Изобретение относится к электрошлаковой сварке и может быть использовано во всех отраслях машиностроения. The invention relates to electroslag welding and can be used in all branches of engineering.
Известны способы электрошлаковой сварки плавящимся и неплавящимся электродами, плавящимся и неплавящимся мундштуком. Электрошлаковой сваркой, как правило, выполняют вертикальные швы и кольцевые, на участках близких по положению в пространстве к вертикальному. Электрошлаковая сварка швов деталей толщиной менее 20 мм в нижнем положении известными способами практически неосуществима, в том числе кольцевых швов. Известен способ электрошлаковой сварки и устройство для его осуществления (авт.свид. SU N 1691016), которым осуществляют сварку швов в вертикальном положении, с использованием дополнительного нагрева участвующих в процессе материалов вихревыми токами. Дополнительный нагрев выравнивает температуру нижней части шлаковой ванны вследствие чего стабилизируется электрошлаковый процесс, повышается качество сварного соединения и увеличивается скорость сварки. При выполнении вертикальных швов со сквозной разделкой кромок, например, стыковых с прямоугольной разделкой кромок, используют устройство, состоящее из ограничивающих расплав формующих накладок и индуктора, который располагают между накладками в нижней части шлаковой ванны. Вышеуказанными способами электрошлаковой сварки нельзя осуществить сварку швов в нижнем положении, в том числе кольцевых, особенно при толщине свариваемых деталей менее 20 мм, так как при сварке протяженных швов в вертикальном положении основной материал нагревается в одном случае расплавами сначала шлаковой ванны, а затем присадочного материала, в другом случае также расплавами шлаковой ванны и ванны присадочного материала и в некоторых случаях дополнительно вихревыми токами. При выполнении же швов в нижнем положении основной материал, особенно при толщине менее 20 мм, не контактирует со шлаковой ванной и ванной присадочного материала и не нагревается до температуры ведения сварки, вследствие этого осуществить качественную сварку швов в нижнем положении невозможно, а при толщине деталей менее 20 мм сварка вообще не осуществима. Known methods of electroslag welding with consumable and non-consumable electrodes, consumable and non-consumable mouthpiece. Electroslag welding, as a rule, perform vertical and circular seams, in areas close to the vertical position in space. Electroslag welding of seams of parts with a thickness of less than 20 mm in the lower position by known methods is practically impossible, including ring seams. A known method of electroslag welding and a device for its implementation (ed. Certificate. SU N 1691016), which carry out welding of seams in a vertical position, using additional heating involved in the process of eddy currents. Additional heating equalizes the temperature of the lower part of the slag bath, as a result of which the electroslag process is stabilized, the quality of the welded joint is increased, and the welding speed is increased. When performing vertical seams with a through cutting of edges, for example, butt with a rectangular cutting of edges, use a device consisting of melt-limiting molding plates and an inductor, which is located between the plates in the lower part of the slag bath. The above methods of electroslag welding cannot weld joints in the lower position, including ring welds, especially when the thickness of the welded parts is less than 20 mm, since when welding extended welds in a vertical position, the main material is heated in one case by melts of the slag bath and then the filler material , in another case, also with molten slag baths and baths of filler material and, in some cases, additional eddy currents. When seams are made in the lower position, the main material, especially with a thickness of less than 20 mm, does not come into contact with the slag bath and the filler material bath and does not heat up to the welding temperature; as a result, it is impossible to perform high-quality welding of the seams in the lower position, and when the thickness of the parts is less 20 mm welding is not feasible at all.
Целью изобретения является расширение технологических возможностей электрошлаковой сварки - сварка протяженных швов в нижнем положении, в том числе кольцевых, из материалов любой толщины, в том числе менее 20 мм, и устройство для выполнения протяженных швов в нижнем положении. Цель достигается путем нагрева кромок свариваемых деталей и присадочного материала теплом выделяющихся в результате действия вихревых токов, источник которых располагают в разделке шва. В начальный период сварки над свариваемыми в нижнем положении кромками деталей устанавливают устройство для электрошлаковой сварки, содержащее приспособление для удержания шлаковой ванны и ванны присадочного материала, формирования шва и нагрева кромок, флюса и присадочного материала. Для нагрева кромок деталей, флюса и присадочного материала в приспособлении смонтирован индуктор, как правило, прямого действия, позволяющий выделять тепловую энергию непосредственно в нагреваемом материале. Затем в приспособление засыпают флюс, включают индуктор в цепь источника тока, нагревают основной материал кромок свариваемых деталей, расплавляют флюс, заполняя им разделку шва и нижнюю часть приспособления до уровня, позволяющего осуществить электрошлаковый процесс, и который удерживается стенками приспособления, выполненного в виде кокиля, имеющего боковые, заднюю и переднюю стенки, причем задняя стенка в нижней части имеет конфигурацию и размеры валика сварного шва, а передняя имеет конфигурацию и размеры, соответствующие конфигурации и размерам разделки кромок свариваемых деталей, тем самым предотвращая растекание расплава. После наведения шлаковой ванны осуществляют собственно электрошлаковый процесс, например, плавящимся электродом, включив его в цепь источника тока и опуская в шлаковую ванну. Под действием проходящего по электроду тока и тепла шлаковой ванны материал электрода плавится и опускается вниз, образуя ванну присадочного материала и заполняя разделку шва. Попадая в зону действия индуктора и соприкасаясь с его изоляцией, присадочный материал дополнительно нагревается, в результате чего выравнивается его температура, повышается его жидкотекучесть, наличие которой позволяет заполнить разделку шва и формировать поверхность шва, и осуществляется соединение с основным материалом. При перемещении устройства и свариваемых деталей относительно друг друга под устройство поступают новые участки разделки шва, нагреваются погруженным в расплав присадочного материала индуктором, заполняются расплавленным присадочным материалом, охлаждаются до отвердевания, образуя протяженные сварные швы в никнем положении, в том числе кольцевые. The aim of the invention is to expand the technological capabilities of electroslag welding - welding of extended seams in the lower position, including ring, from materials of any thickness, including less than 20 mm, and a device for making extended seams in the lower position. The goal is achieved by heating the edges of the parts to be welded and the filler material with the heat released as a result of the eddy currents, the source of which is located in the weld. In the initial period of welding, an apparatus for electroslag welding is installed over the edges of the parts to be welded in the lower position, containing a device for holding the slag bath and the bath of filler material, forming a seam and heating the edges, flux and filler material. To heat the edges of the parts, flux and filler material, an inductor is mounted in the fixture, as a rule, of direct action, which allows heat to be released directly in the heated material. Then the flux is poured into the fixture, the inductor is connected to the current source circuit, the main material of the edges of the parts being welded is heated, the flux is melted, filling the weld butt and the lower part of the fixture to a level that allows the electroslag process to be held, and which is held by the walls of the fixture made in the form of a chill mold, having side, back and front walls, the back wall in the lower part having the configuration and dimensions of the weld bead, and the front one having the configuration and dimensions corresponding to the configuration the size and size of the cutting edges of the welded parts, thereby preventing the spreading of the melt. After pointing the slag bath, the electroslag process itself is carried out, for example, with a melting electrode, including it in the current source circuit and lowering it into the slag bath. Under the influence of the current and heat of the slag bath passing through the electrode, the electrode material melts and falls down, forming a bath of filler material and filling the weld groove. Once in the inductor’s operating area and in contact with its insulation, the filler material is additionally heated, as a result of which its temperature is equalized, its fluidity increases, the presence of which allows filling the weld butt and forming the weld surface, and connects to the main material. When the device and the welded parts are moved relative to each other, new sections of the weld groove come under the device, they are heated by an inductor immersed in the filler material, filled with molten filler material, cooled to solidify, forming extended welds in a nicky position, including ring ones.
Приспособление для сварки швов в нижнем положении состоит из кокиля и смонтированного внутри его индуктора. Индуктор смонтирован либо в переднюю и заднюю стенки, либо только в переднюю сценку кокиля. Передняя стенка в нижней части имеет выступ, который при сварке закрывает разделку шва, предотвращая растекание расплавленных материалов. Задняя стенка имеет, как правило, выборку для формирования валика шва. Индуктор состоит из охлаждаемого токоподвода, электротермоизносостойкой изоляции, контактных колодок для присоединения в цепь источника тока, может иметь магнитопровод для концентрации магнитного потока в определенном направлении. Индуктор располагают ниже общего основания стенок кокиля на расстоянии, определяемом в зависимости от частоты используемого тока, глубины проникновения вихревого тока в нагреваемые материалы и мощности, используемой для нагрева материала кромок, при этом для осуществления прямого нагрева основного материала расстояние от токоподвода до поверхности кромок не должно превышать горячей глубины проникновения вихревых токов в материал кромок и ось токоподвода или индуктора либо их части, используемой для нагрева материала кромок, должна быть направлена вдоль разделки кромок шва. Кокиль приспособления служит для наведения и удержания шлаковой ванны и ванны присадочного материала, его изготовляют из термостойкого, например, керамического материала, либо комбинированным из разных материалов. The device for welding seams in the lower position consists of a chill mold and an inductor mounted inside it. The inductor is mounted either in the front and rear walls, or only in the front scene of the chill mold. The front wall in the lower part has a protrusion, which during welding closes the groove, preventing the spreading of molten materials. The back wall has, as a rule, a sample for forming a seam bead. The inductor consists of a cooled current lead, electrothermal wear-resistant insulation, contact blocks for connection to a current source circuit, may have a magnetic circuit for magnetic flux concentration in a certain direction. The inductor is placed below the common base of the chill wall at a distance determined depending on the frequency of the current used, the penetration depth of the eddy current into the heated materials and the power used to heat the edge material, while for direct heating of the main material, the distance from the current supply to the edge surface should not exceed the hot penetration depth of the eddy currents in the edge material and the axis of the current lead or inductor or part thereof used to heat the edge material should yt is directed along the cutting edges of the weld. The chill mold of the device serves to guide and hold the slag bath and the bath of the filler material, it is made of heat-resistant, for example, ceramic material, or combined of different materials.
На фиг. 1 изображена схема сварки шва в нижнем положении с фасонной разделкой кромок, с использованием приспособления, индуктор которого встроен в переднюю стенку кокиля; на фиг. 2 изображена схема сварки шва в нижнем положении с прямоугольной разделкой кромок деталей толщиной менее 20 мм, с использованием приспособления, индуктор которого встроен в переднюю и заднюю стенки кокиля. In FIG. 1 shows a diagram of the welding of a seam in a low position with shaped cutting of edges, using a device whose inductor is built into the front wall of the chill mold; in FIG. 2 shows a diagram of the welding of the seam in the lower position with rectangular cutting of the edges of the parts with a thickness of less than 20 mm, using a device whose inductor is built into the front and rear walls of the chill mold.
На свариваемые детали 1 из стали 14ХМНДФР с подкладкой 2, закрывающей снизу стык, устанавливают приспособление для сварки, содержащее кокиль прямоугольной формы, с передней стенкой 3 и задней стенкой 12, и индуктор 4, имеющий водоохлаждаемый токоподвод 5, контактные колодки 6, электротермоизносостойкую изоляцию 7 и, в первом приспособлении, магнитопровод 11. В начальный период сварки включают индуктор в цепь источника тока, нагревают материал кромок, засыпают в приспособление флюс, расплавляют флюс, заполняют им разделку шва и нижнюю часть приспособления, образуя шлаковую ванну 8. Затем осуществляют собственно злектрошлаковый процесс: электрод 9 включают в цепь источника тока, подают в шлаковую ванну, расплавляют и создают ванну 10 присадочного материала и заполняют разделку шва, при этом материал попадает в зону действия индуктора и соприкасается с его изоляцией, нагревается до более высокой температуры, повышает жидкотекучесть и заполняет разделку шва, соединяясь с материалом кромок. Перемещая свариваемые объекты относительно приспособления для сварки, получают протяженные швы в нижнем положении, в том числе кольцевые. Параметры сварки подбирают эмпирическим путем. Ориентировочные условия и параметры для сварки стали 14ХМНДФР: толщина металла 50 мм, сварочный зазор 30 мм, сварочная проволока Св-10ХГН2МЮ, флюс АН-8М, диаметр сварочного электрода 5 мм, глубина шлаковой ванны 60-70 мм, сухой вылет электрода 60-100 мм, напряжение сварки 40 В, сила сварочного тока 510 А, скорость подачи электрода 190 м/ч, скорость сварки 2,5 м/ч. Ориентировочные размеры и параметры для индуктора: наружный диаметр токопровода 8 мм, внутренний 5 мм, толщина электротермоизносостойкой изоляции 2,5 мм, частота индуктирующего тока 2500 Гц, напряжение на колодках индуктора 11,5 В, сила индуктирующего тока 780 А, расстояние от кромок до изоляции индуктора 0,5-3 мм. A welding device containing a rectangular chill mold with a front wall 3 and a rear wall 12, and an inductor 4 having a water-cooled current supply 5, contact pads 6, an electrothermal-resistant insulation 7 are installed on the parts to be welded 1 made of 14KhMNDFR steel with a liner 2 that covers the bottom joint and, in the first fixture, the magnetic circuit 11. In the initial period of welding, include an inductor in the circuit of the current source, heat the material of the edges, pour flux into the fixture, melt the flux, fill it with the weld butt and the lower part features, forming a slag bath 8. Then, the electroslag process is carried out: the electrode 9 is included in the current source circuit, fed into the slag bath, melted and a bath 10 of filler material is created and the weld is filled, while the material falls into the zone of action of the inductor and comes into contact with it insulation, heats up to a higher temperature, increases fluidity and fills the groove, connecting with the material of the edges. By moving the objects to be welded relative to the welding fixture, extended seams are obtained in the lower position, including ring ones. The welding parameters are selected empirically. Approximate conditions and parameters for welding steel 14KHMNDFR: metal thickness 50 mm, welding gap 30 mm, welding wire Sv-10KHGN2MYu, flux AN-8M, diameter of the welding electrode 5 mm, depth of the slag bath 60-70 mm, dry overhang of the electrode 60-100 mm, welding voltage 40 V, welding current 510 A, electrode feed speed 190 m / h, welding speed 2.5 m / h. Approximate dimensions and parameters for the inductor: the outer diameter of the current lead is 8 mm, the inner 5 mm, the thickness of the electrothermal wear-resistant insulation is 2.5 mm, the frequency of the induction current is 2500 Hz, the voltage across the inductor blocks is 11.5 V, the strength of the induction current is 780 A, the distance from the edges to insulation inductor 0.5-3 mm.
