SE430666B - Forfarande for elektroslaggsvetsning - Google Patents

Description

15 20 25 50 35 RO 8201219-6 som skall svetsas, fyller en inloppskokill och en spalt mellan kanterna med den smälta metallen och därefter avlägsnar ett in- loppsgöthuvud. Vid detta svetsförfarande förblir elektrodens smälthastighet konstant samtidigt som man alstrar slaggbadet, smälter elektroden och de kanter, som skall svetsas, och fyller inloppskokillen och spalten mellan kanterna, om de elektriska svetsningsparametrarna är konstanta.

Ett dylikt förfarande tillgodoser icke någon garanterad genom- smältning av de kanter, som skall svetsas, i en undre del av den svets, som formas, vilket leder till att svetsens resistans blir högre. Att kunna dels säkerställa en garanterad genomsmältning av de kanter, som skall svetsas, i svetsens undre del och dels framställa svetsar med låg resistans kräver en avsevärd upp- värmningstid för slaggbadet till arbetstemperaturer, vilken vid svetsning av exmepelvís aluminium utgör 3-5 min.

Med uttrycket "arbetstemperaturer" förstås här och fortsätt- ningsvis ett temperaturområde, inom vilket elektroslaggsvetsningen är stabil och svetsen får hög kvalitet.

För att vid detta kända förfarande uppvärma slaggbadet till arbetstemperaturerna fordras inloppskokiller med stor längd, vilket medför en alltför hög förbrukning av elektrodmaterialet.

Sedan svetsen framställts medelst det kända förfarandet, av- lägsnas inloppsgöthuvudet genom mekanisk skärning, bågskärníng eller genom andra skärningsförfaranden.

Uppfinningstanke.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett förfarande för elektroslaggsvetsning av metaller medelst en elektrod med stor tvärsnittsyta, vilket gör det möjligt att framställa svetsar av hög kvalitet med stabila mekaniska egenskaper” samt med låg resistans och att förenkla avlägsnandet av inloppsgöt- huvudet (ingötsdelen) genom minskning av uppvärmningstíden för slaggbadet till arbetstemperaturerna samt genom att vid svetsningen alstra ett sprött mellanskikt mellan inloppsgöthuvudet och svetsen.

Detta syfte uppnås medelst ett förfarande för elektroslaggsvetsning 10 15 20 25 30 35 H0 8201219-6 av metaller medelst en elektrod med stor tvärsnittsyta, vilket är baserat på att man alstrar ett slaggbad, smälter elektroden och de kanter, som skall svetsas, fyller en inloppskokill och en spalt mellan kanterna med den smälta metallen och därefter av- lägsnar inloppsgöthuvudet, varvid det för föreliggande uppfinning utmärkande är att man - samtidigt som slaggbadet alstras och in- loppskokillen fylles med den smälta metallen - bringar elektroden aüzsmälta med en hastighet, som är lägre än elektrodens smält- hastighet, när spalten mellan de kanter, som skall svetsas, fylles med den smälta metallen, medan elektroslaggsvetsningens elektriska parametrar är konstanta, varvid man vid svetsningen formar ett sprött mellanskikt mellan inloppsgöthuvudet och svetsen, som härvid får låg resistans.

Ett sådant val av förhållandet mellan elektrodens smälthastigheter gör det möjligt att minska den tid som erfordras för att slagg- badet skall kunna uppvärmas till arbetstemperaturerna, och att öka energin per längdenhet, när slaggbadet alstras och inlopps- kokíllen fylles med den smälta metallen.

Dessutom uppvisar de framställda svetsarna (svetskontakterna) låg resistans. En föredragen utföríngsform av förfarandet enligt uppfinningen utmärker sig av att man för att kunna alstra slagg- badet och fylla inloppskokillen med den smälta metallen väljer ett elektrodmaterial, vars smältpunkt är högre än den för den metall (det grundmaterial), som skall svetsas, under det att för att kunna smälta de kanter, som skall svetsas, och fylla spalten mellan kanterna med den smälta metallen användes ett elektrod- material, som är identiskt med den metall (det grundmaterial), som skall svetsas, varvid man växelvis använder detta elektrod- material och ett elektrodmaterial, vars resistans är lägre än den hos den metall (det grundmaterial), som skall svetsas.

Ett sådant val av elektrodens smältpunkter bidrar till att minska elektrodens smälthastíghet, när slaggbadet alstras och inlopps- kokillen fylles med den smälta metallen. Genom att man i elektro- den växelvis använder metaller (elektrodmaterial) med olika hög reistans kan man åstadkomma ett svetsgods med mellanskikt med låg resistans.

Inloppskokillen fylles med den smälta metallen samt det spröda 10 15 20 25 30 35 NO a2Q1219-6 mellanskiktet alstras, vid svetsningen, mellan inloppsgöthuvudet och svetsen, enligt uppfinningen, medelst en elektrod, vars material tillsammans med den metall (det grundmaterial), som skall svetsas, bildar spröda intermediära föreningar. Dessa föreningar gör det möjligt att lätt avskilja inloppsgöthuvudet från svetsen utan att skärutrustningar måste användas.

Dessutom regleras, vid svetsningen, placeringsläget för det spröda mellanskiktet mellan inloppsgöthuvudet och svetsen genom lämpligt val av volymen av elektroden för alstrande av slaggbadet och fyll- ning av inloppskokillen med den smälta metallen, vilken elektrod- volym utgör 80-95 % -av inloppskokillens volym.

Den så valda elektrodvolymen gör det möjligt att vid svetsningen reglera en s.k. förstärkningsgrad (förtjockningsgrad) för svetsens undre del utan att dess kvalitet försakas.

Vid förfarandet enligt uppfinningen för elektroslaggsvetsning av metaller kan man dessutom forma spröda mellanskikt mellan de svetsar på några få ovanför varandra placerade arbetsstycken som svetsas på en gång (i en enda passage).

Ett sådant svetsförfarande gör det möjligt att svetsa flera arbetsstycken samtidigt, att öka svetsutbytet och minska för- ' brukningen av svetsmaterial .

Den elektrodvolym, som erfordras för att kunna fylla spalten mellan de kanter, som skall svetsas, bör väljas så, att den är med l0f25 % större än den av kanterna avgränsade volymen.

Den så valda elektrodvolymen gör det möjligt att vid svetsningen framställa en svets med varierande form.

Kort beskrivning av ritningsfigurerna.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bi- fogade ritning, på vilken fig. l schematiskt klargör hur ett slaggbad alstras, fig. 2 visar det stationära elektroslagg- svetsningsförloppet, fig. 3 visar en svets med ett sprött mellan- skikt mellan inloppsgöthuvudet och svetsen, fig. U visar en svets med inloppsgöthuvudet avlägsnat, fig. 5 visar nâgra få ovanför varandra placerade arbetsstycken, som svetsas i en enda passage, 10 15 20 25 BO 35 H0 8201219-6 och fig. 6 visar det stationära elektroslaggsvetsningsförloppet och hur man åstadkommer en svets med mellanskikt med låg resistans.

Föredragen utföringsform av uppfinningen.

Förfarandet enligt uppfinningen för elektroslaggsvetsning av metaller medelst en elektrod med stor tvärsnittsyta belyses närmare nedan i följande utföringsexempel.

Exempel l Skenor 1 av aluminium med tvärsnittsdimensionerna 70 x 500 mm, som skall svetsas, placeras på en inloppskokill 2 så att en spalt med en tjocklek av 50 mm kvarlämnas mellan skenorna 1.

I spalten mellan skenorna l införes en elektrod 5 med tvärsnitts- dimensionerna 20 x 60 mm tills den bringas i kontakt med kokillens 2 bottendel. Elektrodens 3 undre del U är framställd av koppar och denna dels volym utgör 80 % av kokillens 2 volym. En smältpunkt för elektrodmaterialet i elektrodens 3 undre del utgör 108000.

Elektrodens 3 övre del är framställd av aluminium och innefattar ínsatsstycken 6 av koppar med dimensionerna 20 x 60 x 10 mm, vilka är skilda ett avstånd av 100 mm frånvarandra. Smältpunkten för elektrodmaterialet i elektrodens 3 övre del 5 och för insats- styckena 6 utgör 660?C resp. l080°C.

Elektrodens 5 undre och övre delar H resp. 5 och insatsstyckena 6 förbindes med varandra genom stumsvetsning. Volymen av elektro- dens 3 övre del 5 är med 10 % större än den av skenornas 1 för svetsning avsedda kanter avgränsade volymen. Vid sidorna av de skenor 1, som svetsas, är kokiller 7 anordnade. På skenorna l placeras i riktning uppifrån nedåt anslutningslister 8 av grafit.

Elektroden 5 och skenorna l kopplas till en svetstransformator 9, varefter ett på ritningen icke visat flussmedel införes l kokillen 2 och en svetsströmkrets slutas.

Svetsningen genomföras vid en tomgångsspänning av U = 36 V 4 kA. tomg och en svetsströmstyrka av I = Flussmedlet smälter och shuntar ljusbâgen under alstrande av ett slaggbad 10, samtidigt som elektrodens 3 undre del U börjar 10 15 25 30 35 . I nästföljande exempel på ezc1219-6 I 6 smälta. Sedan den undre delen 4 smält, fylles kokillen 2 med kop- par till 80 % av hela dess volym, varefter ett sprött mellanskikt 11 med en tjocklek av 10 mm bildas, vilket mellanskikt består av föreningar av metallen i elektrodens 3 undre del 4 och metallen i skenorna 1, som svetsas, dvs av koppar och aluminium. Under fortsatt smältning av elektroden 3, dvs dess övre del 5, fylles spalten mellan de kanter, som skall svetsas, med den smälta metallen. Härvid har svetsen mellanskikt 12 av föreningar av aluminium och koppar, vilkas resistans är lägre än den hos det grundmaterial, som skall svetsas, dvs hos aluminium.

Sedan svetsspalten fyllts med elektrodmaterialet, urkopplas svetsströmkretsen.

Ett s,k_ inlqqmgöfiuwud13 avlägsnas lätt från svetsen utefter det spröda mellanskiktet 11 under inverkan av en låg slagbelast- ning på huvudet 13. Därefter mättes svetsförtjockningens tjock- lek, som utgjorde 10 mm. Inga krymphålrum upptäcktes i svetsen. Ändringen av smälthastigheten för elektrodens 3 undre och övre del 4 resp. 5 genom att elektrodens 3 undre del 4 är framställd av ett elektrodmaterial med en smältpunkt av 1080OC och dess övre del 5 är framställd av ett elektrodmaterial med en smält- punkt av 660°C, gör det möjligt att minska uppvärmningstiden för slaggbadet 10 till arbetstemperaturen med 25 % jämfört med uppvärmningstiden vid det kända, såsom utgångspunkt valda för- farandet av detta slag.

'Den så framställda svetsens mekaniska egenskaper motsvarar des- sa egenskaper hos det grundmaterial, som skall svetsas.

Svetsens (svetskontaktens) resistans är 10 % lägre än resistan- sen hos de skenor, som svetsas. genomförande av förfarandet enligt uppfinningen för elektroslaggsvetsning utföres svetsningen på samma sätt som i exempel 1 vid i nedanstående tabell angivna parametrar under samma svetsningsförhâllanden. 10 15 20 25 30 35 40 8201219-6 7 Tabell Ekem- Mate- Material i Mate- Volym Volym av Smält- el rial i elektrodens rial av elekt- elektrodens punkt för p de ske- undre del i elekt- rodens övre del i materialet nor, som rodens undre del % av den av i elektro- svetsas insats- i % avko-kanterna av- dens undre stycken killens gränsade voly- del volym men oc 1 2 3 4 5 6 7 2 magnesium Cu _ 95 l25 1080 3 stål 3 Ti - 90 120 1700 N aluminium Cu Cu 75 105 1080 5 aluminium Cu Cu 100 130 1080 Svetsens förstärkningstjocklek är i exempel 2 och 3 3 mm resp. 5 mm. Vid genomförande av förfarandet enligt exempel 5 upptäcktes i svetsens undre del (efter avlägsnandet av huvudet 13) en minsk- ning av tvärsnittsytan hos svetsens arbetsdel genom att man till- sammans med huvudet 13 avlägsnat en del av svetsgodset.

Uppvärmningstiden för slaggbadet till arbetstemperaturen är enligt exempel 2, 4 och 5 lika med den enligt exempel 1, medan uppvärm- ningstiden enligt exempel 3 utgör halva uppvärmningstiden vid det såsom utgångspunkt valda kända förfarandet.

Vid genomförande av förfarandet enligt exempel 2 och 3 framställes svetsen med en s.k. hållfasthetsfaktor av 0,8 resp. 0,9, vilket med andra ord innebär att svetsens hållfasthet utgör 80 % resp. 90 % av hållfastheten hos det grundmaterial, som svetsas.

Exempel 6 Detta exempel ges för att klargöra hur man elektroslaggsvetsar ovanför varandra placerade arbetsstycken i en enda passage.

Man svetsar samtidigt tre svetsar (skarvar) mellan aluminiumskenor med tvärsnittsdimensionerna 50 x 100 mm.

Svetsningen utföres på samma sätt som i exempel l. Elektrodens 10 15 20 25 8201219--6 tvärsnittsyta är 20 x 40 mm. Två skenor l, som skall svetsas, placeras på kokillen 2. Ovanpå skenorna l placeras medelst insatsstycken lü av koppar med dimensionerna 50 x 50 x 100 mm nästföljande skenor 15 och 16, som skall svetsas. Spalttjock- leken mellan de kanter av skenorna 1, 15 och 16, som skall svetsas, är 50 mm. Genom svetsningen framställes en enda svetsad konstruktion, som lätt avskiljes till tre svetsade skenor 1, 15 och 16 genom att man slår utefter spröda mellanskikt 17, som ligger vid.de ställen, där insatsstyckena lfl är placerade. Skenans 1 inloppsgöthuvud 15 avskiljes lätt utefter det spröda mellanskiktet ll.

Den första svetsens förstärkning liknar den som erhålles genom elektroslaggsvetsningen enligt exempel l.

Industriell användbarhet.

Uppfinningen kan användas vid framställning av ickejärnmetaller, inom elektroteknik, kemisk industri och maskinbyggnadsteknik vid framställning av svetsade konstruktioner med stora dimensioner, vilkas delar framställes huvudsakligen av aluminium, koppar, titan-stål. i Uppfinningen kan företrädesvis användas vid framställning av skenor av aluminium med stor vikt för elektrolysceller för framställning av icke-järnmetaller.

Claims (6)

1. 0 15 20 25 30 35 40 8201219-6 Patentkrav l. Förfarande för elektroslaggsvetsning av metaller medelst en elektrod med stor tvärsnittsyta, vilket grundar sig på att man alstrar ett slaggbad, smälter elektroden och de kanter, som skall svetsas, fyller en inloppskokill och en spalt mellan kanterna med den smälta metallen och därefter avlägsnar ett s.k. inloppsgöt- huvud, k ä n n e t e c k n a t av att man - samtidigt som slagg- badet alstras och inloppskokillen fylles med den smälta metallen - bringar elektroden att smälta med en hastighet, som är lägre än elektrodens smälthastighet, när spalten mellan de kanter, som skall svetsas, fylles med den smälta metallen, samtidigt som elektroslaggsvetsningens elektriska parametrar hålles konstanta, varvid man vid svetsníngen formar ett sprött mellanskikt mellan inloppsgöthuvudet och svetsen, som härvid får låg resistans.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att man för alstrande av slaggbadet och fyllning av inloppskokillen med den smälta metallen använder en elektrod, vars materials smältpunkt är högre än smältpunkten för materialet i de kanter, som skall svetsas, under det att man för att fylla spalten mellan kanterna använder ett elektrodmaterial, son1är identiskt med det grundmaterial, som skall svetsas, varvid man använder detta elektrodmaterial växelvis med ett elektrodmaterial, vars resistans är lägre än det grundmaterial, som skall svetsas.

3. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att man vid svetsningen fyller inloppskokillen med den smälta metallen och formar det spröda mellanskiktet mellan inloppsgöthuvudet och svetsen medelst en elektrod, vars material med det grundmaterial, som skall svetsas, bildar spröda intermediära föreningar. U.

4. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att man vid svetsningen fyller inloppskokillen med den smälta metallen och formar det spröda mellanskiktet mellan inloppsgöthuvudet och svetsen medelst en elektrod, vars material med det grundmaterial, som svetsas, bildar spröda intermediära föreningar, varvid place- ringsläget för det spröda mellanskiktet mellan inloppsgöthuvudet och svetsen, vid svetsningen, regleras genom lämpligt val av volymen av elektroden för alstrande av slaggbadet och för fyllning av inloppskokillen med den smälta metallen, vilken elektrodvolym utgör 80-95 % av inloppskokillens volym. 10 8201219-6 10

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att framställningen av svetsen med varierande form regleras genom val av elektrodvolymens fyllning av spalten mellan de kanter, som skall svetsas, vilken elektrodvolym är 10-25 % större än den av kanterna avgränsade volymen.

6. Förfarande enligt krav 1, knä n n e t e cik n a t av att man formar spröda mellanskikt mellan svetsarna på arbetsstycken, vilka är placerade ovanför varandra medelst insatsstycken, vilkas material med det grundmateríal, som skall svetsas, bildar spröda intermediära föreningar, varvid man samtidigt svetsar flera ar- betsstycken i en enda passage.