SE451807B - Forfarande for elektroslaggsvetsning vid vilket elektrodens smeltzon kyls - Google Patents

Description

20k 25 30 35 451 so? ofullständigt, isynnerhet i svetsens begynnelsedel.

Genom försök har det kunnat konstateras, att man för genomförande av detta kända förfarande lämpligast använder kalicumfluoridbaserade flussmedel, vilka huvudsakligen ut- märker sig av att de bildar praktiskt taget neutral slagg.

Användning av dylika flussmedel vid svetsning bidrar till att icke endast säkert skydda smältbadet mot luft utan även eliminera reaktionen mellan slagg och metall. Förutom kalicumfluorid innehåller nämnda flussmedel olika slags oxider. Ett flussmedel är exempelvis känt, vilket innehål- ler 65 - 75 vikt-% CaF2, 18 - 30 vikt-% CuO och 2 vikt-% S102. _ Det vid genomförande av det ovan beskrivna kända förfaran- det användbara flussmedlet uppvisar emellertid låg aktivi- tet med hänsyn till oxidfilmen, vilket leder till att i smmsnma uppträder icke-hopsmälta områden även om kanterna nedsmältes i tillräcklig grad.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande för elektroslaggsvetsning och ett flussmedel, vilka gör det möjligt att genom reglering av elektrodens smälthastighet vid svetsningen förbättra svetskvaliteten vid svetsning av arbetsstycken med stor tvärsnittsyta.

Detta syfte uppnås enligt föreliggande uppfinning medelst ett förfarande för'elektroslaggsvetsning, vid vilket man dels' inställer de arbetsstycken, som skall-svetsas, så att en spalt med önskad bredd bildas dememellan, dels monterar en formningsanordning, dels inför en elektrod i spalten mellan arbetsstyckena, dels fyller spalten med ett flussmedel och dels alstrar ett slaggbad med efterföljande smältning av elektroden och de kanter, som skall svetsas, varvid det för föreliggande uppfinning utmärkande är att elektrodens smältzon kyles samtidigt som svetsningen genomföres. 10 15 20 25 30 35 5 0 451 807 Förfarandet enligt uppfinningen bidrar till att de kanter, som skall svetsas, nedsmältes likformigt och i tillräcklig grad, när metaller med hög värmekonduktivitet svetsas, vilket uppnås genom ökning av energin per längdenhet av svetsen. till följd av en minskning av elektrodens smälthastighet.

Elektrodens smälthastighet minskar.genom kylning av smält- zonen för elektroden.

Det är lämpligt, att man kyler smältzonen för elektroden genom att på elektroden påföra ämnen, vilka sönderdelas under värmeabsorbering. Detta gör det möjligt att hålla slaggbadets volym konstant. 7 ' Det är lämpligt, att man som ämnen, som sönderdelas under värmeabsorption, använder alkalimetallkarbonater, vilket tillgodoser att svetsningen är stabil. Det är ekonomiskt sett mest lämpligt, att man som alkalimetallkarbonat an- vänder natriumkarbonat. I De ämnen, som sönderdelas under värmeabsorbering, kan ut- göras av karbonater av alkaliska jordartsmetaller. Detta gör det möjligt att konstanthålla temperaturen av elektro- dens ändyta.

Det är mest lämpligt, att karbonatet av alkaliska jord- artsmetaller utgöres av kalciumkarbonat.

Det är lämpligt, att man som ämnen, vilka sönderdelas under värmeabsorption, använder ämnen som innehåller kristalli- sationsvatten. Detta gör det möjligt att effektivt kyla elektroden genom användning av ett litet antal ifråga- ' varande beståndsdelar.

Det är ekonomiskt sett lämpligt, att man som kristallisa- tionsvattenhaltiga ämnen använder borax.

Det är lämpligt, att man kyler_smältzonen för elektroden genom förångning av lättkokande ämnen från elektrodytan, v A 10 15 20 25 30 35 451 807 4 vilka lättkokande ämnen påångas elektrodytan. Detta gör det möjligt att öka elektrodens kylhastighet. Med lätt- kokande ämnen förstås här och fortsättningsvis ämnen, vilkas kokpunkt är lägre än smältpunkten för det fluss- medel, som skall användas.

Det är mest lämpligt, att man - innan de lättkokande ämnena pâångats - pâ elektrodens yta påför en hydroskopisk belägg- ning. Detta gör det-möjligt att långvarigt lagra den för svetsning iordningställda elektroden utan att minska dess användningseffektivitet.

Det är mest lämpligt, att som lättkokande ämnen använda. vatten.

Beläggningen kan utgöras av ett cellulosahaltigt material.

Detta gör det möjligt att öka de lättkokande bestånds- delarnas förângningshastighet.

Det är lämpligt, att man på elektrodytan påångar en bland- ning av ett lättkokande ämne och ett limmedel. Detta bi- drar till att förhindra att de lättkokande ämnena av- rinner till slaggbadet.

Det är mest lämpligt att som limmedel använda vattenglas.

Smältzonen för elektroden kan kylas genom att i det område av slaggbadet som angränsar till elektroden införa ämnen, vilka sönderdelas under värmeabsorbering. Detta gör det möjligt att underlätta utförandet av förberedande opera- tioner.

Det är lämpligt, att man kyler smältzonen för elektroden genom att en kyld gas blåses mot elektroden. Detta gör det möjligt att kyla de avsnitt av elektroden, som ligger i den omedelbara närheten av slaggbadets yta.

Det är vidare lämpligt, att man kyler smältzonen för elektroden 10 15 20 25 30 genom genomblâsning av den del av slaggbadet, som angränsar till elektroden, med en kyld inert gas. Detta bidrar till att slaggen får konstant kemisk sammansättning.

Det är mest lämpligt, att man som inert gas använder ar- gon.

Det är lämpligt, att man kyler smältzonen för elektroden genom att i det område av slaggbadet, som angränsar till^ elektroden, införa ämnen, som upplöses i slagg under värme- absorption, vilket bidrar till att svetsningsförloppet är stabilt.

Det är ekonomiskt sett lämpligt, att man som ämnen, vilka löses i slagg under värmeabsorption, använder kalcium- oxid.

Det är vidare lämpligt, att smältzonen för elektroden kyles genom att en kyld, trycksatt gas inmatas genom längsgående, i elektroden upptagna kanaler och bortföres från elektroden genom tvärgående kanaler, som är förbundna med de längs- gående kanalerna och upptagna i elektrodens sidoyta, vilket bidrar till att intensifiera elektrodens kylning.

Förfarandet enligt uppfinningen genomföras under använd- ning av ett flussmedel, som innehåller kalciumfluorid och kalciumoxid och, enligt uppfinningen, utmärker sig av att det dessutom innehåller kalciumklorid, varvid det inbördes blandningsförhållandet mellan kalciumfluorid och kalcium- oxid är 3:1.

I .

Flussmedlet enligt uppfinningen uppvisar höga process- tekniska egenskaper och hög aktivitet med hänsyn till oxidfilmen. ' För att'göra svetsningen stabil är det lämpligt, att samt- liga beståndsdelar ingår i flussmedlet i följande mängder i vikt-æz - ' ' 10 15 20 25 30 35 451 807 kalciumfluorid 15 - 30 % kalciumoxid 5 - 10 % kalciumklorid 60 - 80 % Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig. 1 schematiskt visar hur man elektroslaggsvetsar medelst förfarandet enligt uppfinningen, fig. 2 schematiskt visar elektroslaggsvetsning under på- ångning av lättkokande ämnen på elektroden, fig. 3 sche- matiskt visar elektroslaggsvetsning under införande av ämnen, som upplöses i slagg, i de områden av slaggbadet, som angränsar till elektroden, fig. 4 schematiskt visar elektroslaggsvetsning under genomblåsning av slaggbadet med en kyld inert gas, fig. 5 schematiskt visar en ut- föringsform av förfarandet enligt uppfinningen för elektro- slaggsvetsning, vid vilken elektroden blåses medelst en kyld gas, och fig. 6 schematiskt visar en utföringsform av förfarandet för elektroslaggsvetsning, vid vilken en kyld gas genomblâses genom elektrodens inre kanaler.

Arbetsstycken 1, som skall sammansvetsas, placeras på bärorgan så, att en spalt 2 kvarlämnas mellan arbets- styckena 1. Man monterar därefter en formningsanordning på arbetsstyckena 1 samt inställer en elektrod 3. Form- ningsanordningen består av kokiller 4, en bottenplatta 5 och lister 6. Elektroden 3 placeras koaàiellt med spalten 2 mellan de kanter av arbetsstyckena 1, som skall svetsas.

Pâ elektrodens 3 yta pâföres ämnen 7, vilka sönderdelas under värmeabsorption och utgöres av exempelvis alkalimetall- karbonater eller karbonater av alkaliska jordartsmetaller (fig. 1). Jämsides med dessa ämnen kan man använda ämnen, vilka innehåller kristallisationsvatten, exempelvis borax eller Glaubersalt. Dessutom kan man på elektrodens 3 yta påânga lättkokande ämnen exempelvis etrar, vatten (fig. 2).

Påângningen genomföres efter att en hygroskopisk belägg- ning av exempelvis cellulosahaltigt material påförts elektroden. ïnnan påångningen.påbörjas, kan man i de lätt- kokande ämnena införa limämnen exempelvis vattenglas. I n m, n 10 1s_ 20 25 30 35 ia D p 451 807 ' detta fall påföres den hygroskopiska beläggningen icke på elektroden.

Ett flussmedel 7 inmatas i spalten 2. Formningsanord- ningen och elektroden 3 kopplas till en elektrisk ström- källas olika poler och ett slaggbad 8 alstras i botten- plattan 5, varefter en svetsströmkrets inkopplas, vari- genom svetsningen påbörjas. I ” Samtidigt som svetsningen utföres, sönderdelas eller för- ângas de på elektroden påförda ämnena under värmeabsorp- tion, varför elektrodens temperatur sjunker, vilket resul- terar i att elektrodens smälthastighet minskar och de kanter hos arbetsstyckena 1, som skall svetsas, nedsmältes lik- formigt.

Dessutom kan man i de områden i slaggbadet, som angränsar till elektroden, införa ämnen, vilka sönderdelas under värme- absorption. I dessa områden i slaggbadet kan man även in- föra ämnen, som upplöses i slagg under värmeabsorption, exempelvis kalciumoxid (fig. 3). Detta resulterar i en dminskning av temperaturen hos det slaggbad, som angränsar till elektroden, och följaktligen i en minskning av elek- trodens smälthastighet, varigenom de kanter av arbetsstyck- ena 1, som skall svetsas, nedsmältes likformigt.

Dessutom kan temperaturen hos det till elektroden angränsande slaggbadet minskas genom genomblåsning av de områden av J 7 slaggbadet som angränsar, till elektroden, med en_kyld inert gas, exempelvis argon (fig. 4). I detta fall inmatas argon under tryck genom längsgående, i elektroden 3 upptagna kanaler 9, varför elektroden 3 samtidigt kyles.

Elektroden 3 kan även kylas genom att den blâses medelst en kyld gas (fig. 5); I detta fall inmatar man genom rör TO till kokpunkten kyld kvävgas, som kyler elektroden 3. Vidare kan elektroden 3 kyles genom att en kyld gas, exempelvis kvävgas under tryck, vid svetsningen inmatas i elektrodens 3 längsgående kanaler 9 och - utan att nå upp till slagg- 10 15 20 '25 30 as, 451 so? a badet - avlägsnas från kanalerna 9 genom tvärgâende kana- ler 11 (fig. 6). ' Ett vid_genomförande av förfarandet enligt uppfinningen användbart flussmedel innehåller 15 - 30 viktprocent kalciumfluorid, 5 - 10 viktprocent kalciumoxid och 60 - 80 viktprocent kalciumklorid, varvid det inbördes bland- ningsförhållandet mellan kalciumfluorid och kalciumoxid är 3:1.

Förfarandet enligt uppfinningen för elektroslaggsvets- ning belyses närmare nedan i följande utföringsexempel. gExemEel 1 Arbetsstycken av aluminium med tvärsnittsdimensionerna 50 x 360 mm, som skall svetsas, placeras i förväg så, att en spalt med en bredd av 60 mm bildas mellan arbets- styckena. Därefter inställes en formningsanordning och en elektrod av aluminium.

Pâ elektrodens yta påföres natriumkarbonat i dekahydrat- form; I spalten mellan de kanter, som skall svetsas, in- föres ett flussmedel, som i viktprocent innehåller 15 % kalciumfluorid, 5 % kalciumoxid och 80 % kalciumklorid.

I Sedan ett slaggbad alstrats, smälter de kanter, som skall svetsas, och elektrodens ändyta. Vid svetsningen sönder- delas natriumkarbonat i dekahydratform vid elektrodytan under värmeabsorption samtidigt som elektroden kyles.

Svetsningen genomföras vid en svetsströmstyrka av Isv = 3-4 kA, en tomgångsspänning av Utcmg = 36 V och en svets- spänning av USV = 32 - 33 V.

Genom svetsningen framställes en svets med hög kvalitet med ett nedsmältníngsdjup av 15 - 20 mm. 14 I) 10 15 20 25 P 30 35 Exemgel 2 .

Man svetsar arbetsstycken av aluminium med tvärsnitts- dimensionerna 70 x 250 mm. Arbetsstyckena inställes i förväg så att en spalt med en bredd av 60 mm bildas dememellan, varefter en formningsanordning och en elektrød av aluminium anbringas.

I spalten mellan de kanter, som skall svetsas, införas ett flussmedel, som i viktprocent innehåller 24 % kalcium- fluaria, a z kaiciumoxla aan sa z kalaiumklarla; Vid svetsningen sprutar man vatten på elektroden, vilket vid avdunstning kyler elektroden.

Svetsningen genomföres vid en svetsströmstyrka av Isv = = 31 - 32 V 3,5 - 4,5 kA, en tomgångsspänning av Utomg och en svetsspänning av Usv = 36 V.

Vid svetsningen framställes en svets av hög kvalitet med ett nedsmältningsdjup av 10 - 15 mm.

Ekemgel 3 _ Man svetsar arbetsstycken av koppar med tvärsnittsdimen- sionerna 100 x 100 mm. Arbetsstyckena inställes i förväg så, att en spalt med en bredd av 80 mm bildas dememellan.

Man anbringar därefter en formningsanordning och en elek- trod av koppar. I närheten av elektroden inställes rör för kylgastillförsel.

I spalten mellan de kanter, som skall svetsas, införes ett flussmedel, som i viktprocent innehåller 30 % kalcium- fluorid, 10 % kalciumoxid och 60 % kalciumklorid.

Samtidigt som svetsningen utföres, kyles elektroden av kvävgas, som kylts till sin kokpunkt. Svetsningen genom- föres vid en svetsströmstyrka av Isv = 3 - 6,5 kA, en tomgångsspänning av Utomg = 30 - 40 V och en svetsspän- ning av Usv = 36 - 45 V. 4 451 807 10 15 20 25 30 35 451 so? p ”mig Genom svetsningen framställes en svets av hög kvalitet med ett nedsmältningsdjup av 15 - 40 mm.

Exempel-4 Man svetsar arbetsstycken av aluminium med tvärsnitts- dimensionerna 100 x 100 mm. Arbetsstyckena placeras i förväg så att en spalt med en bredd av 60 mm bildas dem- emellan. Man inställer därefter en formningsanordning och en elektrod av aluminium,.som är försedd med längs- gående kanaler med en diameter av 6 mm, vilka är för- bundna med atmosfären genom tvärgâende kanaler med en diameter av 1 mm.

I spalten mellan de kanter, som skall svetsas, införes ett flussmedel, som i viktprocent innehåller 15 % kalcium- fluorid, 5 % kalciumoxid och 80 % kalciumklorid.

Sedan ett slaggbadfalstrats, smälter de kanter, som skall svetsas, och-elektródens ändyta.

Vid svetsningen inmatar man i elektrodens längsgående kanaler, vid ett tryck av 0,5 atö, till kokpunkten kyld kvävgas, som - utan att nå upp till slaggbadet - avlägs- nas genom de tvärgående kanalerna och kyler elektroden.

Svetsningen genomföres vid en svetsströmstyrka av ISV = 4,5 - 8,5 kA, en tomgångsspänning av Utomg = 34I- 38 V och en svetsspänning av Usv = 44 V. ' ' Genom svetsningen erhålles en svets av hög kvalitet med ett nedsmältningsdjup av 14 - 29 mm.

Exempel 5 _ Man svetsar arbetsstycken av aluminium med tvärsnitts- dimensionerna 140 x 250 mm. Arbetsstyckena inställes i förväg så att en spalt med en bredd av 70 mm bildas dem- emellan, varefter man inställer en formningsanordning och en elektrod av aluminium-magnesiumlegering, som är försedd ' . m4 .xx 10 15 20 25 30 35 1,1. 451 807 med längsgående kanaler med en diameter av 5 mm.

I spalten mellan de kanter av provkropparna, som skall svetsas; införes ett flussmedel, som i viktprocent inne- håller 15 % kalciumfluorid, 5 % kalciumoxid och 80 % kalciumklorid.

Sedan ett slaggbad alstrats, smälter de kanter av arbets- styckena, som skall svetsas, och elektrodens ändyta. Vid svetsningen inmatar man genom elektrodens längsgående kanaler kyld argon, somlflàses genom det till elektroden angränsande slaggbadet.

Svetsningen genomföras vid en svetsströmstyrka av 6 - 9,5 kA, en tomgångsspänning av 44 V och en svetsspänning av 32 - 37 V.

Genom svetsningen framställes en svets av hög kvalitet med ett nedsmältningsdjup av 12 - 34 mm.

Exemgel 6 _ Man svetsar arbetsstycken av aluminium-magnesiumlegering med tvärsnittsdimensionerna 140 x 250 mm. Arbetsstyckena inställes i förväg så att en spalt med en bredd av 70 mm bildas dememellan, varefter en formningsanordning och en elektrod av aluminium-magnesiumlegering inställes.

I spalten mellan de kanter av arbetsstyckena, som skall svetsas, införas ett flussmedel, som innehåller 21 vikt- procent kalciumfluorid, 7 viktprocent kalcïumoxid och 72 viktprocent kalciumklorid. sedan ett slaggbad alstrats, smälter de kanter av arbets- styckena, som skall svetsas, och elektrodens ändyta.

Samtidigt som svetsningen genomföres inmatas kalciumoxid- pulver kontinuerligt i de områden av slaggbadet} som an-, gränsar till elektroden. ' 10 15 451 sov 12 Svetsningen genomföres vid en svetsströmstyrka av 6 - 9 kA, en tomgångsspänning av 44 V och en svetsspänning av 33 - 36 V.

Genom svetsningen framställes en svets av hög kvalitet med ett nedsmältningsdjup av 12 - 24 mm.

I det föregående har beskrivits några särskilda_utförings- former av uppfinningen. Det kan emellertid observeras, att man kan genomföra olika, för fackmän inom detta tekniska område uppenbara ändringar och modifieringar inom uppfine ningens ram.

Förfarandet för elektroslaggsvetsning och flussmedlet kan användas vid svetsning av göt med praktiskt taget vilken tjocklek som helst, företrädesvis av metaller med hög värmekonduktivitet, exempelvis aluminium, koppar och andra metaller. m1,

Claims (15)

10 15 20 25 30 35 4s1lso7 15 Patentkrav

1. Förfarande för elektroslaggsvetsning, vid vilket man dels inställer arbetsstycken, som skall svetsas, så att en spalt med erforderlig bredd bildas dememellan, dels monterar en formningsanordning, dels inför en elektrod i spalten mellan de arbetsstycken, som skall svetsas, dels fyller spalten med ett flussmedel och dels alstrar ett slaggbad med efterföljan- de smältning av elektroden och de kanter, som skall svetsas, k äln n'e t e c k n a t av att man vid svetsningen kyler elektrodens smältzon.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n att av att smältzonen för elektroden kyles genom att ämnen, som sön- derdelas under värmeabsorption, påföres elektroden.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att man som ämnen, som sönderdelas under värmeabsorption, an- vänder alkalimetallkarbonater.

4. ; Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e-c k n a t av att man som ämnen, vilka sönderdelas under värmeabsorption, använder karbonater av alkaliska jordartsmetaller.

5. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att man som ämnen, vilka sönderdelas under värmeabsorption, använder kristallisationsvattenhaltiga ämnen. s.

6. Förfaranaekeniígt kraš/í, 'i k an' nya iwèá k h a t" “av att smältzonen för elektroden kyles genom att man från elekt- rodens yta förångar lättkokande ämnen, vilka påångas på elekt- rodens yta.

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att man - innan de lättkokande ämnena påångas - på elektrodens yta påför en hygroskopisk beläggning.

8. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av 10 15 20 25 _30. 35 40 451 807 14 att smältzonen för elektroden kyles genom att man i de områ- den av slaggbadet, som angränsar till elektroden, inför äm- nen, vilka sönderdelas under värmeabsorption.

9. Förfarande enligt krav 1, k ä n'n e t e c k n a t av att smältzonen för elektroden kyles genom att elektroden blå- ses medelst en kyld gas.

10. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att smältzonen för elektroden kyles genom att-man genomblåser de områden av slaggbadet, som angränsar till elektroden, med en kyld inert gas.

11. Förfarande enligt krav 10, k ä n n e tue c k n a t av att man som inert gas använder argon.

12. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att smältzonen för elektroden kyles genom att man i de områ-_ den av slaggbadet, som angränsar till elektroden, inför ämnen, vilka löses i slagg under värmeabsorption.

13. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att smältzonen för elektroden kyles genom att en kyld gas un- der tryck inmatas genom längsgående, i elektroden upptagna kanaler och bortföres från elektroden genom tvärgående kanaler, vilka är förbundna med de längsgående kanalerna och uPPta9na i elektrodens sidoyta.

14. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e - tle c k n ant av att ett flussmedel'innenållande'kalcinmfluo- _ rid, kalciumoxid och kalciumklorid användes, och att det in- bördes blandningsförhållandet mellan kalciumfluorid och kal- ciumoxid är 3:1.

15. Förfarande enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a t av att samtliga beståndsdelar ingår med följande halter i vikt- procent: kaiciumfiuorid 15 - soæ' kalciumoxid 5 - 10% kalciumklorid 60 - 80%. “m KV