Спосіб електрошлакового зварювання листових полотнищ у вертикальному і нижньому положенні

1. Спосіб електрошлакового зварювання листових полотнищ у вертикальному і нижньому положенні нерухомим електродом великого перерізу з нанесеним рівномірним суцільним ізолюючим флюсовим шаром по поверхні електрода і подачею в зону зварювання присадного металу, який відрізняється тим, що додатковий присадний метал подають у вигляді двох складових - нерухомих пластин металевого кожуха електрода і присадного матеріалу, що подають в зону, яку утворюють в порожнині одного чи двох формуючих 3 го металу. При дуговому зварюванні, коли швидкість зварювання на порядок більша, ніж при електрошлаковому зварюванні, локальне введення енергії дозволяє одержати термічний цикл з швидким зростанням і різким падінням температури після досягнення максимального значення. При цьому зерно в зоні термічного впливу не встигає вирости, що дає більш однорідну з основним металом структуру, яка має необхідну якість по ударній в'язкості, міцності і т.п. Очевидно, що для досягнення цих значень необхідно збільшити швидкість зварювання при зменшенні зварювального зазору, що призведе до зменшення кількості присадкового металу. Ця мета буде в якійсь мірі досягнута за допомогою корисної моделі, що описується в цьому тексті. [Электрошлаковая сварка (перспективы развития). Академик Б.Е. Патон, Д.А. Дудко, А.М. Пальти, И.И. Лычко, И.И. Сущук-Слюсаренко, Автоматическая сварка, сентябрь 1999г. Стр.4-6.] За прототип корисної моделі прийнятий спосіб електрошлакового зварювання чи наплавлення виробів, що включає встановлення попередньо покритого рівномірним ізолюючим суцільним шлаковим шаром стаціонарного електрода між формуючими пристроями й оброблюваними виробами з додержанням зазорів між оброблюваними виробами і електродом, рівних величині теплового розширення електрода при його нагріванні до температури плавлення, підключення електрода і виробів до джерела живлення і пропускання електричного струму між електродом і оброблюваними виробами, при якому подають додатковий присадковий електродний матеріал в зону, яку утворюють встановленням однієї чи обох бокових сторін оброблюваних виробів, або в зону, яку утворюють в порожнині одного чи двох формуючих пристроїв, при цьому додатковий присадковий електродний матеріал підключають до окремого незалежного джерела живлення. В зону зварювання чи наплавлення подають додатковий присадковий електродний матеріал у вигляді дроту або стрічки, а також порошкового дроту, або порошкової стрічки. [Патент України №68576, А, 7 В23К 25/00, опубліков. 16.08.2004, Бюл.№8. "Спосіб електрошлакового зварювання чи наплавлення", Патон Б.Є., Ющенко К.А., Личко І.І.] До недоліків цього способу можна віднести нестабільність процесу електрошлакового зварювання при наведенні шлакової ванни, який виражається вибуховими виплесками рідкого шлаку. Ці прояви виникають в результаті встановленого мінімального зазору між пластинчатим електродом і кромками оброблюваного виробу, початок електрошлакового зварювання може відбуватися заливанням в камеру ввідних пластин порції рідкого шлаку достатньої для початку процесу, але при цьому відбувається миттєвий тепловідвід в холодні кромки виробу і формуючих пристроїв, і згущення рідкого шлака, що сприяє стіканню рідкого металу з розплавленого електрода до кромки виробу з утворенням металічної перемички. Це спричиняє коротке замикання електричного струму - наслідком є локальний перегрів з утворенням парів, які 59855 4 призводять до виплеску. Слід зазначити, що цей недолік стосується виробів товщиною більше 100мм, при зварюванні менших товщин початкового тепла достатньо для наведення стабільного процесу і прояви виплесків бувають значно рідше. Корисна модель способу електрошлакового зварювання листових полотнищ у вертикальному і нижньому положенні вирішує поставлену задачу стабілізації процесу за рахунок того, що плавлення пластинчатого електрода ізольованого шаром суцільного флюсового покриття з дотриманням зазорів рівних величині теплового розширення електрода при його нагріванні до температури плавлення відбувається при проходженні електричного струму по кільцю - електрод та пластинчатий кожух. Плавлення в прототипі відбувалось струмом, що проходив між електродом і кромками оброблюваного виробу, а також формуючими пристроями, ці умови призводили до охолодження шлакової ванни, короткого замикання струму і виплесків. Крім цього основний тепловий удар візьмуть на себе пластини кожуха електрода. Кожух прямокутної форми і за розмірами зазора між оброблюваними листовими конструкціями буде основою на якій проводиться підготовка листів до електрошлакового зварювання. Достатньо виставити листи і короткими швами ручного зварювання закріпити їх на протилежних сторонах кожуха електрода. Швидкість зварювання буде обмежуватися швидкістю плавлення електрода, а найкращі умови для плавлення - це велика потужність процесу зварювання, завдяки електроду з великим перерізом, а також можливість вивести площі перерізу електрода і кожуха на подібні біфіляру. При цьому кромки оброблюваного виробу будуть розігріватися не прямим електричним струмом, а теплом шлакової ванни. Бокові пластини кожуха, що прилягають до виробу можна віднести як до металу виробу, так і до металу електрода. В першому випадку це означає, що пластини кожуха зменшують зварювальний зазор і цим сприяють збільшенню швидкості процесу і збереженню основного металу від перегріву. Оскільки електрошлакове зварювання виконується нерухомим електродом великого перерізу, то його проведення і швидкість будуть залежати від швидкості подачі присадкового дроту в порожнини формуючих пристроїв, а пластини кожуха електрода сприяють зменшенню кількості введеного присадкового металу і цим досягається поставлена мета по покращенню самого процесу електрошлакового зварювання. Щоб реалізувати запропонований спосіб зварювання необхідно, в першу чергу підготувати електрод великого перерізу, рівномірно покритий ізолюючим шаром, що може складатися із розмеленого флюса замішаного на рідкому склі, або ж із картоноподібного флюсового матеріалу, що свого часу був розроблений УкрНПОбумпром і ІЕЗ ім. Є.О. Патона. Нижній кінець електрода не ізолюється для наведення шлакової ванни, а до верхнього кінця кріпиться струмопідвід. Ізольована частина закривається кожухом із пластин, які подібні по хімічному складу до хімскладу електрода, а їх периметр відтворює зварювальний зазор обро 5 блюваних виробів. Потрібно відмітити, що реалізація цього способу з'єднання металу листових конструкцій дасть можливість одержати геометричні параметри найближчі до розрахункових. Фіг. 1 пояснює процес електрошлакового зварювання листів у вертикальному положенні. Шлакова ванна наводиться у вхідному кармані подачею присадкового дроту 1 електродуговим процесом між оголеним нижнім кінцем електроду і дроту. Класична товщина для електрошлакового зварювання - 40 мм і в цьому випадку можна застосувати два подаючі механізми, при товщині 30 мм і менше, буде достатньо і одного механізму. Механізми подачі будуть мати потенціал електричного струму під яким знаходяться вироби, тому не потрібна їх ізоляція, а також їх можна поєднати з формуючими пристроями 6. Після наведення шлакової ванни, подачею присадкового дроту буде регулюватися швидкість електрошлакового зварювання і всі параметри електрошлакового процесу. Коли шлакова ванна глибиною 40-50мм почне обплавлювати частини кожуха 2, то електричний струм почне протікати по кільцю між електродом 4 і кожухом 2, а присадковий дріт виконуватиме функцію управління процесом і частково забиратиме тепло на своє розплавлення, рідкий метал буде формувати зварювальний шов 5 на оброблюваних виробах 7. На фіг.2 розглянемо електрошлакове зварювання листових полотнищ у горизонтальному, нижньому положенні. Цей спосіб буде наближеним до зварювання рідким металом, тому, що електрод в кожусі кріпиться до верхньої частини зварювального зазору, а глибина шлакової ванни на початку зварювання буде складатися з товщини оброблюваних виробів і електрода в кожусі, який запущений в зазор не більше, ніж на 5 мм. Оплавлюватись всі складові процесу будуть у верхній частині шлакової ванни, а кромки оброблюваного виробу будуть розігріватись теплом рідкого шлаку і захищатись ним від навколишнього середовища. Формуючі пристрої будуть формувати зварювальний шов по мірі оплавлення електрода і пересування пристроїв. Наведення електрошлакового процесу бажано проводити заливанням порції рідкого шлаку у вхідний карман. При зануренні оголеного кінця електрода 8 в рідкий шлак починається процес протікання електричного струму між електродом і пластинами вхідного карману, а також розігрівання шлакової ванни і оброблюваних виробів 9. Механізм подачі 5 присадкового дроту буде переміщуватись разом з верхнім формуючим пристроєм 4 59855 6 по мірі оплавлення електрода в кожусі і через блоки 1 за допомогою тросу рівномірно з верхнім формуючим пристроєм буде переміщуватись нижній 3. Формуючий пристрій 3 переміщується по направляючій доріжці 2 і тісно притискаються до оброблюваних виробів 9 пружинним механізмом. Від розтікання шлакової ванни по зварювальному зазору між листами захищає підпружинений водоохолоджуваний відсікач, що має ширину зварювального зазору і закріплений на нижньому формуючому пристрої - повзуні. Електрошлакове зварювання в нижньому положенні також в подальшому переходить на плавлення електрода 8 і пластин кожуха 6 електричним струмом, що проходить між ними через рідкий шлак ванни. А ізоляція на фіг.1 і фіг.2 позначена 3 і 7 відповідно. Розплавлений метал електрода, кожуха і присадкового дроту формується у зварювальний шов. Приклад: Зразки із низьколегованої сталі 09Г2С розміром 4015002000 зварюють за допомогою електрошлакового процесу з подачею двох присадкових дротів у порожнини формуючих пристроїв. Для підготовки електрода вибирають пластину із сталі 09Г2С розміром 15321600, а для кожуха дві пластини розміром 2401500 і дві пластини розміром 2201500. Зазор між зразками у зібраному вигляді одержали у розмірі 24 мм, а електрод в кожусі заповнив весь зазор і листові зразки закріплені короткими швами ручного зварювання по всій висоті між кожухом електрода і зразками. Товщина ізолюючого покриття електрода становить 2,5 мм. У вхідний карман запущений оголений електрод довжиною 40 мм, до верхнього кінця - 60 мм, підведений струм від джерела живлення постійного струму ВСЖ - 1600. Коротким замиканням, на оголений кінець електрода одного присадкового дроту розплавили дуговим процесом порцію флюса і навели шлакову ванну. Рідкий метал примусив підніматися шлакову ванну і обплавляти електрод і кожух. Подача двох присадкових дротів вирівняла проходження стабільного електрошлакового процесу. Проведено відпрацювання техніки процесу, при зменшенні швидкості подачі присадкового дроту зменшувалась швидкість зварювання і збільшувався провар кромок зразків, при збільшенні подачі дроту досягався мінімальний прогрів кромок і збільшувалась швидкість зварювання. Режим зварювання по електричному струму коливався від 900 А до 1500 А, а напруга становила 40-50 В. 7 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 59855 8 Підписне Тираж 24 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