Ізолятор мундштука, який розплавлюється при електрошлаковому зварюванні

Винахід відноситься до галузі техніки, а саме до зварювання металів і може бути застосований до електрошлакового зварювання (ЕШЗ). Відомий ізолятор мундштука, що плавиться, електрошлакового зварювання [1], що являє собою не струмонепровідні пластини, виготовлені з флюсового матеріалу, нанесені на пластини мундштука, що плавиться. При ЕШЗ ізолятор захищає мундштук, що плавиться, від контакту з деталями, що зварюються. При використанні такого ізолятора, унаслідок розходження коефіцієнтів термічного розширення матеріалу мундштука і не струмонепровідного ізолятора, а також унаслідок термодеформації крайок, що зварюються, відбувається розтріскування флюсового ізолятора і падіння його шматків у жужільну ванну. Це приводить до охолодження зварювальної ванни, і як наслідок до звуження провару. Крім того, покриття не струмонепровідним матеріалом усієї поверхні мундштука приводить до переповнення жужільної ванни, що вимагає додаткової технологічної операції - її зливу. Якість металу зварного шва невисока, хімічна неоднорідність по висоті звареного шва досягає 10-14%. Такий ізолятор не забезпечує, легування і модифікування металу зварного шва. Відомий ізолятор мундштука, що плавиться, електрошлакового зварювання [2], що виконаний у вигляді флюсової таблетки з внутрішньою порожниною, у яку поміщені легуючі компоненти і компоненти, що модифікують. Цей ізолятор узятий за прототип. Недоліки прототипу: - невисока якість зварного шва, через хімічну неоднорідність по висоті зварного шва, - наявність лікваційних ділянок по висоті зварного шва, є ділянки з дрібнозернистою і грубозернистою структурою. В основу винаходу поставлена задача зниження хімічної неоднорідності по висоті зварного шва та зменшення лікваційних ділянок зварного шва. Поставлена задача вирішується тим, що додатково до складу компонентів уведене шарувате з'єднання графіту [3, 4]. При використанні такого ізолятора: 1. Підвищується якість зварного шва, хімічна неоднорідність по висоті зварного шва знижується до 4-6%; 2. Метал зварного шва не має помітних лікваційних ділянок, мікроструктура зварного шва дрібнозерниста; 3. Підвищуються механічні властивості зварного шва міцність, відносне подовження, відносне звуження, ударна в'язкість. Сутність винаходу полягає в тім, що в процесі ЕШЗ ізолятор нагрівається, і шарувате з'єднання графіту перетерплює термодеструкцію. При термодеструкції шарувате з'єднання графіту розширюється з різким збільшенням обсягу в 30-40 разів, у результаті цього шарувате з'єднання графіту виштовхує легуючі компоненти і компоненти, що флюсують, з таблетки ізолятора, розосереджуючи їх по обсязі розплавленої ванни металу. Таким чином, створюється рівномірність розподілу легуючих компонентів і компонентів, що модифікують. Наприклад: був виготовлений мундштук, що плавиться, із пропонованими ізоляторами. Як шарувате з'єднання графіту використовували фторид графіту. Виконували електрошлакове зварювання сталі 10ХСНД товщина 200мм. Джерело живлення 2 трансформатори ТШС-1000-3, які підключені у однофазному режимі 1/1 при рівнобіжній роботі. Зварювальний апарат А-645. Зварювання велося мундштуком, що плавиться, 6 електродами. Режими зварювання приведені в табл.1. Таблиця 1 Режими зварювання № Напруга Швидк. подавання Зварювальний п/п зварювання, В електр. дроту, м/год струм, А Глибина жужільної ванни, мм Флюс 1 50 140 2400 45-50 АН-8 2 52 130 2500 45-50 АН-8 3 50 120 2400 45-50 АН-8 Режим термообробки Високотемпературна відпуска нормалізація і високотемпературна відпуска нормалізація і високотемпературна відпуска Після зварювання проведено хімічний аналіз металу по висоті зварного шва. У табл.2 приведений хімічний склад зварного шва в різних зонах по висоті зварного шва. Таблиця 2 Хімічний склад зварного шва сталі 10ХСНД. Відстань від низу зварного шва, мм 50 100 150 200 по ГОСТ5058-80 С Si Mn Сu Ni Cr P S 0,122 0,123 0,12 0,124 0,12 0,95 0,94 0,96 0,92 0,8-1,0 0,66 0,68 0,69 0,65 0,50-0,80 0,54 0,54 0,52 0,53 0,4-0,55 0,72 0,69 0,71 0,72 0,5-0,8 0,85 0,86 0,82 0,84 0,6-0,9 0,04 0,039 0,039 0,038 0,04 0,034 0,033 0,035 0,034 0,035 Мікроструктура зварного шва дрібнозерниста, розподіл сірки по Бауману має вид рівномірної мілкоцяточної ліквації. Зразки на ударний вигін, на статичне розтягання виготовлялися і випробувалися, відповідно до ГОСТ 699666. Результати механічних дослідів приведені в табл.3. Таблиця 3 Механічні властивості металу зварного шва № п/п ізолятор, який заявляється Ізолятор прототип s T , МПа s B , МПа d,% y,% aH , МДж/м2 при 20°С 368 382 377 425 411 317 324 339 338 354 593 582 577 573 581 531 539 558 556 561 28,2 29,3 31,1 30,4 30,2 19,2 21,1 22,7 19,6 20,2 58,4 62,3 63,1 62,5 60,1 59,1 58,4 56,2 57,9 59,1 0,92 1,1 1,17 1,2 0,99 0,79 0,84 0,88 0,87 0,81 Таким чином, результати дослідів свідчать про те, що, застосовуючи такий ізолятор: - підвищується якість зварного шва, хімічна неоднорідність по висоті зварного шва знижується до 4-6%, - метал зварного шва не має помітних лікваційних ділянок, мікроструктура зварного шва дрібнозерниста, - високі механічні властивості зварного шва. Джерела інформації: 1. Электрошлаковая сварка и наплавка /Под ред. Б.Е. Патона. - М.: Машиностроение, 1980. - 511с., ил. 2. Сущук-Слюсаренко И.И., Лычко И.И. Техника выполнения электрошлаковой сварки. Киев.: Машгиз. - 1974. c.56. 3. Убеллоде А.Р., Льюис Ф.А. Графит и его кристаллические соединения. - М.: Мир. - 1965. - 265с. 4. Кассов В.Д., Гавриш П.А. Исследование механизма принудительного массопереноса шихты, содержащей слоистые соединения графита // Интегрированные технологии и энергосбережение: Харьковский политехнический институт. - 2002. - №2. - с.24-28.