RU2271267C1 - Large-size end faces electroslag surfacing method - Google Patents
Large-size end faces electroslag surfacing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2271267C1 RU2271267C1 RU2004119637/02A RU2004119637A RU2271267C1 RU 2271267 C1 RU2271267 C1 RU 2271267C1 RU 2004119637/02 A RU2004119637/02 A RU 2004119637/02A RU 2004119637 A RU2004119637 A RU 2004119637A RU 2271267 C1 RU2271267 C1 RU 2271267C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- slag
- slag bath
- electrodes
- current
- surfacing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии наплавки и специальной электрометаллургии и может быть использовано для ремонта изношенных и изготовления наплавкой крупногабаритных торцовых поверхностей деталей машин и инструментов.The invention relates to metallurgy of surfacing and special electrometallurgy and can be used to repair worn-out and manufacture by surfacing large-sized end surfaces of machine parts and tools.
Известен способ электрошлаковой наплавки (см. заявку №93041146, В 23 К 25/00, публ. 1996 г., Бюл. №29) с применением неплавящегося электрода и сыпучих присадочных материалов. В способе за счет вращения детали и кристаллизатора относительно его оси симметрии обеспечивается азимутальная близость статических и динамических характеристик теплового режима шлаковой ванны, снижается степень перегрева сыпучих наплавочных материалов при их подаче путем учета температурных полей и гидродинамики шлаковой ванны с неплавящимся электродом.A known method of electroslag surfacing (see application No. 93041146, 23 K 25/00, publ. 1996, bull. No. 29) using a non-consumable electrode and bulk filler materials. In the method, due to the rotation of the part and the mold relative to its axis of symmetry, the azimuthal proximity of the static and dynamic characteristics of the thermal regime of the slag bath is ensured, the degree of overheating of bulk surfacing materials when they are fed by reducing the temperature fields and the hydrodynamics of the slag bath with a non-consumable electrode is reduced.
Но этот способ ЭШН предусматривает плавление гранулированного наплавочного материала в низкотемпературном шлаке (Тпл до 2000°С) и получение в наплавленном металле композиционного сплава, содержащего нерасплавленные твердые частицы. В низкотемпературном шлаке невозможно равномерное расплавление композиционных порошковых проволок, стержней и других наплавочных материалов, содержащих тугоплавкие (Тпл до 3600°С) компоненты для получения однородного наплавленного металла и, соответственно, не достигается качественное его формирование на торцевых поверхностях не только мало-, но и крупногабаритных изделий.But this ESH method involves melting granular surfacing material in low-temperature slag ( Tm up to 2000 ° C) and obtaining a composite alloy containing unmelted solid particles in the deposited metal. In low-temperature slag, it is impossible to uniformly melt composite flux-cored wires, rods, and other surfacing materials containing refractory ( Tm up to 3600 ° С) components to obtain a homogeneous deposited metal and, accordingly, its qualitative formation on end surfaces is not only small, but and bulky products.
Известен способ электрошлаковой наплавки прокатных валков (см. патент Российской Федерации №2174153, В 23 К 25/00, публ. 2001 г.) В способе в токоподводящей секции кристаллизатора выполняют вертикальный паз, в котором устанавливают изолирующую прокладку, а токоподвод осуществляют от одного полюса источника питания к одному концу верхней токоподводящей секции на границе с пазом. К другому концу верхней токоподводящей секции на границе с пазом подключают один вывод токоограничивающего устройства, регулирующего величину тока, другой вывод которого подключают к верхнему торцу валка и поддерживают скорость вращения шлаковой ванны в установленных пределах. Это позволяет стабилизировать электрошлаковый процесс за счет более интенсивного перемешивания расплавленного металла в шлаковой ванне.A known method of electroslag surfacing of rolling rolls (see patent of the Russian Federation No. 2174153, 23 K 25/00, publ. 2001) In the method in the current-supplying section of the mold, a vertical groove is made in which an insulating gasket is installed, and the current-supplying is carried out from one pole power source to one end of the upper current-carrying section at the border with the groove. At the other end of the upper current-supplying section at the boundary with the groove, one terminal of the current-limiting device controlling the magnitude of the current is connected, the other terminal of which is connected to the upper end of the roll and the slag bath rotational speed is maintained within the established limits. This allows you to stabilize the electroslag process due to more intensive mixing of the molten metal in the slag bath.
При наплавке по такой схеме источником нагрева и поддержания шлаковой ванны в расплавленном и перегретом состоянии является только токоведущая секция кристаллизатора. В рассматриваемом процессе недостаточно тепловой мощности, вводимой в шлаковую ванну для ЭШН крупногабаритных торцевых поверхностей, и, чтобы увеличить ее, надо существенно повысить сварочный ток на токоведущей секции, при этом скорость вращения шлаковой ванны может выйти за установленные пределы, обуславливающие распределение температуры в объеме шлаковой ванны, и качественное протекание процесса нарушается.When surfacing according to this scheme, the source of heating and maintaining the slag bath in the molten and superheated state is only the current-carrying section of the mold. In the process under consideration, there is insufficient thermal power introduced into the slag bath for ESH of large-sized end surfaces, and in order to increase it, it is necessary to significantly increase the welding current at the current-carrying section, while the speed of rotation of the slag bath can go beyond the established limits that determine the temperature distribution in the slag volume baths, and the quality of the process is disrupted.
Наиболее близким к изобретению является способ электрошлаковой наплавки в токоподводящем кристаллизаторе (см. патент Российской Федерации №2139155, В 23 К 25/00, публ. 1999 г.). В нем 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 in a current-conducting mold (see patent of the Russian Federation No. 2139155, 23 K 25/00, publ. 1999). In it, the slag bath is induced in the volume limited by the weld surface and the sectional crystallizer containing the current supply and molding sections, the temperature of the mold surface 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.
При ЭШН в токоведущем кристаллизаторе торцов крупногабаритных цилиндров необходимо увеличивать объем шлаковой ванны до известных пределов. В этом случае тепловой мощности, вводимой в шлак одной токоведущей секцией, недостаточно для поддержания шлаковой ванны в расплавленном и перегретом состоянии. Весь объем шлаковой ванны нагрет неравномерно, из-за локального перегрева шлака, при этом как объем, так и температура металлической ванны уменьшаются. Это ухудшает металлургическую обработку металла ванны шлаком и приводит к дефектам в зоне сплавления основного металла с наплавленным. Увеличить тепловую мощность в шлаковой ванне можно увеличив ток на токоведущей секции. Но увеличение тока приводит к ухудшению тепловых условий работы токоведущего кристаллизатора, что приведет к резкому снижению вязкости используемого шлака и в конечном итоге обусловливает неудовлетворительное формирование наплавленного металла.When ESH in the current-carrying mold of the ends of large cylinders, it is necessary to increase the volume of the slag bath to known limits. In this case, the thermal power introduced into the slag by one current-carrying section is insufficient to maintain the slag bath in a molten and superheated state. The entire volume of the slag bath is heated unevenly due to local overheating of the slag, while both the volume and the temperature of the metal bath are reduced. This affects the metallurgical processing of the bath metal by slag and leads to defects in the fusion zone of the base metal with the weld. It is possible to increase the thermal power in the slag bath by increasing the current on the current-carrying section. But an increase in current leads to a deterioration in the thermal conditions of the current-carrying crystallizer, which will lead to a sharp decrease in the viscosity of the used slag and ultimately leads to unsatisfactory formation of the deposited metal.
Поэтому задачей предлагаемого технического решения является создание такого способа ЭШН, который обеспечивал бы качественное расплавление и формирование металла на поверхности крупногабаритных деталей.Therefore, the objective of the proposed technical solution is to create such an ESH method that would ensure high-quality melting and metal formation on the surface of large-sized parts.
Технический результат заключается в достижении качественного расплавления и формирования металла на поверхности крупногабаритных деталей за счет образования торообразного вращающегося высокотемпературного потока шлака, который обеспечивает равномерное выделение тепловой мощности в шлаковой ванне.The technical result consists in achieving high-quality melting and metal formation on the surface of large-sized parts due to the formation of a toroidal rotating high-temperature slag stream, which provides uniform heat output in the slag bath.
Технический результат достигается тем, что в способе электрошлаковой наплавки торцов цилиндрических изделий в вертикальном положении, включающем наведение шлаковой ванны в объеме, ограниченном наплавляемой поверхностью и секционным кристаллизатором, содержащем 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, в процессе электрошлаковой наплавки используют систему неплавящихся электродов, подключенных к независимому источнику питания, состоящую, по меньшей мере, из двух полых электродов, каждый из которых выполнен со сферической полостью на рабочей части, при этом их количество определяют из соотношения n=πDи/k, где n - количество неплавящихся полых электродов; Dи - диаметр изделия, мм; k - коэффициент, определяющий целое число полых электродов, располагают электроды по окружности, диаметр которой составляет половину диаметра изделия, на расстоянии l между их центрами, равном πD/n, где D - диаметр окружности, образованной центрами полых электродов, мм, систему полых электродов вводят в шлаковую ванну с началом ее вращения на глубину, равную радиусу сферы полости электрода, затем придают системе возвратно-поступательное перемещение с частотой f=30÷33 мин-1 и амплитудой А, равной 2Dπ/n, с образованием торообразного вращающегося высокотемпературного потока шлака, для обеспечения равномерного выделения тепловой мощности в шлаковой ванне, после чего подают через полость каждого неплавящегося электрода в образовавшуюся высокотемпературную область наплавочный материал.The technical result is achieved by the fact that in the method of electroslag surfacing of the ends of cylindrical products in a vertical position, including guidance of a slag bath in a volume limited by a fused 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, rotation slag bath, maintaining the lower level of the slag bath at a distance of not more than the thickness of the deposited layer t of the lower edge of the current-supplying section and the specified value of the welding current, in the process of electroslag surfacing use a system of non-consumable electrodes connected to an independent power source, consisting of at least two hollow electrodes, each of which is made with a spherical cavity on the working part, while their number is determined from the ratio n = πD and / k, where n is the number of non-consumable hollow electrodes; D and - the diameter of the product, mm; k is the coefficient that determines the integer number of hollow electrodes, the electrodes are arranged around a circle whose diameter is half the diameter of the product, at a distance l between their centers equal to πD / n, where D is the diameter of the circle formed by the centers of hollow electrodes, mm, a system of hollow electrodes introduced into the slag bath from the start of its rotation to a depth equal to the radius of the sphere cavity electrode, and then attach the system reciprocates at a frequency f = 30 ÷ 33 min -1 and the amplitude a equal 2Dπ / n, to form a toroidal rotary you okotemperaturnogo slag stream to provide uniform heat release capacity in the slag bath, and then fed through the lumen of each non-consumable electrode in the high temperature region formed filler.
Соотношение сварочного тока и тока, подаваемого на систему полых неплавящихся электродов, выбирают в пределах 0,50÷0,65.The ratio of the welding current and the current supplied to the system of hollow non-consumable electrodes is selected in the range 0.50 ÷ 0.65.
Вращение шлаковой ванны осуществляют со скоростью 30÷60 об/мин. Система полых неплавящихся электродов состоит по крайней мере из двух неплавящихся полых электродов, количество n их в системе связано с диаметром изделия Dи соотношением n=πDи/k. Коэффициент k, определенный экспериментально и равный 157, регламентирует минимальное и максимальное целое количество полых электродов, состоящих в системе для заявляемых пределов диаметров изделия. Вышеуказанное соотношение справедливо для ЭШН торцевых поверхностей деталей цилиндрической формы диаметром Dи=100÷250 мм. За границами приведенного интервала нарушается устойчивость ЭШН, что в случае превышения его верхней границы объясняется большими энергозатратами для поддержания шлака в перегретом и расплавленном состоянии, что нерационально, а при диаметрах изделия меньше 100 мм объем шлаковой ванны недостаточен для осуществления устойчивого ЭШН в связи с перегревом и выплесками шлака.The rotation of the slag bath is carried out at a speed of 30 ÷ 60 rpm The system of hollow non-consumable electrodes consists of at least two non-consumable hollow electrodes, the number n of them in the system is related to the product diameter D and the ratio n = πD and / k. The coefficient k, determined experimentally and equal to 157, governs the minimum and maximum integer number of hollow electrodes that are in the system for the claimed limits of product diameters. The above ratio is valid for ESHN end surfaces of parts of cylindrical shape with a diameter of D and = 100 ÷ 250 mm Beyond the boundaries of the above interval, ESH stability is violated, which, if its upper limit is exceeded, is explained by high energy consumption to maintain the slag in an overheated and molten state, which is irrational, and when the product diameters are less than 100 mm, the volume of the slag bath is insufficient to achieve a stable ESH due to overheating and splash of slag.
Для создания равномерно распределенного теплового поля в шлаковой ванне электроды располагают по окружности, диаметр D которой составляет половину диаметра изделия, на расстоянии l между их центрами, равном πD/n. Такое расстояние выбрано исходя из условия гарантированного перекрытия высокотемпературных областей в шлаковой ванне, образующихся в зоне погружения полых электродов, при их возвратно-поступательном перемещении с частотой f=30÷33 мин-1 и амплитудой А=2Dπ/n. При описанных выше условиях использование одного полого электрода нецелесообразно, так как вращение шлака приводит к перераспределению тепла от СК, а распределить тепловую мощность, выделившуюся в зоне погружения полого электрода, по объему шлаковой ванны возможно только при очень большой частоте f, что приводит к нарушению процесса ЭШН. При возвратно-поступательном перемещении с частотой 30÷33 мин-1 наблюдается качественное формирование наплавленного металла на изделие, выплески шлаковой ванны отсутствуют. С уменьшением частоты менее 30 мин-1 однородное тепловое поле в шлаковой ванне не образуется. Превышение частоты 33 мин-1 чрезмерно повышает скорость вращение шлака, что приводит к нарушению уровня шлаковой ванны в кристаллизаторе и как следствие изменению глубины погружения полых электродов, что не позволяет вести процесс ЭШН.To create a uniformly distributed thermal field in the slag bath, the electrodes are arranged around a circle, the diameter D of which is half the diameter of the product, at a distance l between their centers equal to πD / n. This distance is selected based on the conditions of guaranteed overlap of high-temperature areas in the slag bath formed in the immersion zone of the hollow electrodes when they are reciprocating with a frequency f = 30 ÷ 33 min -1 and amplitude A = 2Dπ / n. Under the conditions described above, the use of a single hollow electrode is impractical, since the rotation of the slag leads to the redistribution of heat from the SC, and it is possible to distribute the heat power released in the immersion zone of the hollow electrode through the volume of the slag bath only at a very high frequency f, which leads to disruption of the process ESHN. When reciprocating with a frequency of 30 ÷ 33 min -1 there is a qualitative formation of deposited metal on the product, there are no splashes of the slag bath. With a decrease in frequency of less than 30 min -1, a uniform thermal field is not formed in the slag bath. Exceeding the frequency of 33 min -1 excessively increases the speed of the slag rotation, which leads to a violation of the level of the slag bath in the mold and, as a result, a change in the immersion depth of the hollow electrodes, which does not allow the ESH process.
При определении необходимого количества полых электродов получившееся значение округляют до ближайшего целого числа. Диаметр электрода и диаметр отверстия в нем выбирают из расчета получения плотности тока на сферической полости его рабочей части в пределах 8÷12 А/мм2. Значения плотности тока менее 8 А/мм2 недостаточны для образования высокотемпературной области в зоне погружения полого электрода, а при плотностях тока, превышающих 12 А/мм2, велика вероятность электрохимического растворения рабочей части графитового электрода, что приводит к повышенному содержанию углерода в наплавленном металле.When determining the required number of hollow electrodes, the resulting value is rounded to the nearest integer. The diameter of the electrode and the diameter of the hole in it are selected based on the calculation of the current density on the spherical cavity of its working part within 8 ÷ 12 A / mm 2 . Values of a current density of less than 8 A / mm 2 are insufficient for the formation of a high-temperature region in the immersion zone of the hollow electrode, and at current densities exceeding 12 A / mm 2 , the probability of electrochemical dissolution of the working part of the graphite electrode is high, which leads to an increased carbon content in the deposited metal .
Повысить скорость расплавления электронейтральных наплавочных материалов, в том числе и композиционных, в высокотемпературной области можно, если увеличить время их контакта с перегретым шлаком. Это достигается за счет придания торцу рабочей части электрода формы сферической полости, что приводит к очень высокой концентрации линий тока в ней и обусловливает в этой области максимальную температуру шлака, что позволяет наиболее эффективно использовать его теплоту. В этом случае размер высокотемпературной области, температура шлака в которой более 2200°С, находится в зависимости от диаметра полого неплавящегося электрода Dэ в пределах (2,0Dэ÷2,5Dэ), но зона с максимальными температурами располагается в сферической полости электрода. Радиус сферической полости принимали равным радиусу полого электрода, что соответствует изотерме с максимальной температурой, определенной экспериментально. При таких размерах сферической полости токораспределение в ней обусловливает максимальный нагрев шлака. Попадая в сферическую полость электрода, наплавочные материалы уже на этом этапе интенсивно расплавляются и далее переходят в шлак в виде однородного расплава металлических капель.It is possible to increase the melting rate of electrically neutral surfacing materials, including composite ones, in the high-temperature region, if their contact time with superheated slag is increased. This is achieved by giving the end of the working part of the electrode the shape of a spherical cavity, which leads to a very high concentration of streamlines in it and determines the maximum temperature of the slag in this region, which makes it possible to use its heat most effectively. In this case, the size of the high-temperature region, the slag temperature of which is more than 2200 ° C, depends on the diameter of the hollow non-consumable electrode D e (2.0D e ÷ 2.5D e ), but the zone with maximum temperatures is located in the spherical cavity of the electrode . The radius of the spherical cavity was taken equal to the radius of the hollow electrode, which corresponds to an isotherm with a maximum temperature determined experimentally. With such dimensions of the spherical cavity, the current distribution in it determines the maximum heating of the slag. Once in the spherical cavity of the electrode, the surfacing materials already at this stage intensively melt and then go into slag in the form of a uniform melt of metal droplets.
Нахождение соотношения сварочного тока и тока, подаваемого на систему неплавящихся электродов, в пределах 0,50÷0,65 и с вращением шлаковой ванны со скоростью 30÷60 об/мин обеспечивается малое давление пордеромоторных сил на поверхность металлической ванны, что приводит к прямолинейной форме фронта кристаллизации.Finding the ratio of the welding current and the current supplied to the system of non-consumable electrodes, in the range 0.50 ÷ 0.65 and with the rotation of the slag bath at a speed of 30 ÷ 60 rpm, provides a small pressure pderomotor forces on the surface of the metal bath, which leads to a rectilinear shape crystallization front.
Соотношение сварочного тока и тока, подаваемого на систему полых неплавящихся электродов, изменяется в пределах 0,50÷0,65 для заявляемого диапазона диаметров изделия согласно фиг.3. Увеличение соотношения более 0,65 не позволяет получить достаточную тепловую мощность в шлаковой ванне. Уменьшение соотношения менее 0,50 приводит к перегреву шлаковой ванны, выплескам и неравномерному давлению пордеромоторных сил на поверхность металлической ванны и, как следствие, приводит к ухудшению формирования наплавленного металла.The ratio of the welding current and the current supplied to the system of hollow non-consumable electrodes varies between 0.50 ÷ 0.65 for the claimed range of product diameters according to Fig.3. The increase in the ratio of more than 0.65 does not allow to obtain sufficient thermal power in the slag bath. A decrease in the ratio of less than 0.50 leads to overheating of the slag bath, splashes and uneven pressure of pderomotor forces on the surface of the metal bath and, as a result, leads to a deterioration in the formation of deposited metal.
При уменьшении скорости вращения шлаковой ванны менее 30 об/мин ухудшаются условия равномерного выделения тепловой мощности в шлаковой ванне, время пребывания капель в шлаке сокращается, в результате чего уменьшается продолжительность теплообмена на границе капля - шлак и как следствие интенсивность металлургического воздействия шлака на процесс расплавления композиционного наплавочного материала снижается. Увеличение скорости вращения шлаковой ванны более чем 60 об/мин приводит к кратерообразной форме ее поверхности, что нарушает устойчивость электрошлакового процесса по причине изменения глубины погружения в шлак системы полых неплавящихся электродов.With a decrease in the speed of rotation of the slag bath below 30 rpm, the conditions for uniform heat release in the slag bath become worse, the residence time of the droplets in the slag is reduced, as a result of which the duration of heat transfer at the drop-slag interface decreases and, as a result, the intensity of the metallurgical effect of the slag on the melting of the composite surfacing material is reduced. An increase in the speed of rotation of the slag bath of more than 60 rpm leads to a crater-like shape of its surface, which violates the stability of the electroslag process due to a change in the depth of immersion in the slag of the system of hollow non-consumable electrodes.
На основании изучения теплофизических условий работы секционного кристаллизатора на физической модели установлено, что существование торообразного высокотемпературного потока в шлаковой ванне обусловлено взаимным перекрытием высокотемпературных областей и взаимодействием тепловых потоков, образующихся как в зоне погружения полого неплавящегося электрода, так и в пристенной области токоведущей секции кристаллизатора (фиг.1). С возникновением такого торообразного потока во вращающемся шлаке достигается равномерное выделение тепловой мощности в шлаковой ванне (фиг.2), что дает возможность при небольшом проплавлении получить близкое к вертикальному направленное расположение равноосных кристаллитов, способствует более полному рафинированию металла и позволяет увеличить его износостойкость.Based on a study of the thermophysical operating conditions of the sectional mold on a physical model, it was established that the existence of a toroidal high-temperature flow in a slag bath is due to the mutual overlap of high-temperature regions and the interaction of heat fluxes generated both in the immersion zone of the hollow non-consumable electrode and in the wall region of the current-carrying section of the mold (Fig. .one). With the occurrence of such a toroidal flow in a rotating slag, a uniform release of heat power in the slag bath is achieved (Fig. 2), which makes it possible to obtain a close to vertical directional arrangement of equiaxed crystallites with a small penetration, contributes to a more complete refining of the metal and allows to increase its wear resistance.
Капли с плавящихся металлических наплавочных материалов, попадая в быстродвижущийся высокотемпературный поток, интенсивно перемешиваются, время их пребывания в шлаковой ванне увеличивается, а следовательно, повышается и степень полноты протекания реакций на границе раздела шлак - металл. В результате длительного взаимодействия фаз достигается максимальная степень приближения к равновесному состоянию системы, при котором металлургические реакции проходят до конца.Drops from melting metal surfacing materials falling into a fast-moving high-temperature stream are intensively mixed, their residence time in the slag bath increases, and, consequently, the degree of completeness of reactions at the slag-metal interface increases. As a result of prolonged interaction of the phases, a maximum degree of approximation to the equilibrium state of the system is achieved, in which metallurgical reactions pass to the end.
Вращающаяся шлаковая ванна за счет сил трения сообщает вращение металлической ванне, что позволяет равномерно распределить капли по объему расплава и получить при последовательном их растворении высокооднородный по химическому составу наплавленный металл.A rotating slag bath, due to friction forces, rotates a metal bath, which makes it possible to evenly distribute droplets throughout the melt volume and to obtain a weld metal highly uniform in chemical composition during their subsequent dissolution.
Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 изображена модель плавления композиционного стержня. На фиг.2 изображено распределение температур в шлаковой ванне. На фиг.3 изображена диаграмма соотношения сварочного тока и тока на системе полых электродов.Figure 1 shows the melting model of the composite rod. Figure 2 shows the temperature distribution in the slag bath. Figure 3 shows a diagram of the ratio of welding current and current on a system of hollow electrodes.
На фиг.4 изображена микроструктура зоны сплавления наплавленного металла с изделием, полученная по заявляемому способу (×500).Figure 4 shows the microstructure of the zone of fusion of the weld metal with the product obtained by the present method (× 500).
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 источника питания 5. Количество шлака зависит от диаметра наплавляемого изделия, причем верхний уровень шлаковой ванны находится выше нижнего края токоподводящей секции на 20÷30%. В момент, когда высота шлака перекрывает изолятор и достигает 20÷30% высоты токоведущей секции, возникает электрошлаковый процесс. Для обеспечения вращения шлака в горизонтальной плоскости искажают круговое магнитное поле в СК посредством преломления магнитно-силовых линий в разрезанной токоведущей секции. За счет протекания сварочного тока Jном через токоподводящую секцию 1, выполняющую функцию нерасходуемого электрода, поддерживается электрошлаковый процесс. Перед введением в шлаковую ванну 6 полые электроды 7 в количестве, определяемом соотношением n=πDn/k, располагают по окружности, диаметр которой составляет половину диаметра изделия, с расстоянием l между их центрами, равным πD/n. С началом вращения шлака со скоростью 30÷60 об/мин в полости токоподводящей секции 1 в шлаковую ванну 6 вводят систему неплавящихся полых электродов 7, имеющих сферическую полость на рабочей части, на глубину, равную радиусу сферы hп. Величину погружения hп поддерживают постоянной и в случае ее уменьшения доливают шлак до первоначального уровня. Система, состоящая из неплавящихся полых электродов 7 запитана от источника постоянного тока 8. Соотношение сварочного тока Jном и тока с системы неплавящихся электродов Jнэ выбирают в зависимости от диаметра изделия в пределах 0,50÷0,65 (фиг.3). В зоне погружения каждого неплавящегося полого электрода образуется высокотемпературная область, в которой шлак нагрет до температуры кипения. Затем системе полых электродов 7 придают возвратно-вращательное перемещение с частотой f=30÷33 мин-1 и амплитудой А=2πD/n. Образующийся при этом торообразный вращающийся высокотемпературный поток шлака 9 (фиг.1) обеспечивает равномерное выделение тепловой мощности в шлаковой ванне (фиг.2). После чего в полости неплавящихся электродов 7 подают наплавочный материал 10 (композиционные стержни, проволоки, прутки, дробь, стружку и др.) в образовавшуюся высокотемпературную область шлаковой ванны. Капли 11 с плавящихся металлических наплавочных материалов, попадая в быстродвижущийся высокотемпературный поток 9, интенсивно перемешиваются, время их пребывания в шлаковой ванне 6 увеличивается, что позволяет им равномерно распределиться и по объему расплава металлической ванны 12.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 SC and the initial voltage is increased in comparison with the nominal voltage between the current-supplying section 1 and product 4 from the power source 5. The amount of slag depends on the diameter of the deposited product, and the upper level of the slag bath is higher the lower edge of the current-carrying section by 20 ÷ 30%. At the moment when the slag height overlaps the insulator and reaches 20–30% of the height of the current-carrying section, an electroslag process occurs. To ensure the rotation of the slag in a horizontal plane, a circular magnetic field in the SC is distorted by the refraction of magnetic lines of force in a cut current-carrying section. Due to the flow of welding current J nom through the current-supplying section 1, which performs the function of a non-consumable electrode, the electroslag process is supported. Before introducing into the slag bath 6, the hollow electrodes 7 in an amount determined by the ratio n = πDn / k are arranged around a circle whose diameter is half the diameter of the product, with a distance l between their centers equal to πD / n. With the beginning of slag rotation at a speed of 30 ÷ 60 rpm in the cavity of the current-carrying section 1, a system of non-consumable hollow electrodes 7 having a spherical cavity on the working part is introduced into the slag bath 6 to a depth equal to the radius of the sphere h p . The immersion value h p is kept constant, and if it decreases, the slag is added to the initial level. The system consisting of non-consumable hollow electrodes 7 is powered from a direct current source 8. The ratio of the welding current J nom and the current from the system of non-consumable electrodes J ne is selected depending on the diameter of the product within 0.50 ÷ 0.65 (Fig. 3). In the immersion zone of each non-consumable hollow electrode, a high-temperature region is formed in which the slag is heated to boiling point. Then, the system of hollow electrodes 7 is provided with a reverse-rotational movement with a frequency f = 30 ÷ 33 min -1 and an amplitude A = 2πD / n. The resulting toroidal rotating high-temperature slag stream 9 (FIG. 1) provides uniform heat release in the slag bath (FIG. 2). Then, in the cavity of non-consumable electrodes 7, surfacing material 10 (composite rods, wires, rods, shot, shavings, etc.) is supplied to the formed high-temperature region of the slag bath. Drops 11 from melting metal surfacing materials falling into the fast-moving high-temperature stream 9 are intensively mixed, their residence time in the slag bath 6 increases, which allows them to be evenly distributed over the melt volume of the metal bath 12.
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 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, образованию шлакового гарнисажа у стенок токоподводящей секции и ведет к неудовлетворительному формированию наплавленного металла. При этом скорость Vн замедляется для восстановления номинального режима наплавки.During the surfacing process, 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 and the 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 , the formation of a slag skull at the walls of the current-supplying section and leads to unsatisfactory formation of the deposited metal. In this case, the speed V n is slowed down to restore the nominal deposition mode.
Пример.Example.
Проводилась электрошлаковая наплавка торцов цилиндрической формы в СК. ЭШН на подложку диаметром 125 мм из стали 20 вели на флюсе АНФ-6, который предварительно расплавляли и заливали в полость между изделием и СК. Токоведущую секцию СК и систему полых электродов запитывали независимо, от двух источников постоянного тока. В качестве наплавочного материала использовали электронейтральный композиционный присадочный стержень (КПС). Диаметр КПС 5 мм, он состоит из трубчатой (никель НП-2) оболочки, в которой размещены проволоки из технически чистых молибдена, вольфрама, тантала, а также нихрома НП-Х20Н80Т и шихты из смеси металлических порошков алюминия, циркония, борида молибдена и графита марки ГСП.Electroslag surfacing of the ends of a cylindrical shape in SC was carried out. ESH on a substrate with a diameter of 125 mm from steel 20 were conducted on an ANF-6 flux, which was previously melted and poured into the cavity between the product and SC. The current-carrying section of the SC and the system of hollow electrodes were fed independently from two sources of direct current. An electrically neutral composite filler rod (KPS) was used as a surfacing material. The diameter of the KPS is 5 mm; it consists of a tubular (nickel NP-2) sheath, in which wires of technically pure molybdenum, tungsten, tantalum, as well as nichrome NP-X20H80T and a mixture of a mixture of metal powders of aluminum, zirconium, molybdenum boride and graphite are placed GSP brands.
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 20-30%. За счет протекания сварочного тока Jном=525 А через токоподводящую секцию поддерживали электрошлаковый процесс при номинальном напряжении на шлаковой ванне 40 В. Максимальная скорость вращения шлака составляла 60 об/мин. Перед введением в шлаковую ванну системы из трех полых графитовых электродов их располагали по окружности, диаметр которой составлял 62,5 мм, а расстояние между их центрами по окружности соответственно 65,5 мм. С началом вращения шлака в полости токоподводящей секции в шлаковую ванну вводили систему полых неплавящихся электродов с наружным Dэ=15 мм и внутренним d=6 мм диаметрами, имеющих сферическую полость на рабочей части, на глубину, равную радиусу сферы hп=7,5 мм. Величину погружения hп=7,5 мм поддерживали постоянной и при уменьшении высоты шлаковой ванны шлак доливали до первоначального уровня. Ток, подаваемый на систему полых электродов Jнэ устанавливали для заданного диаметра изделия равным 875 А, чтобы удовлетворить соотношению Jном/Jнэ=0,60. Затем системе полых электродов придавали возвратно-поступательное перемещение с частотой 31 мин-1 и амплитудой, равной 2πD/n=131 мм. Это обусловливало образование торообразного вращающегося высокотемпературного потока шлака, обеспечивающего равномерное выделение тепловой мощности в шлаковой ванне (см. таблицу). После чего в полости неплавящихся электродов в образовавшуюся высокотемпературную область шлаковой ванны подавали КПС, со скоростью Vп=5 мм/с. В процессе наплавки поддерживали нижний уровень шлаковой ванны на расстоянии hн=15 мм. Исследованиями структуры хорошо сформированного наплавленного металла установлено, что в нем и в металле переходной зоны отсутствуют сварочные дефекты в виде горячих и холодных трещин, нет микропор и шлаковых включений (фиг.4).To protect the slag bath from the atmosphere, its surface was blown with argon. At the start of the ESH, an initial increased voltage of 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 20-30% higher than the lower edge of the current-carrying section. Due to the flow of the welding current J nom = 525 A through the current supply section, the electroslag process was maintained at a rated voltage of 40 V on the slag bath. The maximum speed of slag rotation was 60 rpm. Before introducing systems of three hollow graphite electrodes into the slag bath, they were arranged in a circle, the diameter of which was 62.5 mm, and the distance between their centers in the circle was 65.5 mm, respectively. With the beginning of slag rotation in the cavity of the current-carrying section, a system of hollow non-consumable electrodes with an external D e = 15 mm and an internal d = 6 mm diameters having a spherical cavity on the working part to a depth equal to the radius of the sphere h p = 7.5 was introduced into the slag bath. mm The immersion value h p = 7.5 mm was kept constant, and with decreasing height of the slag bath, the slag was added to the initial level. The current supplied to the system of hollow electrodes J ne was set for a given diameter of the product equal to 875 A in order to satisfy the ratio J nom / J ne = 0.60. Then a reciprocating movement was imparted to the hollow electrode system with a frequency of 31 min −1 and an amplitude of 2πD / n = 131 mm. This led to the formation of a toroidal rotating high-temperature slag stream, providing uniform heat release in the slag bath (see table). Then, in the cavity of non-consumable electrodes, KPS was fed into the formed high-temperature region of the slag bath at a speed of V p = 5 mm / s. During the deposition process, the lower level of the slag bath was maintained at a distance of h n = 15 mm. Studies of the structure of a well-formed deposited metal revealed that there are no welding defects in the form of hot and cold cracks in it and in the metal of the transition zone, there are no micropores and slag inclusions (Fig. 4).
Влияние параметров заявляемого способа на распределение температуры в шлаковой ванне.Table
The influence of the parameters of the proposed method on the temperature distribution in the slag bath.
Равномерность выделения тепловой мощности оценивали по распределению температуры в шлаковой ванне. Температуру контролировали вольфрам-молибденовыми и вольфрам-рениевыми термопарами (ВР 10/20) с записью результатов на многоканальном потенциометре КСП-4. Для защиты спая термопар использовали керамические и графитовые колпачки.The uniformity of heat output was evaluated by the temperature distribution in the slag bath. The temperature was controlled by tungsten-molybdenum and tungsten-rhenium thermocouples (BP 10/20) with recording the results on a multi-channel potentiometer KSP-4. To protect the thermocouple junction, ceramic and graphite caps were used.
Сравнительные данные предлагаемого способа электрошлаковой наплавки в сравнении с прототипом приведены в таблице, из которой следует, что заявляемый способ ЭШН характеризуется равномерным выделением тепловой мощности в объеме шлаковой ванны и близкой к прямолинейной форме условной линии сплавления наплавленного металла с изделием.Comparative data of the proposed method of electroslag surfacing in comparison with the prototype are shown in the table, from which it follows that the inventive ESH method is characterized by a uniform release of thermal power in the volume of the slag bath and a conditional line of fusion of the weld metal with the product that is close to the rectilinear form.
Использование предлагаемого способа электрошлаковой наплавки дает в сравнении с известными способами электрошлаковой наплавки следующий технический результат:Using the proposed method of electroslag surfacing gives in comparison with known methods of electroslag surfacing the following technical result:
1. Обеспечение равномерного выделения тепловой мощности в шлаковой ванне за счет образования торообразного вращающегося высокотемпературного потока шлака.1. Ensuring uniform release of thermal power in the slag bath due to the formation of a toroidal rotating high-temperature slag stream.
2. Возможность равномерного расплавления композиционных наплавочных материалов с компонентами, имеющими разную температуру плавления, и качественного формирования наплавленного металла на торцевых поверхностях цилиндрических изделий диаметром 100÷250 мм.2. The possibility of uniform melting of composite surfacing materials with components having different melting points, and high-quality formation of deposited metal on the end surfaces of cylindrical products with a diameter of 100 ÷ 250 mm
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004119637/02A RU2271267C1 (en) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | Large-size end faces electroslag surfacing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004119637/02A RU2271267C1 (en) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | Large-size end faces electroslag surfacing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2271267C1 true RU2271267C1 (en) | 2006-03-10 |
Family
ID=36116123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004119637/02A RU2271267C1 (en) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | Large-size end faces electroslag surfacing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2271267C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2514245C1 (en) * | 2012-12-24 | 2014-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Device for electroslag hard-facing |
-
2004
- 2004-06-28 RU RU2004119637/02A patent/RU2271267C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2514245C1 (en) * | 2012-12-24 | 2014-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Device for electroslag hard-facing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4261412A (en) | Fine grain casting method | |
| CN104827007B (en) | The continuous casting preparation method of large-scale uniform formation's alloy pig and magnetic control electro-slag continuous casting device | |
| US3829538A (en) | Control method and apparatus for the production of powder metal | |
| US6368375B1 (en) | Processing of electroslag refined metal | |
| JP6161533B2 (en) | Titanium continuous casting machine | |
| US4305451A (en) | Electroslag remelting and surfacing apparatus | |
| JP2011177792A (en) | Method for producing hollow ingot, and production system therefor | |
| CN106141189B (en) | A kind of surface modifying method of discharge plasma sintering amorphous alloy coating | |
| RU2271267C1 (en) | Large-size end faces electroslag surfacing method | |
| RU2536561C1 (en) | Method to control electric arc during vacuum-arc remelting | |
| Qi et al. | Analysis of external and internal defects of molybdenum deposited via wire arc additive manufacturing | |
| JPS58197232A (en) | Method and device for producing composite steel ingot | |
| US4185682A (en) | Electroslag remelting and surfacing apparatus | |
| RU2008149292A (en) | METHOD FOR PRODUCING SPHERICAL GRANULES OF HEAT-RESISTANT AND CHEMICALLY ACTIVE METALS AND ALLOYS, DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION AND DEVICE FOR MANUFACTURE OF THE ORIGINAL CONSUMPABLE PREPARATION FOR IMPLEMENTATION OF THE METHOD | |
| JP6994392B2 (en) | Ingot made of an alloy containing titanium as the main component, and its manufacturing method | |
| 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 | |
| RU2232669C1 (en) | Method for electroslag surfacing of small-size ends | |
| RU2397851C1 (en) | Electroslag hard-facing of flat surfaces | |
| JPS63235062A (en) | Production of orientated solidified cast ingot by electro slag remelting | |
| US3586749A (en) | Method for the electroslag welding and building up of metals and alloys | |
| CN113667831B (en) | Electroslag remelting device and method for refining electroslag ingot solidification structure through dual power supply coupling | |
| SU435288A1 (en) | METHOD OF OBTAINING BIMETALLIC SLITECKS OF ENOERTO | |
| GB1568746A (en) | Electrosing remelting and surfacing apparatus | |
| RU2174153C1 (en) | Method of electroslag facing of rolls | |
| CN114700481B (en) | Device and method for refining ingot tissue and improving surface quality of ingot |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060629 |