RU1816251C - Способ электрошлаковой сварки в нижнем положении - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электрошлаковой сварке в нижнем положении и может быть использовано в энергетическом, химическом машиностроении, производстве строительных конструкций и т.д. С целью повышени  производительности и улучшени  качества сварки электрошлаковый процесс осуществл етс  путем использовани  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 расплавлени  подают вертикально вниз между свариваемыми заготовками 3, 4. 3 ил. ел с

Description

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

Задачей за вл емого способа  вл етс  обеспечение высокой производительности и качества электрошлакового процесса в горизонтальном положении с использованием наклонного электрода при условии максимального упрощени  процесса сварки в отношении используемых электродов и вспомогательного оборудовани .

Эта задача реализуетс  с помощью подаваемого вертикально вниз Т-образного наклонного плав щегос  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 формировани  шва согласно за вл емому изобретению; на фиг. За, б - схемы кристаллизации металлической ванны (а - вид сварочной ванны сверху, б - в поперечном сечении).

Примен емый в предлагаемом способе сварки электрод сострит из широкой (верхней ) части 1 (ролки), к которой прикреплена (например, приварена) узка  (нижн  ) часть 2 (стенка).

Электрод располагают наклонно к поверхности свариваемых деталей таким образом , чтобы узка  часть электрода входила в зазор между кромками, в то врем  как широка  ее часть находилась на внешней поверхности свариваемых деталей, где формируетс  валик шва. Широка  часть электрода (полка) шире зазора между свариваемыми кромками. Така  форма дает возможность создать необходимые услови  кристаллизации металла шва, регулировать контур валика. Широка  часть Т-образного сечени  электрода обеспечивает сопутствующий подогрев сварочной ванны в верхней ее части, тем самым способству  запаздыванию деформаций раст жени  и уменьшению их скорости.

Узка  часть электрода, подаваемого в зазор (см. фиг. 1), расплавл ет кромки и заполн ет разделку между ними. Кристаллизаци  металлической ванны начинаетс  с частично сплавленных зерен основного металла и протекает в направлении к центру металлической ванны. Широка  часть элек- трода по мере опускани  его вниз не только подавл ет наружную часть кромок и формирует валик шва (фиг. 2), а и выполн ет функцию сопутствующего подогрева металлической ванны. Плав щийс  Электрод широкой своей частью как бы размазывает рас- плавленный металл хвостовой части металлической ванны, дела  ее более.широ- кой и плоской. В этом случае кристаллиты, прорастающие перпендикул рно поверхности раздела жидкий - твердый металл, ориентируютс  вдоль оси шва, параллельно друг другу (фиг, За,б). При таком расположении кристаллитов исключаетс  образование зоны слабины.

Таким образом, подача широкой части электрода на внешнюю поверхности кромрк свариваемых деталей соответственно за вл емому способу позвол ет соблюсти благопри тную форму шва (когда.коэффициент формы ванны Кф в/2 1,2 (фиг. 36) А это, в свею очередь, создает услови  дл  увеличени  скорости подачи электрода, а, значит, и производительности процесса. Как известно , механические свойства сварного соединени  завис т от размеров кристаллитов металла шва, которые, в свою очередь, завис т от скорости кристаллизации. А скорость кристаллизации металла сварочной ванны

увеличиваетс  с увеличением скорости.

сварки. Следовательно, с точки зрени  ме ханических свойств сварного соединени 

возможность повышени  скорости сварки

согласно за вл емому изобретению поз вол ет повысить не только производительности , но и качество сварки.

Экспериментально установлено, что наиболее целесообразным дл  создани  благопри тных услови х кристаллизации и

получени  удовлетворительных механических свойств сварных соединений  вл етс  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 рассто ни  а, достаточного дл  предотвращени  возбуждени  дуги между электродом

и одной из кромок (фиг. 2). Другими словами, при таком соотношении размеров обеспечиваетс  стабильный электрошлаковый процесс , при котором не возникает опасности возбуждени  дуги между электродом и одной из кромок. При ширине верхней части электрода, меньшей 1,2 величины зазора между кромками, не образуютс  уширени  верхней части валика шва, а услови  сварки и кристаллизации металла ванны приближаютс  к услови м, характерным дл  сварки с вертикальной подачей электрода с присущими дл  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 усиливаетс  перегрев верхних кромок металлов.

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

меньшем 30° происходит оплавление электрода на очень большой площади и услови  сварки в этом случае уподобл ютс  услови м сварки лежачим электродом: глубина оп- лавлени  кромок уменьшаетс , к тому же возникает опасность возникновени  не- сплавлений. Угол наклона, превышающий 45°. также нецелесообразен ввиду возникающих при этом неудобств конструктивного характера: дл  обеспечени  процесса сварки потребуетс  высока  штанга, на которой устанавливаетс  каретка, удерживающа  электрод. При этом высота стойки сварочного устройства будет превышать длину шва.

Использование за вл емого способа и примен емого при этом электрода позвол ет использовать наклонный плав щийс  электрод в электрошлаковой сварке. Конструкци  электрода и последовательность приемов, осуществл емых 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 направл емого валика. Во всех случа х она равн лась 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 составл ет b 32 мм, а длина ее 1 27 мм. Коэффициент формы ванны Кф Ь/1 1,2 характерен дл  формировани  благопри тной 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 благопри тную 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 составл ла 40 мм, ширина ее - 56 мм. Коэффициент формы ванны Кф - 56/40) 1,4, что укладываетс  в интерва0 лах формировани  благопри тной -формы шва. Дальнейшее увеличение ширины верхней части электрода нецелесообразно из-за большого перерасхода электроэнергии и сварочных материалов.

5Электрошлакова  сварка, производима  с помощью Т-образного электрода, в сравнении с известным способом с применением наклонного электрода обладает р дом преимуществ, в частности:

0 предлагаемый способ позвол ет значительно повысить производительность про- цесса как за счет увеличени  скорости подачи электрода, так и за счет особенностей конструктивного исполнени  послед5 него:

в за вл емом способе обеспечены оптимальные услови  дл  кристаллизации металлической ванны, что обеспечивает высокое качество сварного соединени  и

0 внешний вид шва:

осуществление предлагаемого способа не требует об зательного использовани  шлакоудерживающего ползуна и регулирующей аппаратуры, что упрощает и удешев5 д ет процесс.

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

0 ванну вертикально вниз между свариваемыми кромками, отличающийс  тем. что, с целью повышени  производительности и улучшени  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.