RU2232669C1 - Method for electroslag surfacing of small-size ends - Google Patents

Method for electroslag surfacing of small-size ends Download PDF

Info

Publication number
RU2232669C1
RU2232669C1 RU2002130141/02A RU2002130141A RU2232669C1 RU 2232669 C1 RU2232669 C1 RU 2232669C1 RU 2002130141/02 A RU2002130141/02 A RU 2002130141/02A RU 2002130141 A RU2002130141 A RU 2002130141A RU 2232669 C1 RU2232669 C1 RU 2232669C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
slag
slag bath
electrode
surfacing
current
Prior art date
Application number
RU2002130141/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002130141A (en
Inventor
Г.Н. Соколов (RU)
Г.Н. Соколов
И.В. Зорин (RU)
И.В. Зорин
В.И. Лысак (RU)
В.И. Лысак
С.Н. Цурихин (RU)
С.Н. Цурихин
Original Assignee
Волгоградский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Волгоградский государственный технический университет filed Critical Волгоградский государственный технический университет
Priority to RU2002130141/02A priority Critical patent/RU2232669C1/en
Publication of RU2002130141A publication Critical patent/RU2002130141A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2232669C1 publication Critical patent/RU2232669C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: manufacture of parts of machines and tools with use of surfacing operation.
SUBSTANCE: method comprises step of creating slag bath in volume restricted by surfaced face and sectional crystallizing pan; keeping temperature of surface of crystallizing pan higher than temperature of sharp raising of viscosity of used slag; realizing electroslag surfacing at introducing to rotating slag bath non-consumable hollow electrode connected with autonomous power source and having cone working portion; submerging electrode into slag bath by depth equal to height of electrode cone; providing high temperature region with size 2 - 2.5 diameters of electrode in slag bath; feeding surfacing material into high-temperature region through cavity of non-consumable electrode; selecting ratio of welding electric current and electric current applied to non-consumable electrode in range 1.3 - 2.0. High heating temperature and intensified agitation provide uniform melting of surfacing materials containing refractory components.
EFFECT: enhanced quality of surfaced ends.
3 cl, 4 dwg, 1 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к металлообработке, металлургии и может быть использовано при изготовлении наплавкой деталей машин и инструментов.The invention relates to metalworking, metallurgy and can be used in the manufacture of surfacing parts of machines and tools.

Известен способ электрошлаковой наплавки (ЭШН) торцов изделий проволочным электродом (Бондарчук Н. А., Патока А. И., Маркин Ю. В. Применение проволоки типа ЭП-567 для наплавки оправок прошивного стана. - В сб. научн. трудов: Теоретические и технологические основы наплавки. Наплавочные материалы. - Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1978, с.104-106) малогабаритных цилиндров с площадью торцов 3-5 см2, при котором электродный плавящийся материал, подаваемый в шлаковую ванну, плавится в ограниченном объеме шлака, прилегающем к его поверхности, температура в котором достигает 1900-2300°С.There is a method of electroslag surfacing (ESH) of the ends of products with a wire electrode (Bondarchuk N. A., Patoka A. I., Markin Yu. V. Application of wire of type EP-567 for surfacing the mandrels of a piercing mill. - In collection of scientific works: Theoretical and technological foundations of surfacing. Surfacing materials. - Kiev: EO Paton Electric Welding Institute, 1978, pp. 104-106) small-sized cylinders with an end area of 3-5 cm 2 , in which the electrode melting material supplied to the slag bath, melts in a limited volume of slag adjacent to its surface, the temperature in which attains its 1900-2300 ° C.

Недостатком такой схемы наплавки является то, что при подаче в шлаковую ванну наплавочного материала содержащего компоненты с высокой температурой плавления (к примеру, W, Tпл=3450°C; Та, Tпл=2996°C; Мо, Tпл=2625°C; Nb, Тпл=2415°С) наблюдается неравномерное их плавление, что не позволяет получить наплавленный металл заданного химического состава.The disadvantage of such a deposition scheme is that when filing material containing components with a high melting point is fed into the slag bath (for example, W, T pl = 3450 ° C; Ta, T pl = 2996 ° C; Mo, T pl = 2625 ° C; Nb, T pl = 2415 ° C) their melting is uneven, which does not allow to obtain a weld metal of a given chemical composition.

Известен способ электрошлаковой наплавки (ЭШН) и сварки металла (см. авторское свидетельство СССР, № 184337, 21H, 32/01, (H 05 b), публ. 1967 г.), при котором нагрев и расплавление металла осуществляются за счет тепла, выделяющегося в расплавленном шлаке при пропускании электрического тока, причем нагрев шлака производят неплавящимся электродом.A known method of electroslag surfacing (ESH) and metal welding (see USSR author's certificate, No. 184337, 21H, 32/01, (H 05 b), publ. 1967), in which the heating and melting of the metal is carried out by heat, released in the molten slag by passing an electric current, and the heating of the slag is produced by a non-consumable electrode.

При наплавке по такой схеме неплавящийся электрод обеспечивает лишь поддержание температуры шлака в требуемых пределах, вследствие чего невозможно достичь равномерного плавления наплавочного материала, содержащего тугоплавкие компоненты. Другим отрицательным моментом является то, что подать наплавочный материал точно в тепловой центр шлаковой ванны затруднительно.When surfacing according to this scheme, a non-consumable electrode only maintains the temperature of the slag within the required limits, as a result of which it is impossible to achieve uniform melting of the surfacing material containing refractory components. Another negative point is that it is difficult to feed the surfacing material exactly into the thermal center of the slag bath.

Наиболее близким к изобретению является способ электрошлаковой наплавки чугунных прокатных валков (см. патент Российской Федерации, №2139155, В 23 К 25/00, публ. 1999 г.). По этому способу шлаковую ванну наводят в объеме, ограниченном наплавляемой поверхностью и секционным кристаллизатором, содержащим токоподводящую и формовочную секции, поддерживают температуру поверхности кристаллизатора выше температуры резкого повышения вязкости используемого шлака, осуществляют вращение шлаковой ванны, поддержание нижнего уровня шлаковой ванны на расстоянии не более толщины наплавляемого слоя от нижнего края токоподводящей секции и величины сварочного тока в секционном кристаллизаторе.Closest to the invention is a method of electroslag surfacing of cast iron rolling rolls (see patent of the Russian Federation, No. 2139155, 23 K 25/00, publ. 1999). According to this method, the slag bath is induced in the volume limited by the weld surface and the sectional crystallizer containing the current supply and forming sections, the surface temperature of the mold is maintained above the temperature of a sharp increase in the viscosity of the slag used, the slag bath is rotated, the bottom level of the slag bath is maintained at a distance of no more than the thickness of the deposited layer from the lower edge of the current-supplying section and the magnitude of the welding current in the sectional mold.

Процесс ЭШН в секционном кристаллизаторе (СК) позволяет исключить влияние электродного материала на формирование структуры металла, поскольку наплавочные материалы в этом случае электронейтральны. Но при таком процессе скорость плавления наплавочного материала определяется температурой шлака, которая в рассматриваемом случае не превышает 1800°С. Это не позволяет использовать наплавочные материалы в виде композиционных стержней, содержащих тонкие проволоки, металлические порошки и другие компоненты (дробь, стружка), содержащие тугоплавкие (Тпл>2000°С) элементы (W; Та; Мо и др.), так как не обеспечивается их равномерное плавление.The ESH process in a sectional crystallizer (SC) allows to exclude the influence of the electrode material on the formation of the metal structure, since the surfacing materials in this case are electrically neutral. But with such a process, the melting rate of the surfacing material is determined by the temperature of the slag, which in this case does not exceed 1800 ° C. This does not allow the use of surfacing materials in the form of composite rods containing thin wires, metal powders and other components (shot, shavings) containing refractory (T pl > 2000 ° C) elements (W; Ta; Mo, etc.), since their uniform melting is not ensured.

Поэтому задачей предлагаемого технического решения является создание такого способа ЭШН, который обеспечивал бы равномерное плавление наплавочных материалов, содержащих тугоплавкие компоненты.Therefore, the objective of the proposed technical solution is to create such a method of ESH, which would ensure uniform melting of surfacing materials containing refractory components.

Технический результат заключается в достижении эффекта равномерного плавления композиционных наплавочных материалов, содержащих тугоплавкие компоненты, за счет образования в шлаке, в зоне погружения неплавящегося полого электрода высокотемпературной области, в которой шлак нагрет до температуры кипения и интенсивно перемешивается.The technical result consists in achieving the effect of uniform melting of composite surfacing materials containing refractory components due to the formation in the slag, in the immersion zone of the non-consumable hollow electrode of a high-temperature region in which the slag is heated to boiling point and intensively mixed.

Технический результат достигается тем, что шлаковую ванну наводят в объеме, ограниченном наплавляемой поверхностью и секционным кристаллизатором, содержащим токоподводящую и формовочную секции, поддерживают температуру поверхности кристаллизатора выше температуры резкого повышения вязкости используемого шлака, осуществляют вращение шлаковой ванны, поддержание нижнего уровня шлаковой ванны на расстоянии не более толщины наплавляемого слоя от нижнего края токоподводящей секции и заданной величины сварочного тока. При этом электрошлаковую наплавку осуществляют за счет введения в шлаковую ванну подключенного к независимому источнику питания неплавящегося полого электрода, выполненного с конусом на рабочей части, на глубину, равную высоте конуса, с образованием в шлаковой ванне высокотемпературной области, размер которой ограничен 2-2,5 диаметрами упомянутого электрода, при этом через полость неплавящегося электрода в образовавшуюся высокотемпературную область подают наплавочный материал, а соотношение сварочного тока и тока, подаваемого на неплавящийся электрод, выбирают в пределах 1,3-2,0. Вращение шлаковой ванны осуществляют со скоростью 60-150 об/мин. Величину сварочного тока поддерживают в диапазоне 0,8-1,2 от Jном, где Jнoм - номинальное значение сварочного тока.The technical result is achieved by the fact that the slag bath is induced in the volume limited by the weld surface and the sectional mold containing the current supply and molding sections, the mold surface temperature is maintained above the temperature of a sharp increase in the viscosity of the slag used, the slag bath is rotated, the bottom level of the slag bath is maintained at a distance not more than the thickness of the deposited layer from the lower edge of the current-supplying section and a given value of the welding current. In this case, electroslag surfacing is carried out by introducing into the slag bath a non-consumable hollow electrode connected to an independent power source, made with a cone on the working part, to a depth equal to the height of the cone, with the formation of a high-temperature region in the slag bath, the size of which is limited to 2-2.5 the diameters of the said electrode, while through the cavity of the non-consumable electrode, surfacing material is fed into the formed high-temperature region, and the ratio of the welding current and the current supplied to The current electrode is selected in the range of 1.3-2.0. The rotation of the slag bath is carried out at a speed of 60-150 rpm The value of the welding current is maintained in the range of 0.8-1.2 from J nom , where J nom is the nominal value of the welding current.

Номинальный сварочный ток выбирается из интервала 200-350 А. За границами указанного интервала нарушается устойчивость ЭШН, что объясняется конструктивными особенностями СК и составом наплавочных материалов.The nominal welding current is selected from the interval 200-350 A. Outside the boundaries of the specified interval, ESH stability is violated, which is explained by the design features of the SC and the composition of the surfacing materials.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что расплавление наплавочного материала происходит за счет введения в шлаковую ванну запитанного от независимого источника питания неплавящегося полого электрода, в зоне погружения которого образуется высокотемпературная область в шлаке, где он нагрет до температуры кипения и интенсивно перемешивается. Образование такой высокотемпературной области в шлаковой ванне позволяет равномерно плавить композиционные присадочные материалы, содержащие компоненты с низкой и повышенной до 3500°С температурой плавления.A distinctive feature of the proposed method is that the melting of the surfacing material occurs due to the introduction of a non-consumable hollow electrode energized from an independent power source into the slag bath, in the immersion zone of which a high-temperature region is formed in the slag, where it is heated to boiling point and intensively mixed. The formation of such a high-temperature region in a slag bath makes it possible to uniformly melt composite filler materials containing components with a low and high melting point up to 3500 ° C.

Образующаяся высокотемпературная область в шлаковой ванне ограничена 2-2,5 диаметрами электрода и имеет температуру, в которой шлак нагрет до температуры кипения. Указанное обстоятельство обусловлено рядом факторов: глубиной погружения неплавящегося полого электрода, геометрической формой его рабочей части, соотношением сварочного тока и тока с неплавящегося полого электрода и электросопротивлением шлака. Увеличение размеров высокотемпературной области свыше 2,5D приводит к вскипанию и выплескам шлаковой ванны, а уменьшение ниже 2,0D непозволяет осуществить равномерное плавление наплавочного материала.The resulting high-temperature region in the slag bath is limited to 2-2.5 diameters of the electrode and has a temperature at which the slag is heated to a boiling point. This circumstance is due to a number of factors: the immersion depth of the non-consumable hollow electrode, the geometric shape of its working part, the ratio of the welding current and the current from the non-consumable hollow electrode and the slag electrical resistance. An increase in the size of the high-temperature region above 2.5 D leads to boiling and splashing of the slag bath, and a decrease below 2.0 D does not allow uniform melting of the surfacing material.

Величина погружения неплавящегося полого электрода hн в шлаковую ванну поддерживается постоянной и равна высоте конуса на его рабочей части.The immersion value of the non-consumable hollow electrode h n in the slag bath is maintained constant and equal to the height of the cone on its working part.

При конической форме торца электрода уменьшается площадь его активной поверхности, что позволяет получить повышенную плотность тока, и приводит к увеличению температуры шлака до температуры кипения в зоне погружения электрода, влияет на температурный градиент шлаковой ванны и определяет размеры в ней высокотемпературной области, в которой шлак нагрет до температуры кипения (около 3500°С для шлака АНФ-6).With the conical shape of the electrode end, the area of its active surface decreases, which allows an increased current density to be obtained, and leads to an increase in the slag temperature to the boiling point in the electrode immersion zone, affects the temperature gradient of the slag bath and determines the dimensions of the high-temperature region in which the slag is heated to boiling point (about 3500 ° С for ANF-6 slag).

Соотношение сварочного тока Jном в СК и тока с неплавящегося полого электрода Jн.э.-k1 находится в пределах 1,3-2,0 и поддерживается постоянным, что обусловливает образование высокотемпературной области в зоне погружения электрода. Увеличение этого соотношения более 2,0 не позволяет получить высокотемпературную область в шлаковой ванне. Уменьшение соотношения k1 менее 1,3 приводит к перегреву шлаковой ванны и выплескам.The ratio of the welding current J nom in the SC and the current from the non-consumable hollow electrode J AD -k 1 is in the range 1.3-2.0 and is kept constant, which leads to the formation of a high-temperature region in the immersion zone of the electrode. The increase in this ratio of more than 2.0 does not allow to obtain a high temperature region in the slag bath. The decrease in the ratio of k 1 less than 1.3 leads to overheating of the slag bath and splashes.

Сварочный ток при наплавке поддерживают в пределах k2=0,8-1,2 от Jном. Увеличение k2 более 1,2 ухудшает устойчивость процесса ЭШН и приводит к выплескам шлака, а уменьшение менее 0,8 вызывает рост гарнисажа у стенок СК, ведет к переохлаждению шлака и прекращению процесса наплавки.The welding current during surfacing is maintained within k 2 = 0.8-1.2 from J nom . An increase in k 2 of more than 1.2 impairs the stability of the ESH process and leads to slag outbursts, and a decrease of less than 0.8 causes an increase in the skull at the SC walls, leads to overcooling of the slag and termination of the surfacing process.

Нахождение соотношения k1 и k2 в указанных пределах обеспечивает надежное перемешивание шлаковой ванны и устойчивое существование высокотемпературной области.Finding the ratio of k 1 and k 2 within the specified limits ensures reliable mixing of the slag bath and the stable existence of the high-temperature region.

Вращение шлаковой ванны при наплавке осуществляют со скоростью 60-150 об/мин. Такая скорость вращения позволят увеличить время жизни капель жидкого металла в шлаковой ванне, благодаря чему более полно осуществляется металлургическая обработка металла. При уменьшении скорости вращения шлаковой ванны менее 60 об/мин уменьшается время пребывания капель в шлаке, в результате чего уменьшается продолжительность теплообмена на границе капля - шлак и воздействие шлака на процесс расплавления наплавочного материала снижается. Увеличение скорости вращения шлаковой ванны более чем 150 об/мин приводит к трансформации формы ее поверхности, частичному обнажению зеркала металлической ванны и нарушению устойчивости электрошлакового процесса по причине изменения соотношений k1 и k2.The rotation of the slag bath during surfacing is carried out at a speed of 60-150 rpm Such a rotation speed will increase the lifetime of liquid metal droplets in the slag bath, due to which metallurgical processing of the metal is carried out more fully. With a decrease in the speed of rotation of the slag bath of less than 60 rpm, the residence time of the droplets in the slag decreases, as a result of which the duration of heat transfer at the drop-slag interface decreases and the effect of slag on the process of melting of the surfacing material decreases. An increase in the speed of rotation of the slag bath of more than 150 rpm leads to a transformation of the shape of its surface, partial exposure of the mirror of the metal bath and a violation of the stability of the electroslag process due to changes in the ratios k 1 and k 2 .

При подаче в отверстие полого неплавящегося электрода наплавочного материала в образовавшуюся высокотемпературную область шлаковой ванны происходит его равномерное плавление, сопровождающееся образованием капель и их равномерным распределением по ее объему с последующим переносом в сварочную ванну.When filler material is fed into the hole of the non-consumable electrode into the formed high-temperature region of the slag bath, it melts uniformly, accompanied by the formation of droplets and their uniform distribution over its volume with subsequent transfer to the weld pool.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема электрошлаковой наплавки; на фиг.2 - схема расположения токоподвода в СК; на фиг.3 - микроструктура наплавленного металла, полученного по заявляемому способу; на фиг.4 - микроструктура наплавленного металла полученного на запредельных для заявляемого способа режимах.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a diagram of electroslag surfacing; figure 2 - arrangement of the current lead in the SC; figure 3 - the microstructure of the weld metal obtained by the present method; figure 4 - the microstructure of the weld metal obtained at the transcendental for the proposed method modes.

Способ реализуется следующим образом. Включается водяное охлаждение токоподводящей 1 и формовочной 2 секций СК, изолированных между собой прокладкой 3, для поддержания температуры поверхности кристаллизатора выше температуры резкого повышения вязкости используемого шлака. Для старта ЭШН заливают шлак в полость между изделием 4 и СК и подают начальное, повышенное в сравнение с номинальным, напряжение между токоподводящей секцией 1 и изделием 4 от основного источника питания 5. Количество шлака зависит от диаметра наплавляемого изделия, причем верхний уровень шлаковой ванны должен быть выше нижнего края токоподводящей секции на 15-20 мм. За счет протекания сварочного тока Jном через токоподводящую секцию 1, выполняющую функцию нерасходуемого электрода, поддерживается постоянной температура шлака, и так как в ней имеется технологический разъем 6, шлак начинает вращаться со скоростью 60-150 об/мин, обеспечивая тем самым равномерное распределение температуры по его объему. На вращение шлаковой ванны оказывает влияние место расположения токоподвода относительно технологического разъема 6, определяемое углом α (фиг.2), причем с увеличением угла α скорость вращения шлака увеличивается. С началом вращения шлака в полости токоподводящей секции 1 в центр поверхности шлаковой ванны 7 вводят полый неплавящийся электрод 8 с конусом на рабочей части на глубину, равную высоте конуса hп. Величину погружения hп поддерживают постоянной и в случае ее уменьшения доливают шлак до первоначального уровня. Неплавящийся полый электрод 8 запитан от независимого источника питания постоянного тока обратной полярности 9, при которой уменьшается эрозия электрода. Причем соотношение сварочного тока Jном и тока с неплавящегося электрода Jн.э. находятся в пределах 1,3-2,0. В зоне погружения неплавящегося полого электрода 8 образуется высокотемпературная область, ограниченная 2-2,5 диаметрами электрода, в которой шлак нагрет до температуры кипения. Затем в отверстие полого неплавящегося электрода 8 подают наплавочный материал 10 (композиционные стержни, проволоки, прутки, дробь, стружку и др.) в образовавшуюся высокотемпературную область шлаковой ванны. В ней благодаря обработке перегретым и интенсивно смешивающемся шлаком равномерно плавятся составляющие наплавочного материала 10 с разной, в том числе повышенной, температурой плавления. Процесс плавления наплавочного материала 10 сопровождается образованием капель и их равномерным распределением по объему шлаковой ванны 7 с последующим переносом в сварочную ванну 11. В процессе наплавки обеспечивают поддержание нижнего уровня шлаковой ванны на расстоянии hн (не более толщины наплавляемого слоя) от нижнего края токоподводящей секции. При уменьшении величины hн происходит короткое замыкание токоподводящей секции СК с наплавленным металлом 12. Это приводит к резкому увеличению сварочного тока Jном, нарушению соотношения k2 и прекращению электрошлакового процесса. В этом случае движение наплавляемого изделия ускоряется (скорость Vн увеличивается) с целью стабилизации величины hн. При увеличении величины hн плотность тока у стенок СК уменьшается, что приводит к уменьшению сварочного тока Jном и образованию гарнисажа у стенок токо-подводящей секции. Также нарушается соотношение k2, что ведет к неудовлетворительному формированию наплавленного металла. При этом скорость Vн замедляется для восстановления номинального режима наплавки.The method is implemented as follows. Water cooling of the current-supplying 1 and molding 2 sections of the SC, isolated by a gasket 3, is included to maintain the temperature of the mold surface above the temperature of a sharp increase in the viscosity of the slag used. To start ESHN, slag is poured into the cavity between the product 4 and SK and the initial voltage is increased in comparison with the nominal voltage between the current supply section 1 and product 4 from the main power source 5. The amount of slag depends on the diameter of the deposited product, and the upper level of the slag bath must be higher than the lower edge of the current-carrying section by 15-20 mm. Due to the flow of the welding current J nom through the current-supplying section 1, which functions as a non-consumable electrode, the slag temperature is kept constant, and since it has a process connector 6, the slag starts to rotate at a speed of 60-150 rpm, thereby ensuring uniform temperature distribution by its volume. The rotation of the slag bath is affected by the location of the current lead relative to the process connector 6, determined by the angle α (figure 2), and with increasing angle α, the speed of rotation of the slag increases. With the beginning of the rotation of the slag in the cavity of the current-carrying section 1, a hollow non-consumable electrode 8 is introduced into the center of the surface of the slag bath 7 with a cone on the working part to a depth equal to the height of the cone h p . The immersion value h p is kept constant, and if it decreases, the slag is added to the initial level. Non-consumable hollow electrode 8 is powered from an independent DC power supply of reverse polarity 9, at which the erosion of the electrode is reduced. Moreover, the ratio of the welding current J nom and the current from the non-consumable electrode J AD are in the range 1.3-2.0. In the immersion zone of the non-consumable hollow electrode 8, a high-temperature region is formed, limited by 2-2.5 diameters of the electrode, in which the slag is heated to boiling point. Then, surfacing material 10 (composite rods, wires, rods, shot, shavings, etc.) is fed into the hole of the hollow non-consumable electrode 8 into the formed high-temperature region of the slag bath. Thanks to the processing by overheated and intensively mixed slag, the components of the surfacing material 10 with a different, including elevated, melting temperature are evenly melted in it. The melting process of the surfacing material 10 is accompanied by the formation of droplets and their uniform distribution throughout the volume of the slag bath 7 with subsequent transfer to the weld pool 11. In the process of surfacing, the lower level of the slag bath is maintained at a distance of h n (not more than the thickness of the deposited layer) from the lower edge of the current-carrying section . With a decrease in the value of h n , a short circuit occurs in the current-carrying section of the SC with deposited metal 12. This leads to a sharp increase in the welding current J nom , violation of the ratio k 2 and termination of the electroslag process. In this case, the movement of the deposited product is accelerated (speed V n increases) in order to stabilize the value of h n . With an increase in h n, the current density at the SC walls decreases, which leads to a decrease in the welding current J nom and the formation of a skull at the walls of the current-supply section. The k 2 ratio is also violated, which leads to unsatisfactory formation of the weld metal. In this case, the speed V n is slowed down to restore the nominal deposition mode.

Пример 1.Example 1

Проводилась электрошлаковая наплавка торцов цилиндрической формы в СК. Для эксперимента были использованы заготовки диаметром 25 мм, изготовленные из стали 20. В качестве наплавочного материала использовали композиционный стержень диаметром 5 мм, состоящий из никелевой оболочки, в полость которой помещены порошки и проволоки из металлов с разной температурой плавления, порошки: А1, Тпл=660°С; Zr, Тпл=1750°С; проволоки: W, Тпл=3450°С; Та, Тпл=2996°С; Мо, Тпл=2625°С; Х20Н80 Тпл=1850°С.Electroslag surfacing of the ends of a cylindrical shape in SC was carried out. For the experiment, blanks with a diameter of 25 mm made of steel 20 were used. A composite rod with a diameter of 5 mm, consisting of a nickel shell, into the cavity of which powders and wires of metals with different melting points were used, was used as surfacing material: powders: A1, T pl = 660 ° C; Zr, T pl = 1750 ° C; wire: W, T PL = 3450 ° C; Ta, T pl = 2996 ° C; Mo, T pl = 2625 ° C; X20H80 T mp = 1850 ° C.

Для ЭШН на постоянном токе прямой полярности использовали флюс АНФ-6 (так как он является безокислительным, что предотвращает потерю компонентов плавящегося композиционного стержня в результате окисления), который предварительно расплавляли и заливали в полость между изделием и СК. Для защиты шлаковой ванны от атмосферы ее поверхность обдували аргоном. При старте ЭШН подавали начальное повышенное напряжение (~50 В) на токоподводящую секцию. Шлак в кристаллизатор заливали так, чтобы верхний уровень шлаковой ванны был выше нижнего края токоподводящей секции на 15-20 мм. За счет протекания сварочного тока (Iнoм=300 А) через токоподводящую секцию, выполняющую функцию нерасходуемого электрода, поддерживали постоянную температуру шлака, равную 1900°С при номинальном напряжении на нем 36 В. Максимальная скорость вращения шлака составляла 150 об/мин. С началом вращения шлака в полости токоподводящей секции в центр поверхности шлаковой ванны вводили полый неплавящийся электрод с наружным D=15 мм и внутренним d=6 мм диаметрами с конусом на рабочей части на глубину, равную высоте конуса hп=15 мм. Величину погружения hп=15 мм поддерживали постоянной и при уменьшении высоты шлаковой ванны шлак доливали до первоначального уровня. Неплавящийся полый электрод был запитан постоянным током обратной полярности от независимого источника питания, при этом величину тока Jн.э устанавливали равной (~190 А), чтобы удовлетворить соотношению k1=Jном/Jн.э.=1,6. Такое соотношение токов обусловливало образование высокотемпературной области, в которой шлак нагрет до температуры кипения (около 3500°С для шлака АНФ-6). Затем в отверстие полого неплавящегося электрода подавали композиционный стержень в образовавшуюся высокотемпературную область шлаковой ванны со скоростью Vп, близкой к скорости его плавления. В ней благодаря перегретому и интенсивно смешивающемуся шлаку равномерно со скоростью Vн=5 мм/с плавятся составляющие наплавочного материала с разной, в том числе повышенной, температурой плавления (см. таблицу). Характер структуры наплавленного металла однородный, с содержанием твердого раствора с упрочняющими фазами (фиг.3).For direct current ESH, an ANF-6 flux was used (since it is non-oxidizing, which prevents the loss of components of the melting composite rod as a result of oxidation), which were previously melted and poured into the cavity between the product and SC. To protect the slag bath from the atmosphere, its surface was blown with argon. At the start of the ESH, an initial increased voltage (~ 50 V) was applied to the current supply section. Slag was poured into the mold so that the upper level of the slag bath was 15-20 mm higher than the lower edge of the current-carrying section. Due to the flow of the welding current (I nom = 300 A) through the current-supplying section, which functions as a non-consumable electrode, a constant slag temperature of 1900 ° C was maintained at a nominal voltage of 36 V. The maximum slag rotation speed was 150 rpm. With the beginning of slag rotation in the cavity of the current-carrying section, a hollow non-consumable electrode with an outer D = 15 mm and an inner d = 6 mm diameter with a cone on the working part to a depth equal to the cone height h p = 15 mm was introduced into the center of the surface of the slag bath. The value of immersion h p = 15 mm was kept constant, and with decreasing height of the slag bath, the slag was added to the initial level. The non-consumable hollow electrode was powered by a direct current of reverse polarity from an independent power source, while the current value J N.E. was set equal (~ 190 A) to satisfy the ratio k 1 = J nom / J N.E. = 1.6. This current ratio led to the formation of a high-temperature region in which the slag is heated to a boiling point (about 3500 ° C for ANF-6 slag). Then, a composite rod was fed into the hole of the hollow non-consumable electrode into the formed high-temperature region of the slag bath with a velocity V p close to its melting rate. Due to overheated and intensively mixing slag, the components of the surfacing material with different, including elevated, melting points melt evenly with a speed of V n = 5 mm / s (see table). The nature of the structure of the weld metal is homogeneous, with a solid solution content with hardening phases (figure 3).

Пример 2.Example 2

В условиях эксперимента, аналогичных примеру 1, выполняли ЭШН при значениях k1 и k2, соответствующих нижним и верхним границам заявляемых соотношений. Полученные данные свидетельствуют, что процесс ЭШН устойчив, и, как видно из таблицы скорости плавления составляющих композиционного стержня, незначительно отличаются друг от друга, причем при значениях k1=1,3, k2=0,8 скорости плавления проволок из вольфрама и Х20Н80 выше оптимальной Vп, обуславливающей получение качественного наплавленного металла (W, Vп=5,l мм/с; Х20Н80, Vп=6,5 мм/с), а при значениях k1=2,0, k2=1,2 - ниже оптимальной Vп (W, Vп=4,8 мм/с; Х20Н80, Vп=4,9 мм/с). Структура наплавленного металла соответствует структуре, полученной в примере 1 (фиг.3).Under experimental conditions similar to example 1, ESN was performed at values of k 1 and k 2 corresponding to the lower and upper boundaries of the claimed ratios. The data obtained indicate that the ESH process is stable, and, as can be seen from the table of melting rates of the components of the composite rod, slightly differ from each other, and at values of k 1 = 1.3, k 2 = 0.8, the melting rate of tungsten and X20H80 wires higher than the optimal V p , causing the production of high-quality deposited metal (W, V p = 5, l mm / s; X20H80, V p = 6.5 mm / s), and with values of k 1 = 2.0, k 2 = 1 , 2 - below the optimal V p (W, V p = 4.8 mm / s; X20H80, V p = 4.9 mm / s). The structure of the deposited metal corresponds to the structure obtained in example 1 (figure 3).

Пример 3.Example 3

В условиях эксперимента, аналогичных примеру 1, выполняли ЭШН при значениях k1 и k2, находящихся за границами заявляемых соотношений. Полученные данные свидетельствуют, что процесс ЭШН устойчив, и, как видно из таблицы скорости плавления составляющих композиционного стержня, значительно отличаются друг от друга, причем при значениях k1=1,0, k2=0,7 скорости плавления всех проволок выше оптимальной Vп (W, Vп=6,8 мм/с; Та, Vп=7,4 мм/с; Мо, Vп=7,8 мм/с; Х20Н80, Vп=8,5 мм/с), а при значениях k1=3,0, k2=1,3 ниже оптимальной Vп (W, Vп=3,5 мм/с; Та, Vп=4,1 мм/с; Мо, Vп=4,5 мм/с; Х20Н80, Vп=4,7 мм/с). В структуре наплавленного металла содержатся не расплавившиеся компоненты композиционного стержня (фиг.4).Under experimental conditions similar to example 1, ESN was performed at values of k 1 and k 2 that are outside the boundaries of the claimed ratios. The data obtained indicate that the ESH process is stable, and, as can be seen from the table of the melting rate of the components of the composite rod, significantly differ from each other, and with values of k 1 = 1.0, k 2 = 0.7, the melting rate of all wires is higher than the optimal V p (W, V p = 6.8 mm / s; Ta, V p = 7.4 mm / s; Mo, V p = 7.8 mm / s; X20H80, V p = 8.5 mm / s) and with values of k 1 = 3.0, k 2 = 1.3 below the optimal V p (W, V p = 3.5 mm / s; Ta, V p = 4.1 mm / s; Mo, V p = 4.5 mm / s; X20H80, V p = 4.7 mm / s). The structure of the weld metal contains not melted components of the composite rod (figure 4).

Пример 4.Example 4

Выполняли ЭШН по способу, описанному в прототипе. Наплавочный материал подавали в шлаковую ванну и определяли скорость плавления составляющих. Результаты эксперимента показывают, что электрошлаковый процесс устойчив и при соотношении k2=0,9-1,1 наблюдается неравномерное плавление составляющих композиционного стержня (W, Vп=2,6 мм/с; Та, Vп=3,2 мм/с; Мо, Vп=3,7 мм/с; Х20Н80, Vп=4,6 мм/с). В этом случае скорости плавления значительно меньше оптимальной Vп (см. таблицу), а структура наплавленного металла соответствует структуре полученной в примере 3 (фиг.4).ESN was performed according to the method described in the prototype. Surfacing material was fed into the slag bath and the melting rate of the components was determined. The experimental results show that the electroslag process is stable and with a ratio of k 2 = 0.9-1.1, uneven melting of the components of the composite rod is observed (W, V p = 2.6 mm / s; Ta, V p = 3.2 mm / s; Mo, V p = 3.7 mm / s; X20H80, V p = 4.6 mm / s). In this case, the melting rate is much lower than the optimal V p (see table), and the structure of the deposited metal corresponds to the structure obtained in example 3 (figure 4).

Равномерность плавления составляющих композиционного стержня контролировали по характеру и последовательности расплавления компонентов стержня визуально и по характеру структуры наплавленного металла.The uniformity of melting of the components of the composite rod was controlled by the nature and sequence of melting of the components of the rod visually and by the nature of the structure of the deposited metal.

Сравнительные данные предлагаемого способа электрошлаковой наплавки малогабаритных торцов в сравнении с прототипом приведены в таблице, из которой следует, что заявляемый способ ЭШН характеризуется равномерностью плавления составляющих композиционного стержня с разной, в том числе повышенной, температурой плавления, однородной структурой, содержащей твердый раствор с упрочняющими фазами.Comparative data of the proposed method for electroslag surfacing of small-sized ends in comparison with the prototype are shown in the table, from which it follows that the inventive ESH method is characterized by uniform melting of the components of the composite rod with different, including elevated, melting points, a homogeneous structure containing a solid solution with hardening phases .

Figure 00000002
Figure 00000002

Использование предлагаемого способа электрошлаковой наплавки малогабаритных торцов дает в сравнении с известными способами электрошлаковой наплавки следующий технический результат:Using the proposed method of electroslag surfacing of small-sized ends gives in comparison with the known methods of electroslag surfacing the following technical result:

1. Возможность применять для ЭШН присадочные композиционные наплавочные материалы, содержащие тугоплавкие компоненты.1. The ability to apply filler composite filler materials for refractory materials containing refractory components.

2. Достижение равномерного плавления композиционных наплавочных материалов, содержащих тугоплавкие компоненты за счет образования в шлаке, в зоне погружения электрода высокотемпературной области, в которой шлак нагрет до температуры кипения и интенсивно смешивается.2. Achieving uniform melting of composite surfacing materials containing refractory components due to the formation in the slag, in the immersion zone of the electrode, of a high-temperature region in which the slag is heated to a boiling point and intensively mixed.

3. Возможность получить высокооднородный, хорошо металлургически обработанный наплавленный металл на поверхности малогабаритных торцов за счет увеличения времени пребывания капель металла в перегретом вращающемся шлаке.3. The ability to obtain a highly homogeneous, well metallurgically processed deposited metal on the surface of small-sized ends by increasing the residence time of metal droplets in superheated rotating slag.

Claims (3)

1. Способ электрошлаковой наплавки малогабаритных торцов изделий в вертикальном положении, включающий наведение шлаковой ванны в объеме, ограниченном наплавляемой поверхностью и секционным кристаллизатором, содержащим токоподводящую и формовочную секции, поддержание температуры поверхности кристаллизатора выше температуры резкого повышения вязкости используемого шлака, вращение шлаковой ванны, поддержание нижнего уровня шлаковой ванны на расстоянии не более толщины наплавляемого слоя от нижнего края токоподводящей секции и заданной величины сварочного тока, отличающийся тем, что электрошлаковую наплавку осуществляют за счет введения в шлаковую ванну подключенного к независимому источнику питания неплавящегося полого электрода, выполненного с конусом на рабочей части, на глубину, равную высоте конуса, с образованием в шлаковой ванне высокотемпературной области, размер которой ограничен 2÷2,5 диаметрами упомянутого электрода, при этом через полость неплавящегося электрода в образовавшуюся высокотемпературную область подают наплавочный материал, а отношение сварочного тока к току, подаваемому на неплавящийся электрод, выбирают в пределах 1,3÷2,0.1. The method of electroslag surfacing of small-sized ends of products in a vertical position, including pointing the slag bath in a volume limited by the surfaced surface and a sectional mold containing current-supplying and molding sections, maintaining the temperature of the mold surface above the temperature of a sharp increase in the viscosity of the slag used, rotating the slag bath, maintaining the lower the level of the slag bath at a distance of not more than the thickness of the deposited layer from the lower edge of the current-supplying section and rear welding current, characterized in that the electroslag surfacing is carried out by introducing into the slag bath connected to an independent power source a non-consumable hollow electrode made with a cone on the working part to a depth equal to the height of the cone, with the formation of a high-temperature region in the slag bath, size which is limited to 2 ÷ 2.5 diameters of the said electrode, while through the cavity of the non-consumable electrode in the formed high-temperature region serves surfacing material, and the ratio cooking current to the current supplied to the non-consumable electrode is selected within 1.3 ÷ 2.0. 2. Способ электрошлаковой наплавки по п.1, отличающийся тем, что вращение шлаковой ванны осуществляют со скоростью 60÷150 об/мин.2. The method of electroslag surfacing according to claim 1, characterized in that the rotation of the slag bath is carried out at a speed of 60 ÷ 150 rpm 3. Способ электрошлаковой наплавки по п.1, отличающийся тем, что величину сварочного тока поддерживют в диапазоне 0,8÷1,2 от Jном.3. The method of electroslag surfacing according to claim 1, characterized in that the value of the welding current is maintained in the range of 0.8 ÷ 1.2 from J nom .
RU2002130141/02A 2002-11-11 2002-11-11 Method for electroslag surfacing of small-size ends RU2232669C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002130141/02A RU2232669C1 (en) 2002-11-11 2002-11-11 Method for electroslag surfacing of small-size ends

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002130141/02A RU2232669C1 (en) 2002-11-11 2002-11-11 Method for electroslag surfacing of small-size ends

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002130141A RU2002130141A (en) 2004-05-27
RU2232669C1 true RU2232669C1 (en) 2004-07-20

Family

ID=33413228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002130141/02A RU2232669C1 (en) 2002-11-11 2002-11-11 Method for electroslag surfacing of small-size ends

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2232669C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1170812A (en) Apparatus for fine grain casting and fine grain casting method
CN105132705B (en) The method and device of vacuum magnetic control electric arc remelting refining metal
US6368375B1 (en) Processing of electroslag refined metal
US3650311A (en) Method for homogeneous refining and continuously casting metals and alloys
JP2011177792A (en) Method for producing hollow ingot, and production system therefor
CN108273980B (en) Method for producing composite roller by preheating consumable electrode electroslag remelting
US4305451A (en) Electroslag remelting and surfacing apparatus
JP5027682B2 (en) Method for producing refractory metal ingot
JP3949208B2 (en) Metal remelting method and apparatus used for manufacturing continuous casting
JP4762409B2 (en) Articles nucleated and cast from clean metal
RU2232669C1 (en) Method for electroslag surfacing of small-size ends
CN108251655A (en) A kind of smelting apparatus for improving electroslag remelting steel ingot Solidification Quality
CN109047685B (en) Method for preparing steel ingot
US4185682A (en) Electroslag remelting and surfacing apparatus
JPS6154097B2 (en)
JP3676781B2 (en) Method for producing a metal ingot or billet by melting an electrode in a conductive slag bath and apparatus for carrying out the same
RU2271267C1 (en) Large-size end faces electroslag surfacing method
CN108411120A (en) A method of improving electroslag remelting steel ingot Solidification Quality
RU2397851C1 (en) Electroslag hard-facing of flat surfaces
JPH0734987B2 (en) Method for producing directionally solidified ingot by electroslag remelting
JP2012228722A (en) Melting furnace for smelting metal
Sokolov et al. Electroslag surfacing of the end of mandrel rods of a tube‐piercing mill in a solidification mould
JP7406073B2 (en) Manufacturing method for titanium ingots
JPS6124105B2 (en)
JP2009167511A (en) Method for producing ingot by electroslag remelting process

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051112