Электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком поковок из сплавов титана толщиной до 400 мм

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком поковок из сплавов титана толщиной до 400 мм

02.11.2020

В связи с широким применением сплавов титана для изготовления крупногабаритных изделий и конструкций встала задача разработать более совершенные методы сварки этих сплавов. При строительстве атомных подводных лодок из титановых сплавов наиболее оптимальным вариантом сварки при изготовлении крупногабаритных изделий (гребные винты, валы, корпуса подшипников, опоры, кольца и др.) является электрошлаковая сварка.

В последнее время разработана и нашла применение электрошлаковая сварка пластинчатым и пластинопроволочным электродами, а также создана технология электрошлаковой сварки проволочными электродами. Однако некоторые вопросы технологии сварки титана еще недостаточно полно отработаны и требуют доработки и усовершенствования.

В настоящей статье изложены некоторые вопросы по усовершенствованию технологии электрошлаковой сварки плавящимся мундштуком крупногабаритных изделий из сплавов титана с толщиной свариваемых элементов до 400 мм.

Формирующие устройства


При формировании шва с помощью остающихся планок, приваренных плотными швами к кромкам свариваемых изделий, обеспечивается надежное удержание шлаковой ванны и защита района сварки от воздействия воздуха. Ho при таком способе требуется значительное количество дополнительного материала и увеличиваются затраты на изготовление формирующих планок и на их удаление механическим способом после сварки.

В целях усовершенствования технологии электрошлаковой сварки поковок из титановых сплавов вместо титановых формирующих планок были использованы медные. Применение медных формирующих планок до последнего времени не давало положительных результатов, так как в образующиеся между свариваемыми кромками и планками зазоры проникал воздух и металл шва насыщался газами. Применяемые для сварки титана и его сплавов флюсы (АНТ-1, АНТ-2, АНТ-7) при высокой температуре обладают повышенной жидкотекучестью, в результате чего наблюдались утечки шлаковой ванны даже в такие щели, ширина которых не превышала 0,5 мм. Для устранения этих недостатков были проверены различные варианты уплотнения медных формирующих планок: улучшение системы прижима, создание специальных прокладок и др. Ho осуществление всех этих мероприятий не предотвращало полностью утечки шлаковой ванны и местного окисления поверхности сварного шва.
Электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком поковок из сплавов титана толщиной до 400 мм

Хорошие результаты по уплотнению зазора между медными формирующими планками и свариваемыми кромками были получены с помощью флюсовых «подушек» (рис 1). В этом случае плотность между свариваемыми кромками 1 и формирующей планкой 2 достигается путем засыпки флюса в канавки формирующих планок. Канавки 3 заполняются и уплотняются флюсом той же марки, которая применяется при сварке. Заполнение производится после полного прижатия планок к свариваемым кромкам. С каждой стороны разделки может быть по одной или по две канавки в зависимости от формы и размеров свариваемого изделия. Грануляция флюса для уплотнения выбиралась с таким расчетом, чтобы он не просыпался в щели, образующиеся между свариваемыми кромками и формирующими планками.

С помощью флюсовых «подушек» надежно уплотнился зазор, предотвратилось вытекание шлаковой ванны и исключилась возможность насыщения металла шва газами воздуха.

Для электрошлаковой сварки поковок из титановых сплавов было спроектировано и изготовлено медное водоохлаждаемое формирующее устройство (рис. 2). Для уплотнения с помощью флюсовых «подушек» боковые формирующие планки этого устройства имеют по одной канавке на каждой стороне. Наличие медного водоохлаждающего поддона дает возможность сваривать изделия без нижних надставных планок. Сварка поковок с использованием медных планок выполнялась, как обычно, с заливкой жидкого шлака. Для заливки жидкого шлака перед началом сварки на поддоне приспособления предусмотрена специальная медная воронка — «карман». С помощью такого формирующего устройства можно сваривать поковки толщиной 100—500 мм. Это осуществляется путем перемещения подвижной формирующей планки, которая с помощью винта может двигаться вдоль паза в поддоне устройства. Опробование приспособления при электрошлаковой сварке титановых поковок толщиной 150, 200 и 400 мм показало хорошие результаты и оно может быть рекомендовано для применения при сварке штатных конструкций.

На рис. 3 показана поковка толщиной 200 мм, сваренная с помощью описанного формирующего устройства. Металл шва (рис. 4) плотный, без трещин, пор и шлаковых включений.

Защита района сварки от воздействия воздуха


Наличие большого объема жидкого металла и нагретых до высокой температуры свариваемых кромок сильно усложняет защиту района сварки от воздействия кислорода и азота воздуха. Вертикальное положение сварного стыка и мощный тепловой газовый поток, направленный вверх, еще больше затрудняют защиту от воздуха. С другой стороны, наличие формирующих планок, которые на всю длину закрывают шов с двух сторон, облегчает защиту. При электрошлаковой сварке плавящимся мундштуком район сварки можно защитить от воздействия воздуха следующим образом (рис. 5). В образующееся между свариваемыми кромками 1 и формирующими планками 6 замкнутое пространство через штуцера 5, вваренные в выводные планки, подается инертный газ. По каналам плавящегося мундштука 3 непосредственно в зону сварки также подается инертный газ. Сверху разделка закрывается экраном 4, чем обеспечивается надежная защита района сварки. При заливке жидкого шлака — флюса в поддон 7 с помощью графитового тигля 8 и воронки — «кармана» 9 и пополнения шлаковой ванны за счет плавления флюсовых изоляторов отпадает необходимость производить досыпку флюса в ванну и нарушать ее защиту во время сварки. Такой способ защиты обеспечивает полную изоляцию района сварки от воздуха даже при сравнительно малом расходе инертных газов.


Структура и механические свойства сварных соединений


Для определения механических свойств сварных соединений производилась электрошлаковая сварка поковок из сплава 48-ОТЗ и 48-Т2 толщиной 400 мм. Для сварки применялся плавящийся мундштук из сплава 48-ОТЗВ сечением 15x388 мм, через который подавалось шесть электродных проволок диаметром 5 мм. Для шлаковой защиты использовался флюс марки АНТ-2.

Сварка производилась автоматом типа А-977 на следующем режиме: напряжение на ванне 16—18 в, сила тока 5000—8000 а, скорость подачи проволоки 40—60 м/час, скорость сварки 0,75 м/час, глубина шлаковой ванны 20—30 мм, величина сварочного зазора 32—34 мм, расход аргона в разделку 30—40 л/мин, по каналам мундштука 7—10 л/мин.

После сварки сварные соединения разделывались на образцы и темплеты для изучения механических свойств и структуры металла швов.

Из табл. 1 и 2 видно, что механические свойства сварных соединений находятся на уровне требований технических условий для основного металла. Исследование макро- и микроструктуры показало, что металл шва имеет плотное однородное строение. Поры, непровары, трещины и шлаковые включения отсутствуют. Использованный режим сварки обеспечивает надежный провар свариваемых кромок. Твердость металла шва (по Виккерсу) находится на уровне твердости основного металла и составляет 180—250 единиц.

Выводы


1. Разработано формирующее устройство, которое с помощью флюсовых «подушек» надежно удерживает шлаковую ванну и в достаточной степени защищает район сварки от воздействия воздуха.

2. Создана конструкция и изготовлено приспособление для электрошлаковой сварки изделий толщиной до 500 мм с формированием шва медными водоохлаждаемыми планками и медным водоохлаждаемым поддоном.

3. Определена возможность электрошлаковой сварки сплавов титана толщиной до 400 мм и показано, что механические свойства сварного соединения находятся на уровне требований технических условий для основного металла.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: