CS196545B1 - Method of electroslag production of the moulded castings and facility for making the same - Google Patents

Description

ŠTŽPANOVIČ ing., SAPUNOV VIKTOR JEVGENIJEVIČ, KARPOV VLADIMÍR ALEXEJEVIČ ing., KOV-NJA VLADIMÍR JAKOVLEVIČ ing., MOSKVA (SSSR)

Způsob elektrostr tiskové výroby tvarovaných odlitků a zařízení k jeho provádění

Vynález se týká elektrometalurgie a zejména způsobu elektrostruskové výroby tvarovaih odlitků a zařízení k jeho provádění·

Použití vynálezu je nejúčinnějěí při výrobě součástí a konstrukčních součástí, na ichž jakost se kladou obzvláště vysoké nároky, jako je tomu například u polotovarů vík ělesům armatur pro atomová energetická zařízení, válců pro válcování zastudena, zalomeh hřídelí, T tvarovek a ojnic používaných místo dosud kovaných nebo kovaných a svařovah konstrukcí pro stejné účely· První průmyslové série válců pro válcování zastudena, obené z elektrostruskové přetaveného kovu a zkoušené za provozních podmínek, potvrdily, зе jejich provozní trvanlivost zdvojnásobila až ztrojnásobila·

Vysoká jakost a stejnorodost kovu elektrostruskové vytaveného ingotu vedly k myšlence lití odlévaných válců, zhotovených elektrostuskovým přetavením v tvarovaných krystalitech.

Je znám způsob výroby polotovarů, např· válců, elektrdstruskovým přetavováním, při se ve struskové lázni zasebou odtavuje jedna nebo více kovových elektrod. Elektrody dtavují nejméně ve dvou chlazených krystalisátoreoh, které mají rozdílné průřezové Hy a ‘jsou umístěny nad sebou na oddělených zdvižných vozících. Přitom se zdvižné vozíkrystálizátory a nad nimi uspořádaný zdvižný vozík s elektrodami pohybují ve svislém

19β 545 směru podél sloupů·

Nedostatky těchto způsobů a zařízení spočívají v tom, že při výrobě polotovarů, které mají na výšku různé průřezy, je potřebné pro každý průřez vyráběného polotovaru použít jinou elektrodu a výměna elektrod způsobuje přestávky při tavbě, které Jzhoršují jakost kovu vyrobenýoh polotovarů. Kromě toho se během přetavování musí přidávat nebo ubírat struska, oož způsobuje potíže při obsluze zařízení.

Výhodnější jsou způsoby odlévání předlitků válců elektrostruskovým přetavením v krystalisátoru, který má průměr shodný s průměrem těla válce. Do krystalisátoru se ze strany jeho podstavo© umístí přitavovaná část, která tvarem i rozměry odpovídá čepu váloe a na začátku odlévání se přitaví к základu odlitku. Poetraveo krystalisátoru má otvor, jehož průměr odpovídá průměru přitavované části, která vytváří čep válce.' Podstavec krysťalizátoru je svisle rozdělený na dva díly, pod kterými jsou uspořádány přívodní hranoly.

Ani tento způsob a zařízení nezajišťují zaročenou jakost v místě stavení přitavované části s přetaveným odlitkem. Kromě toho svislé rozdělení podstavce na dva díly vede к tomu, že se, v důsledku rozšíření přitavované části při ohřívání, podstavec deformuje a po prvním přetavení průměr otvoru neodpovídá původnímu průměru přitavované části. Vzniklá mezera se musí utěsnit, aby tekutá struska a roztavený kov nevytekly. Takto se od tavby к tavbě rozdíl mezi průměrem přitavované části a průměrem otvoru v podstavci zvětšuje, oož nakonec způsobí ryohlé vypadnutí podstavce krystalisátoru ze stroje. Obsluha takových zařízení je obtížná.

Cílem vynálezu je odstranění uvedených nedostatků. Dalším oílem vynálezu je zajistit zaručenou jakost přitavení přitavované části к tělu odlitku, zlepšit podmínky obsluhy zařízení a prodloužit životnosti podstavo© krystálizátoru.

Základním úkolem vynálezu je vypracovat postup elektrostruskové výroby tvarovaných odlitků se současným přitavením jednotlivých částí bud vyválcovaných nebo odlitých nebo vykovaných, při němž bude zajištěna vysoká jakost jak samotných odlitků, tak i v místech přitavení změnou technologie výroby a zdokonalením zařízení pro elektrostruskové přetavování.

Daná úloha je vyřešena způsobem elektrostruskové výroby tvarovaných odlitků a roztavováním odtavné elektrody ve struskové lázni působením elektrického proudu а в přitavováním předem zhotovené části podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se hloubka ponoření přitavované části udržuje,v rozmezí 0,2 až 0,6 hloubky struskové lázně.

Zařízení к provádění tohoto způsobu má nejméně část podstavce krystalizátoru provedenou z několika dílů, spojenýoh podél svislýoh ploch a ve vytvořeném průohodu je umístěna přitavovaná část, která vyčnívá z podstavce krystalizátoru a je spojena se zdrojem elektriokého proudu přes elektricky vodivé čelisti podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že díly jsou přitlačeny pružnými prvky к přitavované části a elektricky vodivé če3

198 545 r- listí·jsou posuvné.ve vodorovné rovině a · jsou spojeny s posouvaoím·ústrojím.

ý Způsob elektrostsskové. výroby podle vynálezu zájištuje rovnoměrné otavení čelní plochy přitivrované části ponořené ve atruskové lázni a · zaručené její přitavení · jak podél obrysu tak i v průžezu·k tělu odlitku. Podle vynálezu je výhodné na.začátku provádět přitavení odtavnou elektrodou, . . jejíž průřez se přinejmenším rovná průřezu přitavované časti.

V tom případě kapky přetavovaného kovu padají na . již otavený povroh přUavované části, čímž je zajištěno její jakostní přitavení.

Elektricky vodivé .čelisti, . které· .jsou ·v ·· zařízení .podle vynálezu posuvné ve vodorovné rovině a jsou spojeny s posouvaoím ·..ústrojím ·.·pro, .·.přitlačení k přiaavované · částmi, zajišťují spolehlivý elektrický . kontakt a ·. jsou· ·jédno.ducOhéa ·provozně bezpečné.

Provedení . tvarující · části podstavce.nejméně· · ze tří dílů, z nichž je každý podle vynálezu spojen · s pružným přitlačím .prvkem, vylučuje deformaci podstavce, způsobenou tepelným rozšířením přitavované části.a zvyšuje spolehlivost zařízení a · životnost podstavce. ’ ' . ' . , / . · . · ' ’

Každý díl podstavce může být opatřen výměnnou teplo vložkou, umístěnou r mstě dotyku s přitavovanou částí, jejíž výška se přinejmenším rovná.poloměru přitavorané Čáási· . .

Takovéto opatření každého dílu· podstavce výměnnou teplo odvaáějící vložkou ummžňuje ejich rychlé přestavení při. přechodu výroby odlitku z jednoho druhu a velikosti přikované čáeii na druhý. .

Výška vložek je rovna nejméně poloměru přitаvované · časti, · což zaáištuje · její ochlasvéní a současně zabraňuje . propálení . stěn · přitav_ιovlLné části na začátku tavení a vytékáte tekuté etrusky a kovu. .

Dělící roviny dílů podstavce ·. a. ·výměnných· vložek se účelně · provedou jako stupňovité.

Takovéto konstrukční řešení· zabraňuje.·vytékání tekuté· strusky a kovu v d^]^:ící rovině dstávce na začátku tavení při tepelném·· rozšíření přitavované časti a při vzájemném přestoíání· dílů, podstavce. v .

Použití postupu elektrostuuθkoié výroby a zařízení k jeho prováděn podle·vynálezu jžňuje jednak . znatelné snížení výrobních nákladů při výrobě tvarovaných odlitků elekti^o'čs^ví přetavováním a přitavením oddělených částí a jednak vylouučt z technologického icesu svařování. Postupem a zařízením podle vynálezu je možné zvětšovat odlitky při pouí předem odlitých nebo kajýíoliv známým způsobem vyrobených polotovarů jako přitaioilh оаеН. Kromě toho se řešením podle vynalezu dosahuje značný ekonomický účinek v důsOu zvýšení výrobních vlastností kovu a zlepšení · jakosti odlitků.

Pro lepší porozumění řešení · podle vynálezu jsou dále popsány Oonkoetní příklady jeho zedení s odkazem na přiložené výkresy, na nichž obr. 1 znázorňuje základní zapojení,

196 54S objasňujχοχ. způeob elektroetruskového přetavování, na obr· ² je schematická znázornění zařízení k provádění způsobu .podle vynálezu, na obr· 3 je axonometrický pohled na oelé zařízení pro elektrostruekovou výrobu tvarovaných odlitků a na obr. 4 je řez IV - IV z obr·

2·

Podstata způsobu elektrostruekové výroby tvarovaných odlitků spočívá v tom, že tavná elektroda 2 (obr, 1) se zavádí do tavícího prostoru kryetalisátoru 2 a přitavovaná . část · 2 se ustavuje v otvoru podstavce ·. . souose s tavnou elektrodou 1, Potom se do krystalis^átoru £ najeje tekute roztavetó ··etruská ' ^až. · vznikne. eteueková lázeň £ po^ebné výSky, která propouští elektrický proud . ad' · zdroje £ ’ ' elektrického · · proudu v proudovém · okruhu, tvořeném tavnou elektrodou 1, struekovou lázní £ a přitavovano.u částí ' 2 a začne se elektroetruekové přetavování. Přitavení . přitavovaná · · -části . .2·se musí nazačátku . · provádět při ponoření přitavovaná Části 2 do hloubky·0,2 · až 0,6·struskové-lázně .

Pro objasnění názornosti použít· tento .technologický · .úkon považuje se strusková lázeň za součet ^odpor& '' ' kde značí R^ ^{Rg a R}3 a R celk·

R celk· ·» R^ + R-, + R> .

-odpor ^pol^ů - tavn^á · ele^ktro^da 1

- přitavovaná část · 2»

- od^por ^polů - tavn^á elekteoda · 2 - . ^po^dstave^c ·^-· 6 ^-.·(na · obou .· s^tran^ác^h “tavná ·/ elektrody 2) · · . . - . .?;< ν··-’Λ_;-·'·/?<·> ’·?'·<? .

- ' celkový · odpor struskové . lázně £· ;

Pro jednoduchost · se předpokládá, že tavná · elektroda . . 2 . a přitavovaná část 2 jsou souměrně uspořádány.v ··' tavícím prostoru kryetalisátoru . ·2 . a tím je · .možné počítat odpory R2 a Rj za · rovná· : .· ' .

Při' - stálém elektrickém · příkonu do strusková lázně £ ze zdroje £ elektrického poudu a . .změně.mezielektrodové ' · mezery i ve struskové lázni £ probíhá přerozdělení elektrického výkonu, · který. ^; se nejvíce .mění.odporem , poněvadž odpory Rg a R. jeou blízké a mění se neznatelně· · při změně·ponoření.přitavovaná části 2 ve struskové lázni £« Největší měrný elektrický· výkon še . vyvíjí na okrajích čel tavné elektrody · 1 ·. a · přitavovaná části 2« se zmenšením . mezielektrické . ' mezery 2, · tj· · při zvětšené hloubce 1 ponoření přitavovaná části 2 · do struskové . · lázně.£, roste · . podíl elektrického poudu · procházejícího·přitavovanou částí 2· což zvětšuje rychlost otavování ·čelní plochy přitavovaná Části · 2 . a. současně. zlepšuje jakost přitavení·

Kromě toho rychlejší natavování čelní plochy přitavovaná části 2 při · její větší hloubce 1 ponoření do struskové lázně £·se vysvětluje zvětšením styčné plochy povrchu přitavované části 2 ⁸ rozehřátou · struekovou lázní £, ^Čím v^íce je ^ated^{y přit}avovaná ^část 2 ^pono^řena ve steusková l^ázn^{i tí}m je její ^přitavení k tělu odlitku jakostnější·

196 546

Avšak při·malé mezielektrodové mezeře X přechází elektrostruskový postup na obloukový, čímž se hloubka 1 ponoření přitavované části 2 do struskové lázně £ vymezuje na max. 0,6 ’ hloubky , struskové lázně £.

Při hloubce ponoření přitavované části 1 do struskové lázně A menší než 0,2 . hloubky s^trus^kov^{é lá}zně se ^do^tý^ká roztavením tavné e^lektro^dy 1 z^ís^kan^{á k}ovov^{á lá}zen jeět^ě nenataveného’ povrchu přitavované Části 2a tím nění zajištěno její jakostní přitavení.

Jestliže se na’začátku elektrostuskové přetavování vede tavnou elektrodou 1,,jejíž průřez je rovný nebo větší než průřez přitavované části 2· pak kapací přenos kovu odtavné elektrody 1 probíhá tak, . že kapky přetaveného kovu dopadají na již natavený povrch přitavované ’ části 2 a v^ytvá^řejí společnou ^kovovou l^ázen po o^bvodu ^přitavované č^ásti 2· ’ Takto se dosáhne jakostní stavení přitavované části 2 s tělem odlitku.

Jestliže se naopak použije tavná elektroda X s menším průřezem než je průřez přitavované části 2, pak ’kapky . elektrodového kovu dopadají na ještě nenatavený čelní povrch přitavované části 2 ’ a.tím není zajištěno její jakostní . přitavení.

Dále je popsáno zařízení pro elektrostruskovou výrobu tvarovaných . odlitků se současným přitavováním oddělených ’ předem zhotovených částí.

Zařízení pro elektrostruskovou výrobu tvarovaných odlitků obsahujetavnou elektrodu 1 (obr. 2 a 3), zavedenou do tavícího prostoru chlazeného kr^ystalisáttru\ 2, a.přitavovanou část 2» ponořenou do . struskové lázně £ ze spodu. Tavná elektroda· X a přitavované část 2 jsou připojeny ke zdroji 2 elektrického proudu.

Krystalizátor 2 je ’ usazen na podstavci 6, který má otvor souosý s tavnou elektrodou. . . X, do něhož · se od . spodu zavádí přitavovaná část 2· Přitavovaná část . 2 ·· sestaví . .navrchní plošinu ústrojí 2, pro svislý posun, upevněné pod podstavcem 6 na základové,desce.8, ’a které zvedá přitávovanou část 2 do tavícího prostoru krystalizátoru · 2. Jako pohon .ústrojí X pro svislý posun je možné použít jakýkoliv známý pohon, např. elektromechanický, hydraulický, pneumatický, ruční apod. . <

Vodičem proudu k přitavované části 2 jsou ve vodorovné rovině posuvné , elektricky vodivé čelisti £, ’ ’jejich pracovní povrch se bezprostředně dotýká povrchu ’ -přitavované. íásti 2· Elektricky vodivé Čelisti 2 se ’ k přitavované části 2 posouvají - posoúyaoímústro- . |ím 10 (obr. 2), . jsou umístěny mezi dvěma podpěrami 11 a jsou vzájemně přestavitelné ’ ’ ve · rodorovné rovině. Posouvací ústrojí 10 může být poháněno jakýmkoliv známým pohonem, , jako líektromechanickým, hydraulickým, pneumatickým apod. . - .

Tvarující část podstavoe 6 je provedena ze tří díTů. 12 ’ (obr. £).. Každý díl 12 ’ · se iřitlačuje jeden k druhému a k přitavované Části 2 pružným přítlačným prvkem' 13. který e ustaven mezi vnější čelní plochou dílu 12 a operou 1£, přemístitelnou v .radiálním -směru.

Každý díl 12 podstavce 6 může být opatřen’teplo odvádějící vložkou '12, která znatelě zkracuje montážní dobu zařízení při přechodu výroby tvarovaných odlitků , na jiný prů6

19β 545 měř přitavované části 2· Výěka výměnné teplo odvádějící vložky 15 se nejméně rovná poloměru přitavované části 2·

Když je výSka výměnných teploodvádějících vložek 15. která se dotýkají přitavované části meněí než poloměr přitavované části 2> pak ^{se na} začátku výroby stěny přitavované části 2 propálí a tekutá etruská a kov vytékají. Tato skutečnost se vysvětluje nedostatečným odváděním tepla od přitavované části 2» která se tím roztavuje a její stěny se pod výměnóými teploodvádějícími vložkami 15 propalují.

Dělíoí plochy 16 (obr· 3) dílů 12 podstavce 6 a výměnných teplo odvádějících vložek 15 jsou stupňovitá pro zabránění vytékání roztavené etrusky a kovu na začátku výroby·

Toto konstrukční řešení je zdůvodněno tím, že rozehřátá přitavované část 2 se tepelně rozšíří, tím se rozevřou oddělené díly 12 a výměnné teplo odvádějíoí vložky 15 podstavce 6 a vzniknou štěrbiny, do kterých může vytéct tekutá struska a kov na začátku výroby· Dělící plochy 16 dílů 12 a výměnnýoh vložek 15 podstavce £, které jsou vytvořeny stupňovitě, zabraňují vytékání etrusky a kovu·

Zařízení pracuje takto:

К odděleným dílům 12 podstavce 6 se připevní výměnné teplo odvádějící vložky 15. jejichž rozměry odpovídají rozměru do nich upevňované přitavované části 2· Přitavované část 2 se ústrojím i pro svislý posun zvedne do tavícího prostoru krystalizátoru 2 do výšky rovné 0,2 až 0,6 hloubky struskové lázně £· Posouvaoím ústarojím 10 se к přitavované části 2 přitlačí a ustaví do praoovní polohy elektricky vodivé čelisti £· Pružným přítlačným prvekm 13 sě odstraní mezera mezi přitavovanou částí 2 a stěnami výměnných teplo odvádějících^vložek 15· Potom se ustaví vovou chlazený krystalizátor 2, na podstavec 6, vytvoří se strusková lázeň £ a začne elektrostrusková výroba přetavováním tavné elektrody 2 ve struskové lázni £ působením elektrického proudu· Ohřáté přitavované části 2 způsobí její tepelné rozšíření, které zachytí pružný přítlačný prvek 13 a tím se podstavec 6 krystalisátoru 2 nedeformuje·

Dále je uvedeno několik příkladů elektrostruskové výroby tvarovaných odlitků se současným přitavením oddělených částí podle nahoře uvedené technologie·

Zkoumání vlivu velikosti hloubky ponoření přitavované části 2 do struskové lázně £ a poměru průřezu tavné elektrody 1 к průřezu přitavované části 1 na jakost jejího přitavení se provádělo jak na zkušebním laboratorním zařízení, tak i ve výrobě·

Přitavované části 2 byly zhotoveny zvývalků· jakost přitávení se hodnotila na makrovýbrusech a též nerozrušitelnými kontrolními postupy, jako gamma prozařováním a ultrazvukovou kontrolou·

Z rozboru těchto výsledků vyplývá, že jakostní přitávení je zajištěno tehdy, když na začátku elektrostruskové přitavované část je ponořena do struskové lázně do 0,2 až

0*6 její hloubky a použije-li současně tavná elektroda 1 o průřezu, který není menší než

198 545 průřez přitavované části.

Na ‘výrobním zařízení pro. . elektrostruskovou výrobu tvarovaných odlitků popsaným postupem byla vyrobena zkušebně - průmyslová · dávka, okolo 200 kusů, polotovarů vík a tělesům arma\ · tury pro atomová energetická zařízení. U všech byla provedena kontrola jakosti oblasti matavení přitavované části a základního kovu odlitku a to nerozrušujícím kontrolním postupem.

Bylo zjištěno, že jakost přitavení je u všech odlitků dobrá a nebyly shledány vady v ^podo^bě párů, trhlí.^ neslitých mís^{t -} apod. «· .

Z roz^boru z^ís^kanýc^h výsled^ků je zřejmé, že úroveň mec^hanic^kýc^h vlastaostí a vru^bov^á houževnatost kovu v přechodové části a·.odlitého kovu elektrostruskovým přetavením jsou izotropní a odpovídají analogickým vlastnostem vývalku podle vzorků, vyřazených podél vláken válcování. ^;

Zkušební tavby na průmyslovém zařízení pro elektrostruskovou.výrobu potvrdily spolehlivost, jednoduchost obsluhy, odstranění pozorovatelných deformací - podstavce krystalisátoru a jiných konstrukčních částí zařízení.

Claims (2)

1. Způsob elektrostruskové výroby tvarovaných odlitků.s . - roztavováníím tavné elektrody ve struskové lázni·působením elektrického proudu a s ‘ přitavováním předem části, vyznačený tím, .že ‘ se hloubka ponoření přitavované části udržuje.v 0,2 až 0,6 hloubky - struskové lázně.

zhotovené rozmezí

2. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, v němž nejméně‘část podstavce je provedena z děkollka dílů, spojených podél svislých ploch a ve . vytvořeném otvoru je umístěna přitavované část, která vyčnívá z podstavce krystalisátoru a je spojena se zdrojem elektrického proudu · přes elektricky vodivé čelisti, vyznačené tím, že díly (12) podstavce ' ¹ (6) · -. jsou přitlačeny pružnými přítlačnými prvky (13) k přitavované části.(3) a elektricky vodivé · čelisti (9) jsou posuvně ve vodorovné rovině a jsou spojeny s po-, souvacím. · ústrojím' - (10). / krystalisátoru

4 výkresy

19B 545

Obr. 2 j

19β 545