Спосіб електрошлакового зварювання

УКРАЇНА (19) UA (11) 15327 (13) U (51) МПК (2006) B23K 25/00 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ видається під відповідальність власника патенту (54) СПОСІБ ЕЛЕКТРОШЛАКОВОГО ЗВАРЮВАННЯ Uзо - напруга зварювання. В; Fзо - площа зазору при розрахунковому (номінальному) зазорі, м ; V зв - швидкість зварювання, м/с; К пл - коефіцієнт розплавлювання електрода, м/сА; cos - коефіцієнт потужності зварювального кола; - прихована теплота плавлення електродного металу, Втс/г; - питома вага електродного металу, г/м3; P - питома потужність втрат з поверхні шлакової ванни випромінюванням, Вт/м2. А зміну швидкості подачі зварювального дроту здійснюють прямо пропорційно площі поперечного перерізу зазору. Загальними ознаками технічного рішення, що заявляється, і аналога являються: спосіб електрошлакового зварювання плавким електродом, що включає установку заготовок з зазором в формувальний пристрій, подачу в зазор зварювального флюсу і плавкого електрода, послідовне наведення шлакової і металевої ванни при пропусканні (13) Fз - площа поперечного перерізу зазору, м2; 15327 F e - площа перерізу електрода, м2; U де Uз - змінна напруга зварювання. В; (11) Корисна модель відноситься до електрошлакового зварювання плавким електродом і може бути використана в енергетичному і хімічному машинобудуванні, виробництві будівельних конструкцій, для стикового зварювання довгомірних заготовок, наприклад стрижнів, зокрема для зварювання анкерної стяжки - круга діаметром 48-55 мм із Ст3сп. Відомий, вибраний як аналог, спосіб електрошлакового зварювання [авторське свідоцтво СРСР N854650, МКВ3: В23К 25/00, пріоритет від 09.04.79]. Спосіб електрошлакового зварювання здійснюється таким чином. Заготовки, що зварюються, встановлюють в формувальний пристрій з зазором друг щодо друга. В зазор між кромками заготовок і формувальним пристроєм подають зварювальний флюс і плавкий електрод в вигляді зварювального дроту. При пропусканні зварювального струму через заготовки і зварювальний дріт, який за допомогою привода подають в зазор, в зазорі наводять шлакову і металеву ванни. Під час процесу зварювання в залежності від площі поперечного перерізу зазору змінюють швидкість подачі зварювального дроту з одночасною зміною зварювальної напруги відповідно до залежності: Fзо p Fe' Kпл Fз Fзо Uз U * , Fе V зв cos Fз зо металевої ванни при пропусканні зварювального струму через заготовки і плавкий електрод, який відрізняється тим, що подачу в зазор плавкого електрода виконують з постійною швидкістю, наведення шлакової ванни виконують протягом 0,50,7хв. при зварювальному струмі 630-650 А, наведення металевої ванни виконують в два етапи протягом часу, що обумовлений залежністю t=0,22-0,27х10-2хS, при зварювальному струмі 530560 А, і протягом 0,5-0,7хв. при зварювальному струмі 510-540 А, де: t - час наведення металевої ванни, хв.; S - площа поперечного перерізу заготовок, мм2. UA (21) u200600612 (22) 23.01.2006 (24) 15.06.2006 (46) 15.06.2006, Бюл. №6, 2006р. (72) Щербак Валерій Миколайович, Якимчук Анатолій Васильович (73) ЗАКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "ЗАВОД КОКСОРЕМОНТ" (57) Спосіб електрошлакового зварювання плавким електродом, що включає установку заготовок з зазором в охолоджуваний формувальний пристрій, подачу в зазор зварювального флюсу і плавкого електрода, послідовне наведення шлакової і 2 (19) 1 3 15327 4 зварювального струму через заготовки і плавкий залежністю -t=0,22-0,27х10-2хS, при зварювальноелектрод. му струмі 530-560 А, і протягом 0,5-0,7хв. При зваСкладність розглянутого способу електрошларювальному струмі 510-540 А, де: t - час наведенкового зварювання полягає в необхідності спостеня металевої ванни, хв.; S - площа поперечного реження за зміною площі поперечного перерізу перерізу заготовок, мм2. зварювального зазору на рівні шлакової ванни і Перераховані ознаки складають сутність узгодження зміни двох параметрів - швидкості покорисної моделі. дачі плавкого електрода і зварювальної напруги. Причинно-наслідковий зв'язок істотних ознак Відомий вибраний як прототип спосіб елеккорисної моделі з технічним результатом трошлакового зварювання [справочник «Сварка в пояснюється наступним. машиностроении» под ред. Н. А. Ольшанского, т. Завдяки тому, що спосіб електрошлакового 1, М., 1978 г., с. 261-265]. зварювання плавким електродом включає устаСпосіб виконують таким чином: установлюють новку заготовок з зазором в охолоджуваний форзаготовки в водоохолоджуваний формувальний мувальний пристрій, подачу в зазор зварювальнопристрій з зазором і фіксують їх, засипаютьна дно го флюсу і плавкого електрода, послідовне формувального пристрою металевий порошок чи наведення шлакової і металевої ванни при металеву стружку шаром товщиною близько 10мм пропусканні зварювального струму через заготові шар зварювального флюсу товщиною 3-5мм. ки і плавкий електрод, що подачу в зазор плавкого Після чого включають воду, що охолоджує формуелектрода виконують з постійною швидкістю, навальний пристрій, в зазор між кромками заготовок ведення шлакової ванни виконують протягом 0,5подають плавкий електрод, через заготовки і 0,7хв. при зварювальному струмі 630-650 А, навеплавкий електрод пропускають зварювальний дення металевої ванни виконують в два етапи струм. В результаті розплавлення зварювального протягом часу, що обумовлений залежністю флюсу утворюється шлакова ванна. При t=0,22-0,27х10-2хS, при зварювальному струмі 530плавленні плавкого електрода і кромок заготовок 560 А, і протягом 0,5-0,7хв. при зварювальному утворюється металева ванна. В процесі елекструмі 510-540 А, де: t - час наведення металевої трошлакового зварювання здійснюють регулюванванни, хв.; S - площа поперечного перерізу заготоня зварювального струму шляхом зміни швидкості вок, мм2, забезпечується спрощення технології подачі плавкого електрода - при збільшенні зварювання із збереженням якості зварювального швидкості подачі плавкого електрода збільшується з'єднання. зварювальний струм. В запропонованому способі електрошлакового Загальними ознаками технічного рішення, що зварювання спрощення технології зварювання заявляється, і прототипу являються: спосіб елекдосягається за рахунок регулювання режимів опетрошлакового зварювання плавким електродом, рацій - при подачі в зону зварювання плавкого що включає установку заготовок з зазором в охоелектрода з постійною швидкістю регулюють час лоджуваний формувальний пристрій, подачу в наведення шлакової і металевої ванн і зварювазазор зварювального флюсу і плавкого електрода, льний струм. Причому, час наведення металевої послідовне наведення шлакової і металевої ванни ванни - період заповнення рідким металом зазору при пропусканні зварювального струму через загоміж заготівками регулюють у залежності від площі товки і плавкий електрод. поперечного перерізу заготовок. В описаному способі електрошлакового зваПеріод наведення шлакової ванни здійснюють рювання необхідність регулювання в процесі звапротягом 0,5-0,7хв. при зварювальному струмі рювання сили зварювального струму шляхом змі630-650 А. Час наведення шлакової ванни і велини швидкості подачі плавкого електрода чина зварювального струму достатні для інтенсивускладнює технологію зварювання, до того потреного розплавлення зварювального флюсу і нагрібує застосування додаткового обладнання. вання шлакової ванни до температури 2000°С. В В основу корисної моделі поставлена задача період розплавлення флюсу і його нагрівання до удосконалення способу електрошлакового зварютемператури 2000°С відбувається дугове зварювання, в якому за рахунок регулювання режимів вання, після чого електрод плавиться за рахунок операцій забезпечується спрощення технології тепла, що випромінюється шлаковою ванною. зварювання із збереженням якості зварювального В період наведення металевої ванни спочатку з'єднання. зменшують зварювальний струм до величини 530Поставлена задача вирішується тим, що в 560 А, що достатня для підтримки шлаку в розпспособі електрошлакового зварювання плавким лавленому стані, але не допускає його кипіння і електродом, що включає установку заготовок з випліскування. В цей період відбувається оплавзазором в охолоджуваний формувальний лення кромок заготовок, розплавлення плавкого пристрій, подачу в зазор зварювального флюсу і електрода за рахунок температури шлакової ванплавкого електрода, послідовне наведення ни і перемішування основного металу і металу шлакової і металевої ванни при пропусканні зваплавкого електрода, чим значно полегшується рювального струму через заготовки і плавкий спливання газових пузирів і часток шлаку і видаелектрод, відповідно до корисної моделі, подачу в лення їх з металу. Період наведення металевої зазор плавкого електрода виконують з постійною ванни виконують протягом часу, що обумовлений швидкістю, наведення шлакової ванни виконують залежністю t=0,22-0,27х10-2xS, де: t - час наведенпротягом 0,5-0,7хв. при зварювальному струмі ня металевої ванни, хв.; S - площа поперечного 630-650 А, наведення металевої ванни виконують перерізу заготовок, мм2. в два етапи - протягом часу, що обумовлений На заключному етапі наведення металевої 5 15327 6 ванни протягом 0,5-0,7хв. для запобігання утвоПриклад 1: Зварювали круг із Ст3сп діаметром рення кратерів зменшують величину зварювально48мм. Для цього в карман, що розташований в го струму до 510-540 А - виводять усадкову ракоохолоджуваному формувальному пристрою знизу, вину. укладали металевий запал. В нижню частину За допомогою запропонованого регулювання формувального пристрою встановлювали заготоврежимів операцій досягається висока якість зварки з зазором 25мм між кромками. Нижню частину ного шва, який характеризується відсутністю пір і формувального пристрою накривали верхньою шлакових включень. частиною формувального пристрою, що виконана Нижче приводиться опис способу електрошлаз отвором, і скріплювали обидві частини. В отвір кового зварювання, що заявляється, з посиланняохолоджуваного формувального пристрою засими на креслення, на яких зображені: пали 50м флюсу АН-348А ДСТ 9087-81 і опускали на фігурі 1 - схема електрошлакового зварюплавкий електрод - зварювальний дріт Ф4Св08А вання плавким електродом; ДСТ 2246-7. В якості пристрою для подачі зварюна фігурі 2 - графік зміни величини зварювального дроту використовували зварювальний вального струму в процесі електрошлакового зваавтомат АДФЖ-1002, в якості джерела живлення рювання, приклад 1. зварювальний трансформатор ТДФЖ-1002. ВмиСпосіб електрошлакового зварювання плавкали трансформатор ТДФЖ-1002 і зварювальний ким електродом 1 включає установку заготовок 2, автомат АДФЖ-1002, в отвір охолоджуваного 3 з зазором в охолоджуваний формувальний формувального пристрою подавали зварювальний пристрій 4, подачу в зазор зварювального флюсу і дріт із швидкістю 120м/г. Протягом 0,5хв. елекплавкого електрода 1, послідовне наведення трошлакове зварювання проводили зварювальним шлакової 5 і металевої б ванни при пропусканні струмом I=622 А. В цей же час в шлакову ванну зварювального струму через заготовки 2, 3 і плавдодавали 50-70г флюсу. Після наведення кий електрод 1. При цьому подачу в зазор плавкошлакової ванни вмикали насос подачі води в го електрода 1 виконують з постійною швидкістю. формувальний пристрій. Протягом наступних 4хв. Наведення шлакової ванни 5 виконують протягом електрошлакове зварювання проводили зварю0,5-0,7хв. при зварювальному струмі 630-650 А. вальним струмом I=530 А - наводили металеву Наведення металевої ванни 6 виконують в два ванну. При цьому додавали 30-50г флюсу. В етапи - протягом часу, що обумовлений останні 0,5хв. - період завершення зварювального залежністю - t=0,22-0,27х10-2хS, при зварювальпроцесу шляхом виведення усадкової раковини ному струмі 530-560 А, і протягом 0,5-0,7 хв. при електрошлакове зварювання проводили зварюзварювальному струмі 510-540 А, де: t - час навевальним струмом I=506 А. Вимикали зварювальдення металевої ванни 6, хв.; S - площа поперечний автомат АДФЖ-1002 і трансформатор ТДФЖного перерізу заготовок 2, 3, мм2. 100. Розкріплювали формувальний пристрій і виВ якості джерела зварювального струму 7 вимикали насос подачі води. Знімали верхню полокористовують джерело живлення з жорсткою хавину формуючого пристрою і виймали готовий рактеристикою Подачу плавкого електрода 1 виріб. здійснюють пристроєм 8 для подачі зварювальноПриклад 2: Зварювальні матеріали, швидкість го дроту. При утворенні шлакової 5 і металевої б подачі зварювального дроту - ті ж. Круг із Ст3сп ванн в зварювальний зазор додатково подають діаметром 50мм. Протягом 0,4хв. до моменту зварювальний флюс. утворення шлакової ванни електрошлакове зваВ процесі виконання запропонованого способу рювання проводили зварювальним струмом -I=638 електрошлакового зварювання можна виділити А. В цей же час в шлакову ванну додавали 50-70г два періоди: флюсу. Після утворення шлакової ванни вмикали І період - наведення шлакової ванни 5. В цей насос подачі води для охолодження формувальчас за рахунок плавлення зварювального флюсу ного пристрою. Протягом 5хв. електрошлакове на дні охолоджуваного формувального пристрою 4 зварювання проводили зварювальним струмом накопичується рідкий шлак, зварювальна дуга I=550 А - наводили металеву ванну. При цьому шунтується шлаковою ванною 5 і гасне. В додавали 30-50г флюсу. Останні 0,5хв. - період шлаковій ванні 5, яка являється електропровідним завершення зварювального процесу шляхом виелектролітом, при проходженні електричного ведення усадкової раковини - електрошлакове струму виділяється теплота, що достатня для зварювання проводили зварювальним струмом підтримки високої температури шлаку (до 2000°С) і I=525 А. розплавлення кромок металу заготовок 2, 3 і плавПриклад 3: Зварювальні матеріали, швидкість кого електрода 1. В цей час також продовжують подачі зварювального дроту - ті ж. Зварювали круг підведення струму, подачу плавкого електрода 1 і із Ст3сп діаметром 55мм. Протягом 0,3хв. до мофлюсу. менту утворення шлакової ванни електрошлакове II період - наведення металевої ванни 6. В цей зварювання проводили зварювальним струмом час рідким металом заповнюється зазор між I=650 А. В цей же час в шлакову ванну додавали заготівками й охолоджуваним формувальним 50-70г флюсу. Після утворення шлакової ванни пристроєм 4. Продовжують підведення струму, вмикали насос подачі води для охолодження подачу плавкого електрода 1 і флюсу. На ділянці а формувального пристрою. Протягом 6хв. елекзображений період виведення усадкової раковини. трошлакове зварювання проводили зварювальним Нижче приводяться приклади конкретної струмом -I=560 А - в зазорі між заготівками навореалізації пропонованого способу електрошлакодили металеву ванну. При цьому додавали 30-50г вого зварювання. флюсу. Останні 0,5хв. - період завершення зварю 7 15327 8 вального процесу шляхом виведення усадкової В способі електрошлакового зварювання, що раковини - електрошлакове зварювання проводизаявляється, також забезпечені оптимальні умови ли зварювальним струмом -I=540 А. для кристалізації металевої ванни, що забезпечує При електрошлаковому зварюванні пропоновисоку якість зварного з'єднання і зовнішнього ваним способом отримали зварний шов із вигляду зварного шва. Пропонований спосіб елекзадовільними експлуатаційними характеристикатрошлакового зварювання виконується на відомоми. Мікро і макро аналіз структури металу шва му обладнанні і не вимагає використання регулюпоказали відсутність пір і шлакових включень в ючої апаратури, що спрощує процес і зменшує зварному шві. його вартість. Комп’ютерна верстка Л. Купенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601