SU935234A1

SU935234A1 - Method of electro-slag welding with plate electrode

Info

Publication number: SU935234A1
Application number: SU782643248A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Николаевич Сафонников; Анатолий Владимирович Антонов
Original assignee: Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им.Е.О.Патона
Priority date: 1978-07-12
Filing date: 1978-07-12
Publication date: 1982-06-15

Description

II

Изобретение относитс к сварочной технике, преимущественно к электрошлаковой сварке пластинчатым электродом и может быть широко использовано при изготовлении т желой алюминиевой ошиновки дл электролизеров в цветной металлургии и химической промышленности.The invention relates to welding technology, mainly to electroslag welding by a plate electrode, and can be widely used in the manufacture of heavy aluminum busbars for electrolyzers in nonferrous metallurgy and the chemical industry.

Известен способ электрошлаковой сварки алюмини пластинчатым или проволочным электродом Ml.There is a method of electroslag aluminum welding plate or wire electrode Ml.

Недостатком его вл етс то, что он не обеспечивает получение качественных сварных соединений при резком увеличении толщины металла вследствие того, что электродна проволока не обладает достаточной жесткостью и ее трудно подавать в зазор между свариваемыми кромками, а использование пластинчатых электродов и флюсов на основе щелочных металлов не позвол ет накопить достаточного количества тепла ввиду низкой температуры кипени шлаков. Its disadvantage is that it does not provide high-quality welded joints with a sharp increase in metal thickness due to the fact that the electrode wire does not have sufficient rigidity and is difficult to feed into the gap between the edges to be welded, and the use of alkaline metal fluxes allows to accumulate a sufficient amount of heat due to the low boiling point of the slags.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению вл етс способ электрошлаковой сварки пластинчатым электродом, преимущественно легких сплавов, при котором на пластинчатый электрод по всему его периметру нанос т электроизол ционный материал 2j.The closest to the technical essence and the achieved effect of the present invention is a method of electroslag welding plate electrode, mainly light alloys, in which electrically insulating material 2j is applied to the plate electrode along its entire perimeter.

. Недостатком его вл етс то, что . The disadvantage of it is that

to при резком увеличении теплопроводности свариваемого металла, например алюмини , этот способ не обеспечивает достаточного количества, тепловой мощности шлаковой ванны, что вызыва15 ет непровары. Существенным недостатком известного способа при сварке, например, легких сплавов вл етс также всестороннее воздействие на процесс электрошлаковой сварки внешних . with a sharp increase in the thermal conductivity of the metal being welded, such as aluminum, this method does not provide a sufficient amount of thermal power of the slag bath, which causes lack of penetration. A significant disadvantage of the known method for welding, for example, light alloys is also the comprehensive effect on the process of external electroslag welding.

20 магнитных полей большой напр женности, имеющих место в производстве электролитическим путем алюмини , хлора и других продуктов. Взаимодействие внешнего магнитного пол с собственным полем, возникающим вокруг электрода , сопровождаетс по влением в ме талле шва различных дефектов. Вредное вли ние внешнего агнитного пол наиболее сильно при развитой поверхности .зеркалашлаковой ванны в зазо ре приводит к развитию турбулентности , что сопровождаетс резким снижением стабильности сварки. Сварка в сильных магнитных пол х сопровождает с посто нными выплесками сварочной ванны из зазора, так как известный способ характеризуетс возможностью изменени перекоса зеркала сварочной ванны (т.е. ее свободной поверхности при сварке в магнитных пол х в преде лах 0-90 от горизонтальной плоскости . Кроме того, недостатком известно го способа электрошлаковой сварки, примен емого дл сварки легких сплавов , вл етс образование несплав ений в сварных соединени х при сварке алюмини большой толщины. Это объ сн етс наличием тугоплавкой оки- 2S си алюмини ,0 на свариваемь1Х кром ках и большого теплоотвода. При значительном увеличении толщины свариваемого металла (более 60 мм) извест ные способы электрошлаковой сварки проволочным, пластинчатым и пластино проволочным электродами не обеспечивают требуемого качества сварных сое динений . Целью изобретени вл етс повыше ние качества сварного соединени и у тойчивости процесса сварки путем уст ранени вли ни внешнего магнитного пол и обеспечени гарантированного провара кромбк. Поставленна цель достигаетс путем того, что в процессе сварки ограничивают угол перекоса зеркала сварочной ванны в пределах до 15 от горизонтали, дл чего задают соотношение проекций площади поперечного сечени электрода, площади зазора и ,площади зеркала шлаковой ванны на горизонтальную плоскость в пределах 1:(1,2...1,5):(2,5...,5) соответственно и обеспечивают оплавление свариваемых кромок в виде подвижных дуговых уступов, концы которых со стороны поверхности кромок погружены в шлаковую ванну, цл чего на сваривае мых кромках на площади не менее 50 их поверхности закрепл ют электроизо л ционный материал с температурюй разрушени в 1.. . ,S рзза превышающей температуру плавлени свариваемого металла. Наносимый на поверхность электрода (электроизол ционный материал берут с температурой разрушени в 1,1.. 2,5 раза превышающей температуру плавлени электродного металла. Величина перекоса шлаковой ванны не должна превышать Т5 от горизонтальной плоскости, так как при больших значени х перекоса ванны наблюдаетс заметное перераспределение сварочного тока.по свариваемым кромкам вследствие разницы площадей смачивани кромок, что сопровождаетс непроваром одной из них. Оптимальное значение перекоса шлаковой ванны определ ют экспериментальным путем BV лабораторных услови х: при перекосе в пределах 0-15 получены качественные сварные соединени , и выше односторонним непроваром свариваемых кромок. В практике величину перекоса ванны определ ют косвенным путем по разнице величин сварочных токов , проход щих по каждой кромке. Так экспериментально установлено, что при сварке алюмини одному градусу перекоса ванны соответствует разность величины сварочных токов, проход щей по каждой кромке, равна 50-60 а.Таким образом, величина разницы.токов при сварке алюмини не должна превышать 750-900 а Температура разрушени (Tj,) изол ционного материала на свариваемых кромках должна превышать температуру плавлени () основного металла в 1,1-1,5 раза, что обеспечивает получение горизонтальных подвижных уступов. В случае, если ,1 , то этот материал разрушаетс над зеркалом шлаковой ванны, что исключает получение горизонтальных уступов. В случае, если Тр 1,5 , то изол ционный материал не успевает разрушитьс до подхода к нему металлической ванны, что сопровождаетс по влением в сварном шве шлаковых включений . Температура разрушени (Тр) изол ционного материала на электроде должна превышать температуру плавлени (Т) электрода в 1,1.. .2,5 раза, что увеличивает погоинуО энергию при сварке и, как следствие, гарантирует провар свариваемых кромок. В случае.20 large magnetic fields that occur in the production of electrolytic aluminum, chlorine and other products. The interaction of an external magnetic field with its own field arising around the electrode is accompanied by the appearance of various defects in the weld metal. The adverse effect of the external agnitic field is most pronounced with the developed surface of the mirror-slag pool in the gap leading to the development of turbulence, which is accompanied by a sharp decrease in the welding stability. Welding in strong magnetic fields accompanies with constant splashes of the weld pool from the gap, since the known method is characterized by the possibility of changing the skew of the weld pool mirror (i.e., its free surface when welding in magnetic fields from 0-90 from the horizontal plane In addition, a disadvantage of the known method of electroslag welding used for welding light alloys is the formation of non-fusion in welded joints in welding aluminum of a large thickness. This is explained by the presence of high-melting With a significant increase in the thickness of the metal being welded (over 60 mm), the known methods of electroslag welding with wire, plate and plate electrodes do not provide the required quality of welded joints. It improves the quality of the welded joint and the stability of the welding process by eliminating the influence of an external magnetic field and ensuring guaranteed penetration of the flange. The goal is achieved by limiting the skew angle of the weld pool to within 15 degrees from the horizontal during the welding process, by setting the ratio of the projections of the electrode cross-sectional area, the gap area and the slag bath mirror area to the horizontal plane within 1: (1 , 2 ... 1.5): (2.5 ..., 5), respectively, and ensure the melting of the welded edges in the form of movable arc ledges, the ends of which from the side of the surface of the edges are immersed in a slag bath, so that on the welded edges on square not less than 50 of their surfaces fix the electrically insulating material with a temperature destruction of 1 ... , S is higher than the melting point of the metal being welded. Applied to the electrode surface (the electrically insulating material is taken with a destruction temperature of 1.1 .. 2.5 times the melting point of the electrode metal. The skew of the slag bath should not exceed T5 from the horizontal plane, since with large values of the skew of the bath, a noticeable redistribution of welding current on the edges being welded due to the difference in wetting areas of the edges, which is accompanied by the lack of penetration of one of them. The optimum value of the skewing of the slag bath is determined by experiment By the best of BV laboratory conditions: with a misalignment of between 0 and 15, qualitative welded joints were obtained, and higher than by one-sided lack of penetration of the edges to be welded. that, when welding aluminum, one degree of skew of the bath corresponds to the difference in the value of welding currents passing along each edge is 50-60 a.Thus, the magnitude of the difference. currents when welding aluminum should not 750-900 and fracture greater than the operation temperature (Tj,) of insulating material on the edges to be welded must exceed the melting point () of the parent metal to 1.1-1.5 times that provides horizontal movable ledges. In the event that, 1, this material is destroyed above the mirror of the slag bath, which prevents the formation of horizontal benches. In the event that Tp 1.5, the insulating material does not have time to break down before the metal bath approaches it, which is accompanied by the appearance of slag inclusions in the weld. The destruction temperature (Tp) of the insulating material on the electrode must exceed the melting point (T) of the electrode by 1.1 ... 2.5 times, which increases the welding energy and, as a result, guarantees the welded edges welded. When.

если Те меньше 1,1 Т... , то изол |Лif Te is less than 1.1 T ..., then isol | L

ционныи материал разрушаетс над зеркалом шлаковой ванны и практически не оказывает вли ни на глубину погружени электрода, т.е. не обеспе чивает увеличение погонной энергии при сварке. В случае, если То 72,5 Трд, то глубина погружени электрода превосходит глубину шлаковой ванны, что сопровождаетс коротким замыканием сварочной цепи.This material is destroyed above the mirror of the slag bath and has practically no effect on the immersion depth of the electrode, i.e. does not provide an increase in heat input during welding. In the event that That is 72.5 Tr, the immersion depth of the electrode exceeds the depth of the slag bath, which is accompanied by a short circuit of the welding circuit.

При этом вертикальное перемещение боковых участков зеркала ванны ограничивают подвижными уступами оплавл емых .свариваемых кромок, составл ю ЩИ1ЛИ kO-75% площади зеркала ванны, а центрального участка вокруг электрода - собственным магнитным полем, создаваемым сварочным током.At the same time, the vertical movement of the side portions of the bath mirror is limited by movable ledges of the weld edges to be welded, which amounts to SCHILI kO-75% of the bath mirror area, and the central portion around the electrode to its own magnetic field created by the welding current.

.Характерно, что выход соотношени проекций из указанных пределов ведет к значительному увеличению перекоса зеркала ванны, что сопровождаетс мгновенным выплеском сварочной ванны из зазора,и,как следствие, нарушением собственно процесса сварки .It is characteristic that the output of the ratio of projections from these limits leads to a significant increase in the skew of the bath mirror, which is accompanied by an instantaneous splash of the weld pool from the gap, and, as a result, a violation of the welding process itself.

В качестве электроизол ционного материала дл кромок могут служить тугоплавкие картоноподобные флюсы, пластмассовые пластинки, керамика, фанера, карбиды и окислы различных металлов, не вступающие в реакцию со сварочнь1м флюсом и т.п.As an electrically insulating material for edges, refractory cardboard-like fluxes, plastic plates, ceramics, plywood, carbides and oxides of various metals, which do not react with welding flux, etc., can serve.

Нанесение тугоплавкого электроизо л ц юнного материала на сварочный электрод позвол ет увеличить глубину погружени эле ктрода в шлаковую ванн без увеличени скорости его подачи, и, тем самым, регулировать погонную энергию при сварке.The application of a refractory electrical material of a young material to a welding electrode allows one to increase the depth of the electrode in the slag bath without increasing its feed rate, and thereby regulate the heat input during welding.

На чертеже изоб ражена схема выполнени предлагаемого способа.The drawing shows the scheme of the proposed method.

В качестве примера выполн ют сварку алюминиевых шинопроводов сечением ItOxSIS мм в магнитном поле.As an example, welding of aluminum busbars with a section of ItOxSIS mm in a magnetic field is carried out.

На свариваемых шинах 1 собирают формирующее приспособление, состо щее из поддона 2, кристаллизаторов 3 и выводных планок , Со стороны кристаллизаторов устанавливают соленоиды (не показаны) дл - наведени магнитного пол при сварке. На свариваемые кромки шин 1 закрепл ют пластины 5 из фанеры толщиной 2 мм. В зазор ввод т сварочный электрод 6 сечением 20x130 мм, на поверхности которого закреплен картоноподобный флюс 7 на основе базальтового волокна толщиной 1 мм. К сварочному электроду 6 и поддону 2 подключают источник питани (не показан). Через отверстие (не показано) в поддоне 2 в карман поддона 2 заливают жидкий шлак 8 и одновременно включают подач электрода 6 вниз, в результате чего начинаетс сварка. В процессе сварки на свариваемых кромках шин 1 образуютс подвижные горизонтальные дуговые уступы 9 ограничивающие вертикальное перемещение боков,ыХ участков зеркала шлаковой ванны 3. Расплавленный металл электрода 6 и свариваемых кромок шин 1 образуют металлическую ванну 10, котора , кристаллизу с дае,т качественный сварной шок 11. Ширина сварного шва 11 составл ет ,70 мм Рен$им сварки: зазор - 28 мм, Uxx - « ВOn the tires to be welded 1, a forming device is assembled, consisting of a pallet 2, molds 3 and outlet bars. From the molds side, solenoids (not shown) are installed to induce a magnetic field during welding. Plates 5 of 2 mm thick plywood are fastened onto the edges of the tires 1 to be welded. A welding electrode 6 with a cross section of 20x130 mm is inserted into the gap, on the surface of which a cardboard-like flux 7 is fixed based on basalt fiber with a thickness of 1 mm. A power source (not shown) is connected to the welding electrode 6 and the pallet 2. Through a hole (not shown) in the tray 2, liquid slag 8 is poured into the pocket of the tray 2 and at the same time the feeds of the electrode 6 are turned down, as a result of which welding begins. During the welding process, on the edges of the tires 1 to be welded, moving horizontal arc steps 9 limit the vertical movement of the sides, s of the mirror sections of the slag bath 3. Molten metal of the electrode 6 and the edges of the tires 1 to be welded form a metal bath 10, which crystallizes 11. The width of the weld 11 is 70 mm. Welding them: the gap is 28 mm, Uxx - “B

- O.-.i В- O .-. I B

евev

се 5...7,5 ка Напр женность магнитного пол при сварке составл ет Н 5 . Сварка выполн етс на аппарате А550У с источником питани ТШС-10.000All 5 ... 7.5 ka. The magnetic field strength during welding is H 5. Welding is performed on the apparatus A550U with a power source TSHS-10.000

Применение предлагаемого способа позвол ет получить следующие преимущества: .открывает возможность сварки алюмини толщиной более 60 мм, чтосопроаождаетс увеличением единичной мощности электролизера; экономи сварочных материалов более, чем на 50% за счет меньшего расхода электродов; резко сокращает станочную и др. механическую обработку по устранению дефектов за счет повышени качества сварных соединений, позвол ет выполн ть сварку алюминиевых шинопроводов .на монтаже в услови х действи сильных магнитных полей. Внедрение за вл емого способа на одном алюминиевом заводе позволит получать не ме ее 15Q тыс. руб. экономии в год.The application of the proposed method makes it possible to obtain the following advantages: it opens the possibility of welding aluminum with a thickness of more than 60 mm, which is accompanied by an increase in the unit capacity of the electrolyzer; save welding materials by more than 50% due to lower consumption of electrodes; dramatically reduces machine and other mechanical processing to eliminate defects by improving the quality of welded joints; it allows welding of aluminum bus ducts to be mounted under conditions of strong magnetic fields. The implementation of the proposed method at one aluminum plant will make it possible to receive not less than 15Q thousand rubles. savings per year.

Claims

Invention Formula

The method of electroslag welding with a plate electrode of predominantly light alloys, in which electrically insulating material is applied to the plate electrode all over its perimeter, which is different in order to improve the quality of the welded joint and the stability of the welding process by ensuring guaranteed penetration

of the edges and elimination of the influence of the external magnetic field during the welding process, limit the skew angle of the weld pool to 15 degrees from the horizontal, for which the ratio of the projected electrode cross section area, welding gap area and slag bath mirror area to the horizontal plane is set to 1: (1, 2... 1,5): (2,5-.., 5), respectively, and ensure the melting of welded edges in the form of moving arc concessions, the ends of which from the side of the surface of the edges are immersed in a slag bath, for an area of 5 0, their surfaces are fixed by an electrically insulating material with a destruction temperature of 1.11, 5 times the melting point of the metal being welded.

2. The method of claim 1, wherein the electrically insulating material deposited on the electrode surface is chosen with a breakdown temperature 1.1-2.5 times higher than the melting point of the electrode metal.

Sources of information taken into account in the examination

1. Techniques for electrical welding of metals and alloys by fusion. Ed. B.E. Paton, M., Mechanical Engineering, 197, p. 644-645.

2. USSR Author's Certificate for Application No. 2177016,

cl. At 23: 25/00, 1975.

6 7

3 1