DE3050449C2 - Device for performing electroslag welding - Google Patents
Device for performing electroslag weldingInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Elektroschlacke-Schweißens von Leichtmetallen und Legierungen.The invention relates to a device for Performing electro-slag welding of light metals and alloys.
Es ist ein Verfahren zum Elektroschlacke-Schweißen von Metallen ("Elektroschlakowaja swarska"/Elektroschlacke-Schweißen unter der Redaktion von B. E. Paton, Moskau-Kiew, Verlag "Maschgis", 1959, S. 90-149) bekannt, welches die Erzeugung des Schlackenbades, das Abschmelzen der Elektrode und der Schweißkasten und das Anfüllen des Schweißspaltes mit dem aufgeschmolzenen Metall beinhaltet.It is a process for electroslag welding of metals ("Elektroschlakowaja swarska" / electroslag welding edited by B. E. Paton, Moscow-Kiev, publisher "Maschgis", 1959, pp. 90-149) known, which is the generation of the slag bath that Melting of the electrode and the welding box and filling the welding gap with the melted one Includes metal.
Es ist weiterhin bekannt, daß während des Elektroschlacke-Schweißverfahrens von Leichtmetallen und Legierungen unter Verwendung von auf diesem Gebiet bekannten Schweißpulvern der Gasgehalt des Schweißgutes mit der Erhöhung der Dicke der zu verschweißenden Werkstücke zunimmt.It is also known that during the electroslag welding process of light metals and alloys using those known in the art Welding powder with the gas content of the weld metal increasing the thickness of the workpieces to be welded increases.
Es ist beispielsweise ein Schweißpulver (s. UdSSR-Urheberschein 6 26 913 vom 28. 03. 77) bekannt, welches für das Elektroschlacke-Schweißen von Leichtmetallen und Legierungen bestimmt ist und Alkali- sowie Erdalkalimetallhalogenide bei folgendem Komponentenverhältnis (in Gew.-%) enthält:It is, for example, a welding powder (see USSR copyright certificate 6 26 913 of March 28, 77), which for electro-slag welding of light metals and alloys is determined and alkali and alkaline earth metal halides with the following component ratio (in% by weight) contains:
Kalziumfluorid13 bis 17
Stronziumfluorid13 bis 17
Magnesiumfluorid10 bis 14
Lithiumfluorid16 bis 20
Kalziumchlorid
(konzentrierte wäßrige Lösung)36 bis 44Calcium fluoride13 to 17 stronzium fluoride13 to 17 magnesium fluoride10 to 14 lithium fluoride16 to 20 calcium chloride
(concentrated aqueous solution) 36 to 44
Die im Elektroschlacke-Schweißverfahren unter Verwendung des erwähnten Schweißpulvers und ohne Anwendung der bekannten Methoden zur Entgasung des Schweißgutes erhaltene Schweißnaht ist undicht und zeichnet sich durch einen erhöhten Gasgehalt aus, wodurch die mechanischen Kennwerte der Schweißverbindungen stark herabgesetzt werden. Außerdem ist das erwähnte Schweißpulver ziemlich hygroskopisch (da zu dessen Zusammensetzung konzentrierte wäßrige Kaliumchloridlösung gehört), infolgedessen das Schweißbad beim Elektroschlacke-Schweißen herausspritzt, so daß der ganze Schweißvorgang unstabil verläuft.The in the electro slag welding process under Use of the welding powder mentioned and without application the known methods for degassing the Good weld seam is leaking and is characterized by an increased gas content, whereby the mechanical characteristics of the welded joints be greatly reduced. Besides, that is mentioned welding powder quite hygroscopic (there too its composition concentrated aqueous potassium chloride solution as a result, the weld pool splashes out during electroslag welding, so that the whole welding process is unstable.
Das obengenannte Verfahren zum Elektroschlacke-Schweißen erfolgt unter Verwendung von Vorrichtungen, welche einen Untersatz, Kristallisatoren, Auslaufplatten und eine Schweißelektrode enthalten.The above-mentioned process for electro-slag welding is done using devices that which a stand, crystallizers, outlet plates and contain a welding electrode.
Bei Anwendung von derartigen Verfahren, Schweißpulver und Vorrichtung werden Schweißnähte mit einem erhöhten Gasgehalt erhalten, so daß zwecks Verbesserung der Schweißnahtqualität beim Verschweißen von hochbeanspruchten Konstruktionen zusätzliche verfahrenstechnische Arbeitsgänge erforderlich sind.When using such procedures, welding powder and device are welds with a get increased gas content, so that for the purpose of improvement the weld quality when welding highly stressed Constructions additional procedural Operations are required.
Eine vollständige Entgasung des Schweißgutes kann in diesem Verfahren durch Hemmung der Erstarrung des Schweißgutes mit Hilfe einer zusätzlichen Operation der vorhergehenden, begleitenden und nachfolgenden Erwärmung des Schweißgutes gewährleistet werden.A complete degassing of the weld metal can in this process by inhibiting the solidification of the Weld metal with the help of an additional operation of the previous, accompanying and subsequent warming of the weld metal can be guaranteed.
Die Erwärmung des Schweißgutes ist aber nur unter Anwendung von komplizierten zusätzlichen Vorrichtungen möglich.The heating of the weld metal is only under Use of complicated additional devices possible.
Darüber hinaus werden bei diesem Verfahren zusätzliche chemische Grundstoffe in das Schweißgut eingeführt, welche gasbildende Komponenten in feste Verbindungen überführen. Die Schweißzone ist dabei mit Hilfe von Inertgasen zusätzlich zu schützen.In addition, this procedure uses additional chemical raw materials introduced into the weld metal, what gas-forming components in solid connections convict. The welding zone is there with help additional protection from inert gases.
Die Anwendung eines derartigen Verfahrens, Schweißpulvers und einer derartigen Vorrichtung sowie zusätzlicher verfahrenstechnischer Arbeitsgänge führen zu einer beachtlichen Erhöhung des Arbeitsaufwandes und Verteuerung des Elektroschlacke-Schweißvorganges.The application of such a process, welding powder and such a device and additional procedural operations lead to a considerable increase in workload and price increases of the electroslag welding process.
In der US-PS 35 85 343 ist ein Senkrechtschweißverfahren für Aluminium beschrieben, in dem ein Schlackenbad folgender Zusammensetzung (in Prozent):In US-PS 35 85 343 is a vertical welding process described for aluminum, in which has a slag bath of the following composition (in Percent):
Kaliumchlorid45 Natriumchlorid27 Natriumfluoraluminat (3NaF. AlF₃)22 Lithiumchlorid6,Potassium chloride45 Sodium chloride27 Sodium fluoroaluminate (3NaF. AlF₃) 22 Lithium chloride6,
mit nachfolgendem Abschmelzen der Elektrode und der Schweißkanten und Anfüllen des Schweißspaltes mit dem aufgeschmolzenen Metall gebildet wird.with subsequent melting of the electrode and the Welding edges and filling the welding gap with the molten metal is formed.
Ein derartiges Schweißpulver desoxydiert die Oxidschicht der zu verschweißenden Werkstücke und ermöglicht einen stabilen Verlauf des Elektroschlacke-Schweißens, ist aber für die Erzeugung von Schweißnähten hoher Dichte ohne Verwendung der vorstehend erwähnten Verfahrensschritte zur Verminderung des Gasgehaltes im Schweißgut ungeeignet.Such welding powder deoxidizes the oxide layer of the workpieces to be welded and enables a stable course of electroslag welding, but is for the production of welds high density without using the above Process steps for reducing the gas content unsuitable for weld metal.
Für die Durchführung dieses Verfahrens wird eine Vorrichtung verwendet, welche aus einer Kokille, Graphitkristallisatoren, stromzuführenden Elementen und einer Elektrode ungeteilten Querschnitts mit einer zum Drehen der Elektrode im Schlackenbad dienenden Führungshülse besteht. Die stromzuführenden Elemente sind bei dem bekannten Verfahren außerhalb des Schlackenbades angeordnet.A Device used, which consists of a mold, graphite crystallizers, current-carrying elements and one Electrode undivided cross section with one for turning the guide sleeve serving the electrode in the slag bath consists. The power supply elements are in the known Process arranged outside the slag bath.
Die Entgasung des Schweißgutes beim Schweißen erfolgt mit Hilfe von Graphitkristallisatoren, welche die Wärmeabfuhr von dem Schlackenbad vermindern, wie auch durch Drehen der Elektrode in dem Schlackenbad. The weld metal is degassed during welding with the help of graphite crystallizers, which the Reduce heat dissipation from the slag bath, as well by rotating the electrode in the slag bath.
Aus der FR-OS 23 93 646 ist eine Vorrichtung zum Elektroschlacke-Schweißen bekannt, bestehend aus einer Kokille mit einem Untersatz, Kristallisatoren, einer Schweißelektrode und einem stromführenden Element, wobei die Schweißelektrode durch eine in der Mitte des Untersatzes ausgeführte Öffnung durchgelassen und das stromzuführende Element mit niedrigem Widerstand in der Abschmelzzone der Schweißelektrode angeordnet ist.From FR-OS 23 93 646 a device for Electroslag welding known, consisting of a Mold with a base, crystallizers, one Welding electrode and a current-carrying element, the welding electrode being inserted in the middle of the Passed opening passed and that current-carrying element with low resistance in the Melting zone of the welding electrode is arranged.
Bei den bekannten Vorrichtungen wird eine vollständige Entgasung des Schweißgutes nicht gewährleistet, weil die Erstarrung des Schweißgutes sehr schnell erfolgt und die Drehung der Elektrode beim Schweißen nur auf das Schlackenbad mechanisch einwirkt.In the known devices, a complete Degassing of the weld metal is not guaranteed because of the The weld metal solidifies very quickly and the rotation of the electrode when welding only on the Slag bath acts mechanically.
Aufgabe der Erfindung ist es, in einer Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff eine verbesserte Entgasung des Schweißbades zu erzielen.The object of the invention is in a device according to the generic term an improved degassing of To achieve a sweat bath.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß der Innenkanal 11 der Schweißelektrode 6 längs dieser Elektrode ausgeführt und mit Kanälen 12 der Elektrode 6 verbunden ist, wobei die Kanäle in der Elektrode auf deren gesamter Länge querlaufend ausgeführt sind.This object is achieved according to claim 1 in that the inner channel 11 of the welding electrode 6 is made along this electrode and is connected to channels 12 of the electrode 6 , the channels in the electrode being designed to run transversely along their entire length.
Derartige Kanäle gestatten die Gasabfuhr aus dem Schweißbad im Verlaufe des Schweißvorgangs. Das Ausfüllen dieser Kanäle mit dem gasdurchlässigen Stoff verhindert das Herausfließen des Schweißbades aus dem Schweißspalt.Such channels allow gas removal from the Weld pool during the welding process. Filling out prevents these channels with the gas permeable substance the outflow of the weld pool from the weld gap.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Elektroschlacke-Schweißen von Leichtmetallen und Legierungen, in dem ein festes stromzuführendes Element verwendet ist; Fig. 1 shows an inventive device for electro-slag welding of light metals and alloys, in which a fixed current-carrying element is used;
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Elektroschlacke-Schweißen von Leichtmetallen und Legierungen, in dem ein flüssiges stromzuführendes Element verwendet ist; Fig. 2 shows an inventive device for electro-slag welding of light metals and alloys, in which a liquid current-carrying element is used;
Fig. 3 das Abstehenlassen des geschmolzenen Schweißgutes auf dem Hochtemperaturboden nach Abschalten des Schweißstromes; Fig. 3, the Abstehenlassen the molten weld metal at the high temperature soil after switching off of the welding current;
Fig. 4 eine nach der Erstarrung erhaltene Schweißnaht. Fig. 4 is a weld obtained after solidification.
Das Elektroschlacke-Schweißen von Schweißstücken wurde unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt, welche zum Schweißen folgenderweise vorbereitet wurde.Electro-slag welding of weldments was carried out using a device according to the invention, which has been prepared for welding as follows.
Auf der Kokille 1 (Fig. 1) wurden von dieser isolierte zu verschweißende Probe 2 aus Aluminium mit einem Querschnitt von 50 × 100 mm, einer Länge von 500 mm und einem Schweißspalt von 60 mm angeordnet.On the mold 1 ( FIG. 1), insulated to be welded sample 2 made of aluminum with a cross section of 50 × 100 mm, a length of 500 mm and a welding gap of 60 mm were arranged.
Auf die zu verschweißenden Proben 2 wurden Auslaufplatten 3 aus Graphit aufgestellt. Der Schweißspalt wurde seitlich mit von den zu verschweißenden Proben 2 isolierten Kristallisatoren 4 überdeckt.Outlet plates 3 made of graphite were placed on the samples 2 to be welded. The welding gap was covered laterally with crystallizers 4 isolated from the samples 2 to be welded.
In den Schweißspalt wurde durch eine im unteren Teil der Kokille 1, in der Mitte des Untersatzes 5 ausgeführte Öffnung eine aus Aluminium hergestellte Schweißelektrode 6 mit einem Querschnitt von 20 × 40 mm eingeführt.A welding electrode 6 made of aluminum with a cross section of 20 × 40 mm was introduced into the welding gap through an opening made in the lower part of the mold 1 , in the middle of the base 5 .
Die Öffnung, durch welche die Schweißelektrode 6 eingeführt wurde, wurde mit Asbestschnur 7 abgedichtet. Auf dem Untersatz 5 wurde innerhalb der Kokille 1 um die Schweißelektrode 6 herum das stromzuführende Element 8 aus Graphit angeordnet.The opening through which the welding electrode 6 was inserted was sealed with asbestos cord 7 . The current-supplying element 8 made of graphite was arranged on the base 5 within the mold 1 around the welding electrode 6 .
Im Untersatz 5 und in der Elektrode 6 sind Kanäle 11, 12 und 13 ausgeführt, welche beim Schweißen zur Gasabfuhr aus dem Schweißbad dienen und mit einem Gemisch aus zerkleinertem Metall und grobkörnigem Schweißpulver 14 zwecks Verminderung des Herausfließens des Schweißbades durch die Kanäle ausgefüllt sind.Channels 11, 12 and 13 are embodied in the base 5 and in the electrode 6 , which are used to remove gas from the weld pool during welding and are filled with a mixture of comminuted metal and coarse-grained welding powder 14 in order to reduce the outflow of the weld pool through the channels.
Da die Schmelztemperatur des Schweißpulvers 14 gegenüber der Schmelztemperatur des zu verschweißenden Metalls (660°C) größer sein soll, wurde ein Schweißpulver folgender Zusammensetzung (in Gew.-%) gewährt:Since the melting temperature of the welding powder 14 should be higher than the melting temperature of the metal to be welded (660 ° C.), a welding powder of the following composition (in% by weight) was granted:
Bariumfluorid60,0 Kalziumfluorid15,0 Lithiumfluorid 5,0 Natriumfluorid10,0 Kaliumfluorid10,0Barium fluoride 60.0 Calcium fluoride 15.0 Lithium fluoride 5.0 Sodium fluoride 10.0 Potassium fluoride 10.0
Die Dichte des angeführten Schweißpulvers betrug 3,1 g/cm³ und seine Schmelztemperatur 900°C.The density of the welding powder mentioned was 3.1 g / cm³ and its melting temperature 900 ° C.
Das gewählte Schweißpulver 14 wurde in den Spalt zwischen den zu verschweißenden Proben 2 derart eingefüllt, daß der obere Teil der Schweißelektrode 6 auf 10 mm offen blieb.The selected welding powder 14 was filled into the gap between the samples 2 to be welded in such a way that the upper part of the welding electrode 6 remained open to 10 mm.
Die Auslaufplatten 3 und die Schweißelektrode 6 wurden an einen Schweißtransformator 16 mit Hilfe von stromzuführenden Kabeln 15 angeschlossen.The outlet plates 3 and the welding electrode 6 were connected to a welding transformer 16 with the aid of current-carrying cables 15 .
Auf das in den Schweißspalt eingefüllte Schweißpulver 14 wurde das vorhergehend aufgeschmolzene Schweißpulver von oben gegossen.The previously melted welding powder was poured from above onto the welding powder 14 filled into the welding gap.
Somit wurde die Vorrichtung zum Elektroschlacke-Schweißen von Werkstücken zum Betrieb vorbereitet.Thus, the device for electro-slag welding of workpieces prepared for operation.
Die Schweißparameter waren folgende:The welding parameters were as follows:
Leerlaufspannung der Stromquelle U xx = 38 V
Schweißstrom I S = 4,5 kAOpen circuit voltage of the power source U xx = 38 V
Welding current I S = 4.5 kA
Nach dem Schließen des Schweißstromkreises erfolgte das Abschmelzen der Schweißelektrode 6 und der Schweißkanten der Schweißproben 2 unter Bildung eines Metallbades 17, sowie das Abschmelzen des Schweißpulvers 14 unter Bildung eines Schlackenbades 18, wobei das Metallbad 17 vor der Einwirkung des Luftsauerstoffes durch Inertgas (Argon) geschützt wurde. After the welding circuit was closed, the welding electrode 6 and the welding edges of the welding samples 2 were melted down to form a metal bath 17 , and the welding powder 14 was melted down to form a slag bath 18 , the metal bath 17 being protected from the action of atmospheric oxygen by inert gas (argon) has been.
Im Laufe der Abschmelzung der Schweißelektrode 6 wurde der Schweißspalt mit Metall so lange gefüllt, bis die abgeschmolzene Stirnseite der Schweißelektrode 6 unter der oberen Fläche des stromzuführenden Elementes 8 zu liegen kam.In the course of the melting of the welding electrode 6 , the welding gap was filled with metal until the melted end face of the welding electrode 6 came to rest under the upper surface of the current-carrying element 8 .
Bei einer solchen Anordnung der Schweißelektrode 6 wurde ihre Abschmelzung infolge der Verschiebung des Brennfleckes von der Stirnseite der Elektrode auf die obere Fläche des stromführenden Elementes 8 gehemmt; dies ermöglichte seinerseits eine Verschiebung der Elektrodenstirnseite über die obere Fläche des stromzuführenden Elementes 8, d. h. beim Schweißen kam die Selbstregelung der Abschmelzgeschwindigkeit der Elektrode 6 zustande.With such an arrangement of the welding electrode 6 , its melting was inhibited due to the displacement of the focal spot from the end face of the electrode to the upper surface of the current-carrying element 8 ; this in turn made it possible for the electrode end face to be displaced over the upper surface of the current-carrying element 8 , ie during welding the self-regulation of the melting rate of the electrode 6 came about.
Die beim Schweißen aus dem Schweißbad austretenden Gase wurden durch die Innenkanäle 11, 12 und 13 der Schweißelektrode 6 und des Untersatzes 5 entfernt.The gases emerging from the weld pool during welding were removed through the inner channels 11, 12 and 13 of the welding electrode 6 and the base 5 .
Nach dem Anfüllen des Spaltes zwischen den Schweißkanten 2 mit dem aufgeschmolzenen Metall 17 wurde der Schweißstrom abgeschaltet.After filling the gap between the welding edges 2 with the molten metal 17 , the welding current was switched off.
Das Schlackenbad 18 kristallisierte danach unter Bildung eines Hochtemperaturherdes 19 mit einer Temperatur von 900°C.The slag bath 18 then crystallized to form a high temperature oven 19 with a temperature of 900 ° C.
Im Laufe von 1,5 min wurde die Temperatur des Herdes 19 und des schmelzflüssigen Metalls 17 von 900°C bis auf die Kristallisationstemperatur des zu verschweißenden Metalls 2 von 660°C herabgesetzt. Im Verlaufe dieser Zeit blieb das Metallbad 17 im flüssigen Zustand, was zur maximalen Entgasung des Schweißgutes beigetragen hat. Die Entgasung des Schweißgutes erfolgte im Laufe von 1,2 min (Die Entgasungszeit des Metallbades wurde vor dem Schweißen versuchsweise bestimmt).In the course of 1.5 minutes, the temperature of the hearth 19 and of the molten metal 17 was reduced from 900 ° C. to the crystallization temperature of the metal 2 to be welded from 660 ° C. During this time, the metal bath 17 remained in the liquid state, which contributed to the maximum degassing of the weld metal. The weld metal was degassed in the course of 1.2 min (the degassing time of the metal bath was determined experimentally before welding).
Nach der Erstarrung des schmelzflüssigen Metalls wurde eine hohe Schweißgutdichte aufweisende Schweißverbindungen erhalten.After the solidification of the molten metal has a high density of weld metal Get welded connections.
Die Festigkeit des Schweißgutes betrug 90 bis 92% von dieser des zu verschweißenden Metalls, was höher als die entsprechenden Kenndaten des eingangs beschriebenen Verfahrens sind.The strength of the weld metal was 90 to 92% of that of the metal to be welded what higher than the corresponding characteristics of the input described method are.
Die metallografische Untersuchung zeigte, daß die Schweißnaht ein porenfreies Gefüge aufweist.The metallographic examination showed that the Weld seam has a non-porous structure.
Statt des stromzuführenden Elementes 8 aus einem festen Stoff kann ein stromzuführendes Element 20 aus einem flüssigen Stoff (Fig. 2) verwendet werden. Der Schweißvorgang wurde dabei ähnlich dem im Beispiel 1 beschriebenen durchgeführt.Instead of the current-supplying element 8 made of a solid material, a current-supplying element 20 made of a liquid material ( FIG. 2) can be used. The welding process was carried out similarly to that described in Example 1.
Die Beispiele 2, 3, 4 und 5 wurden ähnlich dem Beispiel 1 unter den in der Tabelle angeführten Bedingungen durchgeführt.Examples 2, 3, 4 and 5 were carried out similarly to Example 1 under the conditions given in the table.
Beim Elektroschlacke-Schweißen nach Beispielen 2 und 3 wurden Schweißverbindungen mit einer Schweißnaht hoher Dichte erhalten. Die Festigkeit der Schweißnaht betrug entsprechend 90,0 und 75,0% von der Festigkeit des zu verschweißenden Metalls.With electro-slag welding after Examples 2 and 3 were welded with a high density weld. The firmness the weld seam was 90.0 and 75.0% respectively the strength of the metal to be welded.
Die metallografische Untersuchung zeigte, daß die Schweißnaht ein porenfreies Gefüge aufweist.The metallographic examination showed that the Weld seam has a non-porous structure.
Beim Elektroschlacke-Schweißen nach Beispiel 4 enthielt die Schweißnaht Einschlüsse der erstarrten Schlacke infolge eines geringen Unterschiedes zwischen der Dichte der Schlacke und der des zu verschweißenden Metalls. With electro-slag welding after Example 4 included the weld seam inclusions solidified slag due to a slight difference between the density of the slag and that of the welded Metal.
Beim Elektroschlacke-Schweißen nach Beispiel 5 sind Bindefehler zwischen dem Schweißnahtmetall und den zu verschweißenden Kanten infolge ungenügender chemischer Aktivität des Schweißpulvers zu verzeichnen.In electro-slag welding according to Example 5 there are binding errors between the weld metal and the edges to be welded due to insufficient chemical activity of the welding powder.
Aus den Beispielen geht hervor, daß bei Anwendung eines geeigneten Schweißpulvers in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Schweißnaht hoher Dichte und mit hohen mechanischen Kennwerten erhalten werden kann.The examples show that when used a suitable welding powder in the invention Device a weld seam of high density and with high mechanical characteristics can be obtained.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Schweißen von Aluminium, Magnesium, Titan und deren Legierungen sowie anderen Leichtmetallen, insbesondere zum Schweißen von Stromschienen aus Aluminium, in Metallhütten, in der chemischen Industrie und in der Elektrotechnik sowie auf anderen Gebieten der Technik verwendet werden.The device according to the invention can be used for welding of aluminum, magnesium, titanium and their alloys and other light metals, especially for welding of aluminum busbars, in metal huts, in the chemical industry and in electrical engineering as well be used in other fields of technology.
Claims (2)
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