразно из-за большого перерасхода электроэнергии и сварочных материалов.

5Электрошлаковая сварка, производимая с помощью Т-образного электрода, в сравнении с известным способом с применением наклонного электрода обладает рядом преимуществ, в частности:

0 предлагаемый способ позволяет значительно повысить производительность про- цесса как за счет увеличения скорости подачи электрода, так и за счет особенностей конструктивного исполнения послед5 него:

в заявляемом способе обеспечены оптимальные условия для кристаллизации металлической ванны, что обеспечивает высокое качество сварного соединения и

0 внешний вид шва:

осуществление предлагаемого способа не требует обязательного использования шлакоудерживающего ползуна и регулирующей аппаратуры, что упрощает и удешев5 дяет процесс.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ электрошлаковой сварки в нижнем положении с использованием плавяще- . гося электрода, подаваемого в сварочную

0 ванну вертикально вниз между свариваемыми кромками, отличающийся тем. что, с целью повышения производительности и улучшения качества сварки, сварку ведут наклонно расположенным Т-образным элект5 родом, стенку которого размещают в зазоре между свариваемыми кромками, а полку- над верхней поверхностью свариваемых деталей, причем ширину полки выбирают равной (1.2-2..0) ширины зазора между свариваемыми кромками, а высоту Н стенки

выбирают в соответствии со следующим соотношением

Н -cosa, , где S - толщина свариваемых деталей;

g - величина зазора между свариваемыми кромками;

д - толщина стенки электрода; а- угол наклона электрода к поверхно- сти деталей.

Изобретение относится к электрошлаковой сварке в нижнем положении и может быть использовано в энергетическом, химическом машиностроении, производстве строительных конструкций и т.д. С целью повышения производительности и улучшения качества сварки электрошлаковый процесс осуществляется путем использования Т-образного электрода, ширина верхней части которого равна 1,2-2,0 ширина зазора между свариванием кромки д, а высота нижней части Н соответствует соотношению Н (Sg/d) -cosa .где S - толщина свариваемого металла; д. - толщина нижней части электрода; а-угол наклона электрода. Нижнюю часть (стенку) 2 электрода подают в зазор между кромками, а верхнюю - (кромку) 1 на наружную поверхность разделки. Электрод по мере расплавления подают вертикально вниз между свариваемыми заготовками 3, 4. 3 ил. ел с