CS246014B1

CS246014B1 - Apparatus for influencing the solidification of molten metal, in particular for welding

Info

Publication number: CS246014B1
Application number: CS741383A
Authority: CS
Inventors: Stanislav Pilarik; Jozef Adamka; Marian Murgas; Zdenek Musil
Original assignee: Stanislav Pilarik; Jozef Adamka; Marian Murgas; Zdenek Musil
Priority date: 1983-10-10
Filing date: 1983-10-10
Publication date: 1986-10-16

Abstract

Zariadenie je určené pre ovplyvňovanie tuhnutia zvarového kovu za účelom zjemnenia štruktúry tohoto .a zlepšeni® jeho mechanických a fyzikálnych vlastností. Podstatou vynálezu je prenesenie známého zariadenia, využívaného v oblasti odlievania a pretavovania kovov do procesu elektrtotroskového zvárania s jeho úpravou v tom, že pólové nástavce elektromagnetu, konštrukčné převedené v tvare E, sú umiestené tesne doliehajúc na chladiace príložky, pričom v deliacej rovině elektromagnetu medzera je vyplněná feromagnetickou vložkou za účelom zabezpečenia uzavretia magnetického toku v jadre elektromagnetu, hlavně pri zváraní súčastí nerovnakého priemeru.The device is intended for influencing the solidification of the weld metal in order to refine its structure and improve its mechanical and physical properties. The essence of the invention is the transfer of a known device used in the field of casting and remelting of metals to the process of electroslag welding with its modification in that the pole pieces of the electromagnet, structurally converted into an E-shape, are placed closely abutting the cooling pads, while in the dividing plane of the electromagnet the gap is filled with a ferromagnetic insert in order to ensure the closure of the magnetic flux in the core of the electromagnet, mainly when welding parts of unequal diameter.

Description

(54) Zariadenie pre ovplyvňovanie tuhnutia roztaveného kovu, najma pri zváraní(54) Apparatus for influencing the solidification of molten metal, in particular during welding

Zariadenie je určené pre ovplyvňovanie tuhnutia zvarového kovu za účelom zjemnenia štruktúry tohoto .a zlepšeni® jeho mechanických a fyzikálnych vlastností.The device is intended to influence the solidification of the weld metal in order to refine the structure of this and improve its mechanical and physical properties.

Podstatou vynálezu je prenesenie známého zariadenia, využívaného v oblasti odlievania a pretavovania kovov do procesu elektrtotroskového zvárania s jeho úpravou v tom, že pólové nástavce elektromagnetu, konštrukčné převedené v tvare E, sú umiestené tesne doliehajúc na chladiace príložky, pričom v deliacej rovině elektromagnetu medzera je vyplněná feromagnetickou vložkou za účelom zabezpečenia uzavretia magnetického toku v jadre elektromagnetu, hlavně pri zváraní súčastí nerovnakého priemeru.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to transfer a known device used in the field of casting and remelting metals to an electrotrosing welding process with its modification in that the E-shaped design of the electromagnetic poles are positioned close to the cooling plates. filled with a ferromagnetic insert to ensure the magnetic flux in the core of the electromagnet is closed, especially when welding components of unequal diameter.

Vynález sa týká zariadenia pre ovplyvňovanie tuhnutia roztaveného kovu, prispósobením známého zariadenia podmienkám elektrotiroskového zvárania, najma legovaných ocelí.The invention relates to an apparatus for influencing the solidification of molten metal by adapting the known apparatus to the conditions of electro-fusion welding, in particular alloy steels.

Podmienky primárnej kryštalizácie zvarového kúpela u procesu elektrotroskového zvárainia charakterizuje velký objem kovu v tekutom stave, jeho pomalé ochladzovanie, ktoré súvisí s velkým rozmerom kryštalitov. Zvary sú charakterizované najmá nižšími hodnotami mechanických a fyzikálnych vlastností a štruktúrnou nehomogenitou zvarového kovu v zrovnaní so základným materiálom. Na odstránenie .týchto nedostatkov sa výskům zameral na riešenie usměrňováním tuhnutia zvarového kovu, a to premiešovaním, pomocou ultrazvuku ako jej aplikáciou magnetického póla.The conditions of the primary crystallization of the weld bath in the electroslag welding process are characterized by a large volume of metal in the liquid state, its slow cooling, which is related to the large size of the crystallites. Welds are characterized by at least the lower values of mechanical and physical properties and by the structural inhomogeneity of the weld metal compared to the base material. To overcome these drawbacks, he has focused on the solution by controlling the solidification of the weld metal by mixing, by ultrasound, as by applying a magnetic pole.

Zo· súčasného stavu techniky je známe riešenie s aplikáciou induktoru okolo· odtavnej elektródy, ktorým tečie prúd elektrotroskového procesu s cieiom regulácie gradientov, miešaním kúpela, trosky a taveniny. Hlavným nedostatkom daného riešenia je, že umíestenie induktoru daným spósobom rozšiřuje zvarovú medzeru, čo je v rozpore s požiadavkami procesu.It is known from the state of the art to apply an inductor around a consumable electrode through which the current of the electroslag process flows in order to control the gradients, by mixing the bath, slag and melt. The main drawback of the solution is that the positioning of the inductor in a given way widens the weld gap, which is in conflict with the process requirements.

Za účelom premiešavania zvarového kúpela je tiež známe riešenie, kde okrem odtavnej elektrody, napájanej striedavým prúdom sú po jej bokách usporiadané, rovnoběžně s danou elektrodou ďalšie pomocné elekródý, napájené jednosměrným prúdom. Výsledný účinok je premiešavanie zvarového kúpela a tuhnúceho kovu, kde vířivé prúdy nemajú rovnakú intenzitu v celom priereze v dósledku čoho vznikajú aj rožne podmienky v jednotlivých častiach tuhnúceho kovu a teda ovplyvňujú len určitú vrstvu tohoto.In order to mix the weld bath, there is also known a solution in which, in addition to the alternating current-consuming electrode, further auxiliary electrodes, which are fed by a direct current, are arranged on its sides, parallel to the electrode. The resultant effect is the mixing of the weld bath and the solidifying metal, where the eddy currents do not have the same intensity throughout the cross-section, as a result of which different conditions in the individual parts of the solidifying metal arise and thus only affect a certain layer of this.

Je známe riešenie podlá DDR pat. čís. 64 292, umiestením magnetov alebo elektromagnetov do chladiacich príložiek. Nevýhodou je, že toto usporiadanie nerieši uspokojivo přivedeme magnetického póla do zvarového· kúpela, ktoré by v interakci! s prúdom elektrotroskového procesu zvárania vytvánalo pohyb trosky alebo· kúpela a taveniny.A solution according to DDR Pat. no. 64 292, by placing magnets or electromagnets in the cooling plates. The disadvantage is that this arrangement does not satisfactorily bring the magnetic pole into a welded bath that would interact! with the current of the electrode welding process, the slag or bath and melt were moved.

Značný úspěch bol dosiahnutý aplikováním magnetického póla kolmo nia, rovinu zvaru podlá sovietskych autorov, použitím elektromagnetu tvoru U alebo tvaru uzavretého obdlžnika so štyrmi děvkami, navinutými z vnútornej strany konštrukcie a usporiadamými v blízkosti vodou chladeného· kryštalizátora so značnou medzerou rozstupu s dotykom pomocou nástavcov.Considerable success has been achieved by applying a magnetic perpendicular pole, a weld plane according to Soviet authors, using a U-shaped solenoid or a closed rectangular shape with four sluts, wound from the inside of the structure and arranged near a water-cooled crystallizer with a large gap with touch.

Nevýhodou riešetniiai, podlá autorov sa ukázalo, že uspokojivé výsledky boli doslahnuté len pri hodnotách sýtenia magnetického· pol'a do 15 mT, nad touto hodnotou sa prejavila nestabilita procesu, rozstrek tavného kúpela a prilepovaoie sa elektrody ku zvarencom. Nevýhody vyplynuly z konštrukčného riešenia zariadenia.The disadvantage of the solutions, according to the authors, was shown that satisfactory results were achieved only at values of magnetic field saturation up to 15 mT, above which the process instability, spattering of the melting bath and sticking of the electrode to the welded pieces showed. Disadvantages arose from the design of the device.

V procese plynulého odlievania a pretavovania kovov sa osvědčila technológia ovplyvňovania kryštalizácie tuhnúceho· kovu dvojicou magnetických poli podlá ČSSR AO čís. 170 919, zariadením podlá ČSSR AO číslo 171 943, pozostávajúceho z dvoich pólových nástavcov elektromagnetu· s dvoijicou cievok navinutých okolo daných pólových· nástavcov, ktoré boli umiestené po bokách kryštalizátora, v tesnej blízkosti tohoto, v tekutej oblasti ingotu.In the process of continuous casting and remelting of metals the technology of influencing crystallization of solidifying metal by a pair of magnetic fields according to ČSSR AO no. 170 919, a device according to CSO AO No. 171 943, consisting of two pole pieces of electromagnet · with two coils wound around said pole pieces, which were placed on the sides of the crystallizer, in close proximity to this, in the liquid region of the ingot.

Přenesením zariadenia známého riešenia do oblasti elektrotroskového zvárania, a prispósobením tohoto pre podmienky zvárania podlá vynálezu sa všetky nedostatky súčasne známého stavu techniky odstránia a konštrukčné prevedenie zariadenia umožňuje sýtenie podstatné vyššie, pri značné nižšej spotrebe energie.By bringing the apparatus of the known solution into the electroslag welding field, and adapting this to the welding conditions of the invention, all the drawbacks of the prior art are eliminated and the design of the apparatus allows for a substantially higher, at a significantly lower energy consumption.

Podstatou vynálezu je, že pólové nástavce elektromagnetu, konštrukčné převedené v tvare E, sú umiestené tesne doliehajúc na chladiace príložky, pričom medzera v deliacej rovině elektromagnetu je vyplněná feromagnetickou vložkou za účelom uzavretia magnetického toku v jadre elektromagnetu.It is an object of the invention that the E-shaped design of the pole pieces of the electromagnet are placed close to the cooling pads, wherein the gap in the dividing plane of the electromagnet is filled with a ferromagnetic insert to close the magnetic flux in the electromagnet core.

Pokrok riešenia podlá vynálezu a vyšší účinok je v tom, že do zvarového kúpela sú vnesené vibrácie, ktoré pósobia aj na tuhnúci zvarový kov a podstatné ovplyvňujú kvalitu zvaru s tvorbou jemnozrnnej štruktúry po· celom priereze zvaru. Parametre získané z praxe, například u vruhovej húževnatosti vykazujú hodnoty až 137 J. cm·^-2, čo je o 35 % viac než hodnoty dosahované u klasických spósobov zvárania.The progress of the solution according to the invention and the higher effect is that vibrations are introduced into the weld bath, which also affect the solidifying weld metal and substantially affect the quality of the weld with the formation of a fine-grained structure throughout the weld cross-section. Parameters obtained from practice, for example in the case of circular toughness, show values up to 137 J. cm · ^-2 , which is 35% more than the values achieved with conventional welding methods.

Dalšími výhodami konštrukčného· prevedenia podlá vynálezu je, že týmto· možno zvárať súčasti irozdielnej hrůbky alebo šířky, nakolko medzeru v deliacej rovině elektromagnetu v tomto případe vyplňuje feromagnetická vložka, ktorá vždy zabezpečuje uzavretie magnetického toku v jadre eiekitroimagnetu. Dalšímu výhodou je, že u dlhýchi zvarov je možno danými převedením zabezpečil posuv elektromagnetov, spoločne s chladiacimi príložkami, a to tým, že pólové nástavce sú konštrukčné riešené s dotykom k daným príložkám, takže vytvárajú kompaktný celok.Further advantages of the construction according to the invention are that it is possible to weld components of the wavelength or width as the gap in the electromagnet separation plane fills in this case a ferromagnetic insert which always ensures the magnetic flux in the core of the eiekitroimagnet is closed. Another advantage is that for long welds the electromagnets can be shifted together with the cooling inserts by the conversion, in that the pole pieces are designed to touch the inserts so that they form a compact unit.

Na pripojenom výkrese je znázorněné zariadenie v převedení podlá vynálezu, v řeze v náryse.The attached drawing shows a device in an embodiment according to the invention, in cross-sectional front view.

Zariadenie pozostáva z elektromagnetu 3, pričom pólové nástavce 7, s děvkami B, konštrukčné převedené v tvare E umožňujú maximálnu komcentráciu siločiar do zvarového priestoru. Medzeria v deliacej· rovině elektromagnetu 3 je vyplněná feromagnetickou vložkou 4, pre zabezpečenie uzavretia magnetického· toku v jadre elektromagnetu 3. Pólové nástavce 7 s navinutými děvkami 6, sú umiestené tesne doliehajúc na chladiace príložky 2, v blízkosti zváracieho priestoru.The device consists of an electromagnet 3, whereby the pole pieces 7, with the slots B, of the E-shaped construction allow maximum concentration of the field lines into the weld space. The gap in the separating plane of the electromagnet 3 is filled with a ferromagnetic insert 4, to ensure the magnetic flux in the core of the electromagnet 3 is closed. The pole pieces 7 with wound blades 6 are positioned close to the cooling flaps 2 near the welding space.

Zariadením prispůsobeným pre elektrotroskové zváranie boli zvárané zvarence hrůbky 80 mm s výškou zvairu 180 mm a zvarovou medzeirou 35 mm. Eléktromagnet pozůstával z pólových nástavcov převedených v tvare E, umiestených po bokoch zvávaných častí, dotýkajúc sa chladiacich líšt, ako je to znázorněné na výkrese, kde medzera v deliacej rovině bola vyplněná feromagnetickou vložkou a chladiace příložky boli usporiadané tak, že překrývali zvair.Welding machines of depth of 80 mm with a welding height of 180 mm and a welding gap of 35 mm were welded with a device adapted for electroslag welding. The electromagnet consisted of E-shaped pole pieces placed on the sides of the parts to be contacted, as shown in the drawing, where the gap in the dividing plane was filled with a ferromagnetic insert and the cooling plates were arranged to overlap the weld.

Elektroimagnet mal tieto parametre: šířka pólových nástavcov 175 mm, výška 220 milimetrov, vzduchová medzera 175 mm,. Velkost magnetickej indukcie 0,22 T, pri budiacom prúde 18 A, so spotřebou 1,6 kW. Prúd elektrotroskového procesu bol 1 200 A, pri napatí 40 V.The electro-magnet had the following parameters: pole width 175 mm, height 220 millimeters, air gap 175 mm ,. Magnetic induction size 0.22 T, at 18 A excitation current, consumption of 1.6 kW. The current of the electrotrosing process was 1200 A, at a voltage of 40 V.

Vrubová húževnatosť zvarového kovu bola 137 J. cm^-2, čo je o 35 % viac než vykazujú parametre pri klasickom zváraní.The notch toughness of the weld metal was 137 J cm- ² , which is 35% more than that of conventional welding.

Claims

246014 Welded welding welds of 80 mm with a welding height of 180 mm and a welding gap of 35 mm hurt the welded welding machine. The electromagnet consisted of the pole pieces transferred in the E-shape, placed along the sides of the parts to be contacted, touching the cooling strips, as shown in the drawing, where the shoe clearance gap filled with the ferromagnetic liner ložky and the cooling liners hurt to overlap the weld. Electroimagnet has the following parameters: pole piece width 175 mm, height 220 mm, air gap 175 mm. Magnetic induction magnitude 0.22 T, at 18 A, current consumption 1.6 kW. A, at a tension of 40 V. The notch toughness of the weld metal was 137 [mu] cm-2, which is 35% larger than the parameters for conventional welding. OBJECTIVE A device for influencing solid-molten metal, especially in welding, consisting of two pole pieces of an e-electromagnet with wound coils wound to a given pole piece, characterized in that the pole pieces (7) of the electromagnet (3), structurally converted in FILLED E are positioned closely adjacent to the cooling pad (2), wherein the gap in the electromagnet solenoid (3) is filled with a ferromagnetic liner (4) to close the magnetic flux in the core of the electromagnet ( 3). 1 sheet of drawings