SU1022791A1 - Способ электрошлаковой сварки - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ плав щимс  пластинчатым электродом большого сечени , преимущественно металлов и сплавов с большой теплопроводностью , при котором в процессе сварки регулируют скорость плавлени  различных участков электрода, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества-сварных соединений и обеспечени  гарантированного провара свариваемых кромок путем обеспечени  возможности увеличени  погонной энергии, в процессе сварки охлаждают зону расплавлени  электрода.

Description

с

5 J

(Л

to

1C

;о

2.Способ по п. 1. отличающийс  тем, что охлаждают участки электрода, прилегаю щие к зеркалу шлаковой ванны.

3.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что охлаждают участки шлаковой ванны, прилегающие к электроду.

4.Способ по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что дл  охлаждени  электрода на его поверхность предварительно нанос т компоненты , расщепл ющиес  с поглощением тепла.

5.Способ по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что на поверхность электрода предварительно нанос т компоненты, содержащие кристаллизационную воду.

6.Способ по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, -что на поверхность электрода предварительно нанос т-, капилл рное покрытие, пропитанное легкокип щими веществами.

7.Способ по п. 6, отличающийс  тем, что легкокип щие вещества нанос т на поверхность электрода непосредственно в процессе сварки путем их напылени .

8.Способ по п. 7. отличающийс  тем, что, с целью предотвращени  стекани  напыленных веществ по электроду в шлаковую ванну, перед напылением в них ввод т кле щие материалы.

9.Способ по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что с целью охлаждени  электрода, в процессе сварки его обдувают охлажденным газом.

10.Способ по п. 9, отличающийс  тем, что в электроде выполн ют внутренние продольные и поперечные каналы, причем внутренние продольные каналы электрода соедин ют с атмосферой поперечными каналами по периметру электрода и подают в них охлажденный газ под избыточным давлением .

11.Способ по пп. 1 и 3, отличающийс  тем, что, с целью охлаждени  прилегающих к электроду участков щлаковой ванны, их подвергают барботированию охлажденным до низких температур инертным газом.

12.Способ по пп. 1 и 3, отличающийс  тем, что в прилегающие к электроду участки шлаковой ванны в процессе сварки ввод т компоненты, расщепл ющиес  с поглощением тепла.

13.Способ по пп. 1 и 3, отличающийс  тем, что в прилегающие к электроду участки шлаковой ванны в процессе сварки ввод т тугоплавкие компоненты, растворимые в шлаке с поглощением тепла.

1

Изобретение относитс  к сварочной технике , преимущественно к электрошлаковой сварке, наплавке и выплавке слитков плав щимс  электродом большего сечени , и может быть широко использовано при сварке элементов практически любой толщины, преимущественно из металлов с высокой теплопроводностью, такие как алюминий, медь и т. п. в частности при изготовлении т желой алюминиевой ошиновки электролизеров в цветной металлургии и химической промышленности.

Известны способы электрощлаковой сварки плав ш имс  электродом большого сечени  1.

Основным недостатком указанных способов  вл етс  то, что они не гарантируют получение достаточного провара при сварке элементов большой толщины из металлов с высокой теплопроводностью.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению  вл етс  способ электрошлаковой сварки плав щимс  пластинчатым электродом больщого сечени , преимущественно металлов и сплавов с большой теплопроводностью при котором в процессе сварки регулируют

скорость плавлени  различных участков электрода 2.

Недостатком этого способа  вл етс  то, что он не обеспечивает гарантированного

провара при сварке элементов большой толщины из алюмини , меди и т. п. металлов с высокой теплопроводностью. Это объ сн етс  тем, что покрытие электрода обеспечивает теплоизол цию электрода только от теплового излучени  зеркала шлаковой ванны , что практически не вли ет на скорость плавлени  электрода, так как теплова  энерги  шлаковой ванны передаетс  электроду через оплавленные его участки, непосредственно контактирующие с расплавленным шлаком.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества сварных соединений и обеспечение гарантированного провара свариваемых кромок путем обеспечени  возможности

увеличени  погонной энергии сварки.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в процессе сварки охлаждают зону расплавлени  электрода. Дл  этого охлаждают участки электрода прилегающие к зеркалу шлаковой ванны или участки щлаковой

ванны, прилегающие к электроду. Дл  охлаждени  электрода на его поверхность предварительно нанос т NagCO, расщепл ющийс  с поглощением тепла или буру, содержащую кристаллизационную воду, или капилл рное покрытие, пропитанное легкокип щими веществами. Легкокип щие вещества нанос т на поверхность электрода непосредственно в процессе сварки путем их напылени . С целью предотвращени  стекани  напыленных веществ tjo электроду в щлаковую ванну, перед напылением в них ввод т кле щие материалы. С целью охлаждени  электрода в процессе сварки его обдувают охлажденным газом. Дл  этого в электроде выполн ют внутренние продольные и поперечные каналы , причем внутренние Продольные каналы электрода соедин ют с атмосферой поперечными каналами по периметру электрода и подают в них охлажденный газ под избыточным давлением. С целью снижени  скорости плавлени  электрода в процессе сварки, участки щлаковой ванны подвергают барботированию охлажденным до низких температур инертным газом. В прилегающие к электроду участки щлаковой ванны в процессе сварки ввод т компоненты, расщепл ющиес  с поглощением тепла, или ввод т тугоплавкие компоненты , растворимые в щлаке с поглощением тепла. Ограничение температуры электрода до его подачи в щлаковую ванну осуществл ют за счет того, что при нанесении на поверхность электрода предварительно компонентов в процессе сварки обеспечиваетс  поглощение тепла с поверхности электрода вследствие расщеплени  или синтеза по типу эндотермических реакций, например реакци  расщеплени  карбоната натри  N32 Ч-Срг-Qp, гдерр - теплота, затраченна  (поглощенна ) при расщеплении . При охлаждении электрода в процессе сварки нанесением компонентов, содержащих кристаллизационную воду, поглощение тепла с поверхности электрода обеспечиваетс  за счет отрыва молекул кристаллизационной воды от компонента и последующего испарени  ее по реакции К-пН20 К-Ыг-Н О -QO -QU, где К - компонент, например П - коэффициент, показывающий количество молекул кристаллизационной воды в компоненте; QP -теплота, затраченна  на отрыв молекул кристаллизационной воды от компонента; Q.J, -теплота, затраченна  на испарение свободной воды. При нанесении на поверхность электрода предварительно капилл рного покрыти , пропитанного лег{ окип щими веществами , например эфирами, спиртами, водой, бензином, керосином, ацетоном и т. п., поглощение тепла с поверхности электрода обеспечиваетс  за счет возгонки этих веществ из покрыти . Легкокип щие вещества можно наносить на поверхность электрода непосредственно в процессе сварки путем их напылени , при этом распылитель устанавливают над свариваемыми детал ми. Дл  удержани  этих компонентов и предотвращени  стекани  напыленных веществ по электроду в эти легкокип щие вещества, ввод т кле щие материалы, например жидкое стекло, смолы, клеи и т. п. При ограничении температуры электрода путем обдувки его поверхности охлажденным до низких температур газом, например кип щим азотом, обдувке подвергают участки электрода, наход щиес  в непосредственной близости от зеркала шлаковой ванны. При продувании охлажденного газа под избыточным давлением через внутренние продольные каналы электрода, соединенные с атмосферой поперечными каналами по периметру электрода, давление продувки , а также сечение и плотность размещени  поперечных каналов выбирают таким образом, чтобы исключить контакт продуваемого газа со щлаковой ванной. Так, при малом сечении поперечных каналов и небольщой их плотности на поверхности электрода давление продувки уменьщают и наоборот. При введении в прилегающие к электроду участки щлаковой ванны в процессе сварки тугоплавких компонентов, например тугоплавких карбидов, солей и окислов металлов, способных раствор тьс  в используемом дл  сварки шлаковом расгитаве, охлаждение указанных участков шлаковой ванны обеспечивают за счет поглощени  теплоты при их растворении. На фиг. 1 приведена схема сварки с нанесением компонентов на поверхность электрода; на фиг. 2 - то же, с нанесением на электрод легкокип щих веществ; на фиг. 3 - то же, с обдувкой поверхности электрода охлажденным газом; на фиг. 4 - то же, с продувкой через внутренние каналы электрода охлажденного газа; на фиг. 5 - о же, с барботированием щлаковой ванны охлажденным инертным газом; на фиг. б - то же, с введением компонентов в приэлектродные участки щлаковой ванны. Пример 1. Выполн ют сварку алюминиевых щин сечением 160X300 мм. На свариваемых щинах 1 (фиг. 1) собирают формирующее приспособление, состо щее из поддона 2, боковых кристаллизаторов 3 и выводных планок 4. В зазор между свариваемыми щинами 1 ввод т пластинчатый алюминиевый электрод 5, на поверхность которого нанесено с помощью жидкого стекла покрытие 6, состо щее из дес тиводного карбоната натри  ( lOHgO). В кармане поддона 2 навод т шлаковую ванну 7, которую перегревают пропусканием через нее сварочного тока. Шлакова  ванна , перегрева сь, оплавл ет свариваемые кромки шин 1 и торец электрода 5. В процессе сварки с покрыти  электрода испар етс  кристаллизационна  вода, в результате чего происходит поглощение тепла с поверхности электрода. После испарени  кристаллизационной воды начинаетс  эндотермическа  реакци  расщеплени  карбоната натри .

ЫазО + CQa- Qp,

где Q.p -теплота, поглощени  при расщеплении карбоната натри .

Веро тность прохождени  этой реакции подтверждаетс  выделением из зазора углекислого газа.

В результате поглощени  тепла с поверхнос5р{ электрода по указанным реакци м скорость плавлени  электрода снижаетс , что приводит к увеличению погон ной энергии при сварке, и, как следствие, обеспечению гарантированного равномерного провара свариваемых кромок на глубину 15-20 мм. Расплавленный металл свариваемых кромок щин 1 и электрода 5 образовывает металлическую ванну 8, в результате кристаллизации которой формируетс  качественный плотный сварный щов 9. Сварку выполн ют в следующем режиме:

Uxx 44,0 В; UCB 38,0-41,0 В; :Jc 6,0-6,5 кА.

Пример 2. Выполн ют сварку алюминиевых щин сечением 70x250 мм. На свариваемых щинах 1 (фиг. 2) собирают форми .рующее приспособление аналогично примеру 1. В зазор между шинами 1 ввод т алюмьниевый электрод 5. В кармане поддона 2 навод т шлаковую ванну 7 и осуществл ют электрошлаковую сварку. В процессе сварки на электрод 5 над свариваемыми шинами 1 напыл ют ацетон (указано стрелкой), который при испарении с поверхности электрода обеспечивает его охлаждение. В результате сварки получают качественное сварное соединение с глубиной провара свариваемых кромок, равной 10-15 мм. Сварку выполн ют на следующем режиме: Uxx 42,0 В; Uc 38,0- 40,0 В; и.з 3,0-3,5 кА.

Пример 3. Выполн ют сварку медных поковок сечением 100x100 мм. На свариваемых поковках 1 (фиг. 3) собирают формирующее приспособление аналогично примеру 1. В зазор между поковками 1 ввод т медный электрод 5 и газоподвод щие трубки 10. В кармане поддона 2 навод т шлаковую ванну 7 и осуществл ют электрошлаковый процесс. В процессе сварки в трубке 10 (показано стрелками) подают азот.

охлажденный до температуры его кипени , который обесп.ечивает охлаждение электрода 5. В результате сварки получают качественное сварное соединение с гл)50иной,

провара, равной 12-15 мм. Сварку выполн ют на следующем режиме: Uxx 46,0 В; Ucft 40,0-42,0 В; JCB 6,0-6,5 кА.

Пример 4. Выполн ют сварку медных поковок сечением 100x100 мм. На свариваемых поковках 1 (фиг. 4) собирают форм:ирующее приспособление аналогично примеру 1. В зазор между поковками 1 ввод т медный электрод 5, имеющий внут , ренине продольные и поперечные каналы 11 и 12. В кармане поддона 2 навод т шлаког вую ванну и осуществл ют электрошлаковую сварку. В процессе сварки в продольные каналы 11 электрода 5 подают под давлением 0,5 атм охлажденный. азот (показано стрелками), который, не доход  до шлаковой ванны, удал етс  из электрода через поперечные каналы 12. Продувка охлажденного азота обеспечивает охлаждение электрода 5 в процессе сварки и, как следствие, уменьшение скорости его плавлени . Сечение продольных каналов 11 круглое с диаметром 6 мм, а поперечных

каналов 12 с диаметром 1 мм.

Плотность поперечных каналов 12 составл ет 9 каналов на 1 дм боковой поверхности электрода 5.

Сварку выполн ют на следующем режиме: Ux 44,0 В; Ucb 40,0 В; Пев 5,5- 6,0 кА. В результате сварки, получают качественное сварное соединение - с глубиной провара равной 12-12 мм.

Пример 5. Выполн ют сварку заготовок из алюминиево-магниевого сплава АМгб сечением 140X250 мм. На свариваемых заготовках 1 (фиг. 5) собирают формирующее приспособление аналогично примеру 1. В зазор между заготовками 1 ввод т электрод 5 из сплава АМгб, имеющий внутренние продольные каналы 11. В кармане поддона 2 навод т шлаковую ванну 7 и осуществл ют электрошлаковую сварку. В процессе сварки в продольные каналы 11 электрода 5 подают охлажденный аргон (показано стрелкой), что обеспечивает барботирование приэлектродных участков

шлаковой ванны 7, а это позвол ет охладить приэлектродньш участки ванны 7 и, как следствие, снизить скорость плавлени  электрода 5, т. е. повысить погонную энергию сварки. В результате сварки получают

Q качественное сварное соединение с глубиной провара 15-21 мм. Сварку выполн ют на следующем режиме: Цкх 44,0 В; UCB 40,0 В; JCB 6,5 кА.

Пример 6. Выполн ют сварку заготовок из алюминиево-магниевого сплава АМгб сечением 140x250 мм. На свариваемых заготовках 1 (фиг. 6) собиранзт формирующее приспособление аналогично примеру 1. В зазор -между заготовками 1 ввод т электрод 5 из сплава АМгб. В кармане поддона 2 навод т шлаковую ванну 7 и осуществл ют электрошлаковую сварку. В процессе сварки в приэлектродные участки ванны 7 непрерывно подают порошок окисн кальци  (показано стрелками). При растворении СаО приэлектродные участки ванны 7 охлаждаютс , что позвол ет снизить скорость плавлени  электрода 5 и, как следствие , повысить погонную энергию сварки. В результату сварки получают качественное сварное соединение с глубиной провара 14-17 мм. Сварку выполн ют на следующем режиме: U;cx 44,0 В; UCB 39,0-41,0 В; Зсз 6,0-б;5 кА. Примечание. В примерах 1-6 в качестве щлака используют расплав галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов. Применение предлагаемого способа позвол ет получать гарантированный провар свариваемых кромок при сварке элементов большой толщины из металлов с высокой теплопроводностью, снизить удельный расход электроэнергии, а также улучшить услови  труда сварщиков. Способ также позвол ет обеспечить гарантированное сплавление наплавленного сло  при электрошлаковой наплавке металлов , особенно при наплавке легкоплавких металлов на тугоплавкие, например алюминий на сталь. Использование способа при выплавке позвол ет получать высококачественные металлические слитки. Внедрение способа на одном из заводов страны, изготавливающих алюминиевую ошиновку электролизеров, позвол ет получить не менее 100 тыс. руб. экономии в год. -//

fui.6

Claims (13)

1. СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ плавящимся пластинчатым электродом большого сечения, преимущественно металлов и сплавов с большой теплопроводностью, при котором в процессе сварки регулируют скорость плавления различных участков электрода, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений и обеспечения гарантированного провара свариваемых кромок путем обеспечения возможности увеличения погонной энергии, в процессе сварки охлаждают зону расплавления электрода.

2. Способ по π. 1. отличающийся тем, что охлаждают участки электрода, прилегаю* щие к зеркалу шлаковой ванны.

3. Способ по π. 1, отличающийся тем, что охлаждают участки шлаковой ванны, прилегающие к электроду.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для охлаждения электрода на его поверхность предварительно HaHocnV компоненты, расщепляющиеся с поглощением тепла.

5. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на поверхность электрода предварительно наносят компоненты, содержащие кристаллизационную воду.

6. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на поверхность электрода предварительно наносят капиллярное покрытие, пропитанное легкокипящими веществами.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что легкокипящие вещества наносят на поверхность электрода непосредственно в процессе сварки путем их напыления.

8. Способ по п. 7. отличающийся тем, что, с целью предотвращения стекания напыленных веществ по электроду в шлаковую ванну, перед напылением в них вводят клеящие материалы.

9. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что с целью охлаждения электрода, в процессе сварки его обдувают охлажденным газом.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что в электроде выполняют внутренние продольные и поперечные каналы, причем внутренние продольные каналы электрода соединяют с атмосферой поперечными каналами по периметру электрода и подают в них охлажденный газ под избыточным давлением.

11. Способ по пп. 1 и 3, отличающейся тем, что, с целью охлаждения прилегающих к электроду участков шлаковой ванны, их подвергают барботированию охлажденным до низких температур инертным газом.

12. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что в прилегающие к электроду участки шлаковой ванны в процессе сварки вводят компоненты, расщепляющиеся с поглощением тепла.

13. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что в прилегающие к электроду участки шлаковой ванны в процессе сварки вводят тугоплавкие компоненты, растворимые в шлаке с поглощением тепла.