Способ легирования металла при электрошлаковом процессе Советский патент 1976 года по МПК B23K25/00 C21C5/56 

1

Предлагаемое изобретение относится, пренмущественно, к области сварочного производства.

Известен способ легирования металла шва при электрошлаковой сварке, заключаюш;ийся в том, что в процессе сварки в шлаковую ванну подают гранулы легируюших веш,еств, плотность которых больше, чем плотность шлаковой ванны, но меньше плотности металлической ванны. При этом легирующие гранулы опускаются в шлаке на поверхность металлической ванны и, плавая, растворяются в ней. Подача гранул в шлаковую ванну осушествляется вручную или автоматически.

К основным недостаткам этого способа относятся сложность приготовления гранул, трудность приготовления облегченных гранул для легирования тяжелыми тугоплавкими металлами (W, Re, Та, Мо, Nb и др.) высокая степень неравномерности легирования вследствие хаотического движения гранул вместе с потоками шлака, возникаюш,ими от присутствия электромагнитного поля и конвенции, и сложность дозирования иодачи гранул.

Известен способ, при котором осуш,ествляется электролитический перенос вещества одного электрода на другой, при этом легируюший и легируемый электроды подключены к источнику постоянного тока.

Однако в случае электрошлаковой сварки.

при подключении неплавяшегося электрода к положительному иолюсу источника постоянного тока невозможно осушествить независимое регулирование переноса легирующих веществ с неплавящегося электрода, так как увеличение или уменьшение интенсивности нереноса связано с уменьшением или увеличением тока в сварочной цепи, т. е. с нарушением режима сварки.

Известно, что при электрошлаковом процессе на постоянном токе обратной полярности и переменном токе в результате электролиза неплавящиеся электроды разрушаются. Однако использование электролитического

переноса вещества неплавящегося электрода с целью легирования металла при электрошлаковом процессе не всегда возможно.

При подключении неплавящегося электрода к положительному полюсу источника ностоянного тока стабильность электрошлакового процесса нарушается из-за возникновения анодного эффекта, например при использовании бескислородных фторидных флюсов. При использовании иеремепиого тока возможно осуществление стабильного электрошлакового ироцесса с вводом в шлаковую ванну неплавящегося электрода. Но и в этом случае не осушествить независимого регулирования электролитического переноса легнрующих веществ с неплавящегося электрода. При подключении к шлаковой ванне одновременно неплавящегося и плавящегося электродов капли плавящегося электрода садятся на неплавящийся электрод и, покрывая его поверхность, препятствуют его электролитическому растворению.

Цель изобретения - обеспечение возможности независимого регулирования интенсивности легирования, в том числе при испольедванли бескислородных фторидных флюсов.

Для этого по предлагаемому способу неилавящийся электрод питают асимметричным переменным током с постоянной составляющей положительного знака, а интенсивность легирования регулируют изменением величины постоянной составляющей.

С целью повыщения качества и стабильности легирования плавящийся электрод подают импульсами, а сварочный ток поддерживают неизменным путем уменьшения расстояния между неплавящимся электродом и металлической ванной.

При осуществлении легирования легирующие вещества включают в состав ненлавящегося электрода. Перенос легирующих компонентов в металлическую ванну облегчают, применяя композиции флюсов с более высокими потенциалами разряда положительных ионов, чем легирующих элементов.

Так, наиример, экспериментально подтверждено, что при электрощлаковой сварке титановых сплавов с бескислородными фторидными флюсами без затруднений переносятся в жидкую металлическую ванну с неплавящегося электрода такие тугоплавкие элементы, как W, Мо, Nb.

Эффективно происходит перенос этих элементов при электрощлаковой сварке железохромоникелевых сплавов с флюсами систем: СаРа-АЬОз; СаРа-СаО; СаРа-СаО-АЬОз, а также насыщение поверхностного слоя, например, изделий из меди и т. п.

Известно, что процессы электролиза в расплавах также как и в водных растворах, подчиняются законам Фарадея, однако, учитывая специфические особенности электрощлакового процесса, протекающего при больщих температурах и высоких плотностях тока, следует вводить поправочные коэффициенты, устанавливаемые опытным путем, т. е. количество выделившегося легирующего компонента можно выразить, например, формулой

-PF-f

где А - атомный вес вещества;

Z - валентность;

q - количество электричества;

/ - число Фарадея,

Р - поправочный коэффициент.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Сваривали образцы из титана марки ВТ1-1 толщиной 30 мм в медном водоохлаждаемом приспособлении электрошлаковым способом.

Паведение шлаковой ванны и разогрев свариваемых кромок осуществляли иеплавящимся электродом, питая его асимметричным переменным током с постоянной составляющей

отрицательного знака.

Режим наведения: сила тока /н 700-900 а, постоянная составляющая по току 180 А, напряжение f/p 20-22В, флюс АНТ-2 (СаРа; 98%) /гш 25 мм; неплавящийся электрод из вольфрамового прутка марки «Вл диаметром 10 мм.

После наведения щлаковой ванны и разогрева свариваемых кромок подавали импульсами проволочный электрод диаметром 4 мм

из титана марки ВТ 1-00, питая его от общего с неплавящимся электродом токопровода, поддерживая заданный сварочный ток в паузах соответственным уменьшением расстояния от неплавящегося электрода до металлической ванны. Одновременно с включением подачи плавящегося электрода изменяли знак постоянной составляющей по току на обратный, т. е. постоянную составляющую давали в положительной полуволне переменного

тока.

Режим сварки: сила сварного тока /св 1500-1700 А; /п 150-160 А, напряжение и 20-22 В, скорость подачи проволоки , время импульса с, время паузы с, зазор между кромками мм.

Результаты химического анализа показали содержание вольфрама в металле шва - 0,84 вес. %.

Использование предлагаемого способа регулирования при электрошлаковом процессе имеет по сравнению с существующими способами следующие преимущества: возможность осуществления дополнительного легирования

наплавляемого металла непосредственно при электрощлаковом процессе с одновременным подводом в шлаковую ванну энергии через неплавящийся электрод, т. е. упрощается техника поставки легирующих компонентов в

металлическую ванну; ускорение отработки оптимального химсостава присадочных материалов, в особенности тугоплавких элементов, для рещения вопросов свариваемости новых марок материалов; возможность легирования

металлов элементами, нерастворимыми или

ограниченно растворимыми в них, например

вольфрамом можно легировать медь, титан

и т. п.

Возможность поверхностного насыщения

изделий легирующими компонентами.

Указанные преимущества позволяют расширить область применения электрошлакового процесса.

Формула изобретения

1. Способ легирования металла при электрошлаковом процессе неплавящимся электродом или неплавящимся и плавящимся 65 электродами с электролитическим переносом 5 легирующих веществ с неплавящегося электрода на металлическую ваину, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможностн независимого регулирования интенсивности легирования, в том числе при исяользовании бескислородных фторидных флюсов, неплавящийся электрод питают асимметричным переменным током с постоянной составляющей положительного знака, а 6 интенсивность легирования регулируют измепением величины постоянной составляющей, 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и стабильностп легирования, плавящийся электрод подают импульсами, а сварочный ток поддерживают неизменным путем изменения расстояния между неплавящимся электродом и металлической ванной.