Применение медных удлиненных мундштуков при электрошлаковой сварке крупногабаритных изделий из сплавов титана

В настоящее время разработана и внедрена в производство технология электрошлаковой сварки крупногабаритных изделий из сплавов титана пластинчатыми и пластинопроволочными электродами и начата разработка технологии сварки алюминия.

Способы сварки указанными электродами имеют существенные недостатки. Пластинчатыми электродами рекомендуется сваривать только изделия со швами небольшой протяженности (200—300 мм), при этом-требуется источник тока большой мощности, есть опасность замыкания пластины на изделие, для каждого свариваемого материала необходимо выбирать строго определенные материалы и размеры пластины, затруднена установка пластины и настройка автомата.

При электрошлаковой сварке пластинопроволочными электродами необходимо подбирать два сварочных материала — проволоку и пластину мундштука. При этом способе сварки весьма сложна и трудоемка также настройка автомата, а для сварки сплавов титана, когда требуется особо надежная защита от воздуха, необходим плавящийся мундштук сложной конструкции. Для каждого стыка нужно изготовлять отдельный мундштук. При сварке изделий большой толщины требуются источники тока значительной мощности.

В связи со сказанным был разработан способ электрошлаковой сварки с применением удлиненных мундштуков. В этом случае вместо пластинчатого или пластинопроволочного электродов изготавливается удлиненный медный водоохлаждаемый мундштук.

Электрошлаковая сварка с применением удлиненного мундштука ведется следующим образом (рис. 1). Свариваемые изделия 1 собираются обычным способом с формирующими планками 2 и надсгавками 8. Удлиненный мундштук 3, длина которого несколько больше длины свариваемых изделий, заводится внутрь разделки (нижний конец мундштука должен находиться на расстоянии 50—60 мм от основания шва). Во избежание замыкания мундштука на изделие и для центрирования его в разделке на мундштуке крепятся специальные изоляторы 4. Наличие изоляторов в значительной степени облегчает операцию настройки на сварку. После разведения шлаковой ванны по мере выполнения шва мундштук вместе со сварочным автоматом поднимается вверх. Сварочная проволока подается в ванну по каналам мундштука. Количество подаваемых проволок выбирается в зависимости от толщины свариваемых изделий (в расчете 50—60 мм толщины на одну проволоку). Для лучшего токоподвода мундштук имеет сменные наконечники.

В целях обеспечения подъема удлиненного мундштука со скоростью, равной скорости сварки, эта операция автоматизирована. Автоматическое регулирование подъема автомата производится с помощью вольфрамовых щупов 5. Для большей надежности автоматического регулирования щупы могут быть сдублированы. Как только поверхность шлаковой ванны 6 коснется конца щупа, срабатывает реле подъема головки (РПГ) и автомат с мундштуком начинает подниматься. При отсутствии контакта щупа с ванной реле отключается и автомат прекращает подъем. Длина вольфрамового щупа может регулироваться и устанавливаться в зависимости от требуемой величины сухого вылета проволочных электродов.

Для создания защитной атмосферы в районе сварки по каналам мундштука 3 через специальные штуцера подается защитный инертный газ. Для лучшей герметизации района сварки в верхней части стыка имеется защитный экран 7, изготавливаемый из эластичных термостойких материалов (асботкань, стеклоткань и др.). Защитный экран неподвижно крепится к выводным планкам свариваемых поковок и плотно прижимается к удлиненному мундштуку. Таким образом в районе сварки создается закрытое пространство, в котором легко поддерживать требуемый состав атмосферы над поверхностью шлаковой ванны.

Удлиненные медные мундштуки (рис. 2) должны иметь поперечный размер, зависящий от толщины свариваемого металла. Для сварки изделий различной толщины целесообразно иметь удлиненный мундштук, состоящий из отдельных секций. Тогда в зависимости от толщины свариваемых деталей берется определенное количество секций, которые легко Соединяются друг с другом.

С помощью удлиненных мундштуков выполнялась электрошлаковая сварка поковок из сплава 48-ОТЗ толщиной 200 и 400 мм. Изделия толщиной 200 мм сваривались автоматом АЭШ-1500, толщиной 400 мм — автоматом А-977, удлиненный мундштук (рис. 3) в этом случае состоял из двух секций 1, скрепленных с помощью рамки 3 и токоподвода 2.

Сварка производилась с заливкой жидкого шлака в поддон. Формирование шва осуществлялось с помощью формирующих планок. Сварка изделий толщиной 200 и 400 мм с использованием флюса марки АН-Т2 проводилась по следующим режимам:

Сварные соединения поковок разделывались на темплеты для определения механических свойств и исследования структуры.

Механические свойства металла шва (см. таблицу) при использовании проволок марок В2, 48-Т7 и 48-Т2 удовлетворяют техническим требованиям для основного металла. Твердость зон сварного соединения находится на уровне твердости основного металла.

Исследование макрошлифов сварных соединений показало, что металл шва имеет плотную однофазную структуру (рис. 4) без пор, трещин и шлаковых включений.



Разработанный способ электрошлаковой сварки крупногабаритных изделий из сплавов титана с применением медного удлиненного мундштука позволил значительно упростить технологию сварки по сравнению с технологией сварки плавящимся мундштуком и дал возможность сваривать крупногабаритные изделия проволочными электродами.