CC BY
10
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2004 р. Вип.№14
УДК 621.791.793
Чигарев В.В.1, Гавриш П.А.2, Кассов В.Д.3, Литвинов А. П.4 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ ТРАВЕРСЫ ПРЕССА
Разработан технологический процесс электрошлаковой сварки траверсы пресса. Оптимизирован состав раскислителя (фторида графита). Улучшены показатели механических свойств метала шва на 10-18%.
Создание машин и агрегатов большой единичной мощности влечет за собой укрупнение отдельных изделий, изготовление которых в цельном исполнении сопровождается определенными трудностями. Это ставит задачу разработки и дальнейшего совершенствования способов электрошлаковой сварки заготовок большой толщины (более 2000мм). Повышение эффективности кузнечно-прессового оборудования достигается за счет увеличения единичных мощностей, улучшения качества и повышения их надежности. Естественно, что с увеличением мощности резко возрастают габариты и вес основных узлов и деталей кузнечно-прессового оборудования. Для изготовления таких деталей в цельнокованном варианте требуются поковки 100-200 т, что технологически получить очень сложно. В таких случаях наиболее эффективно, использовать, электрошлаковую сварку (ЭШС) [1]. При сварке легированных сталей в околошовной зоне возможно образование трещин. Образованию трещин способствует повышенная концентрация водорода при ЭШС.
Цель работы - снижение концентрации водорода в сварном шве.
Для гидравлического пресса сваривали электрошлаковой сваркой траверсу из стали 20ХНМФ под флюсом АНФ-6, проволокой Св.08ХН2М.
Наличие водорода приводит к снижению пластичности металла околошовной зоны и приводит к образованию холодных трещин [2]. Для снижения концентрации водорода в сварном шве необходимо ограничить его поступление со сварочными материалами: снизить содержание влаги во флюсе и в сварочной проволоке. Однако снизить концентрацию водорода в сварном шве до уровня 1,8-2,0г/см3 обычными методами не удается. Поэтому был разработан метод снижения концентрации водорода путем создания принудительного градиента окислен-ности поверхности расплава шлаковой ванны [3]. В общем случае возможно применение как газообразных, так и твердых раскислителей. Однако применение газообразных раскислителей требует герметизации рабочего пространства сварки, что связано со значительным усложнением технологического процесса сварки. Поэтому в исследованиях использовали различные варианты раскисления твердыми присадками. На поверхность шлаковой ванны наводят углеродосо-держащие раскислители, для сварки траверсы пресса применили раскисление шлаковой ванны слоистым соединением графита - фторидом графита [4].
При наведении фторида графита на поверхность расплавленного шлака он претерпевает термодеструкцию. Фторид графита вспучивается, плотность его снижается в несколько раз, и он образует на шлаке „подушку", защищая расплавленный шлак от атмосферы. Углерод, входящий в состав фторида графита - активный раскислитель. Повышая окислительный потенциал поверхности шлака фторид графита способствует экстракции водорода из металла
Для исследования макроструктуры сваривали образцы-свидетели по традиционной технологии и по технологии с применением раскислителей. При сварке по традиционной технологии на макроструктуре сварного шва (рис.1) имеются трещины в околошовной зоне, а при сварке с раскислителями (рис.2) - трещин нет.
1 ГТГТУ, д-р техн. наук, проф.
2 ДГМА, науч. сотр.
3 ДГМА, канд. техн. наук
4 ПГТУ, канд. техн. наук
Рис. 1 - Макроструктура сварного шва без Рис. 2 - Макроструктура сварного
применения раскислителей шва с раскислителями
Для определения механических свойств деталей, полученных ЭШС, использовали образцы-свидетели, изготовленные, из той же марки стали. Технологические режимы сварки приведены в табл. 1.
Таблица 1 - Режимы сварки траверсы пресса и образцов свидетелей
№ п/п Напряжение сварки, В Скорость подачи электродной проволоки, м/ч Глубина шлаковой Ванны, мм Глубина металлической ванны, мм Число электродов Скорость сварки м/ч
1 48 140 45-50 10-15 5 0,42 |
2 46 130 45-50 10-15 5 0,40
о 3 50 140 45-50 10-15 5 0.45
4 47 130 45-50 10-15 5 0,42
Наиболее высокие показатели качества сварки траверсы пресса и образцов свидетелей получены при режимах сварки №1,2.
Для определения количества фторида графита - раскислителя поверхности шлаковой ванны разработана номограмма (рис.3), учитывающая размеры сварного шва. Для разработки номограммы использованы экспериментальные данные и данные работы по исследование ме-
ханизма принудительного массопереноса шихты, содержащей соединения интеркалирования графита [5].
«
а
о «
«
X Я
а Э
400
800 1200 1600 высота сварного шва, мм
2000
Рис. 3 - Номограмма расчета количества фторида графита - раскислителя Расчет проводится следующим образом:
-размер ширины зазора в верхней части свариваемых деталей соединяется прямой линией с длиной сварного шва;
-проводим вертикальную линию от показателя соответствующего высоте сварного шва; -точка пересечения этих линий с экспоненциальной кривой дает количества фторида графита.
Сборка под сварку осуществлялась в следующем порядке:
-одна из свариваемых деталей устанавливалась прокладки высотой 100мм (высота прокладки, определялась размером строп для строповки деталей);
-прихватывали к свариваемому торцу заготовки дистанционные прокладки («сухари») для фиксирования необходимой величины сварочного зазора;
-приваривали ко второй заготовке две сборочно-центрирующие планки;
-сборка заготовки велась следующим образом, навешивали вторую заготовку на первую, устраняли сборочно-центрирующими планками смещение свариваемых кромок до минимума, затем приваривали сборочно-центрирующие планки к первой заготовке и дополнительно сборочные скобы или планки в количестве, указанном в технологической карте.
Снижение количества водорода в сварном шве снижает возможность образования трещин, повышает качества металла шва. Особенно это заметно при ЭШС больших толщин металла: станин прессов, прокатных станов, архитравов.
Образцы на ударный изгиб и статическое растяжение изготавливались и испытывались, согласно ГОСТ 6996-80.
Результаты механических испытаний образцов приведены в табл.2.
Таблица 2 - Механические свойства металла сварного шва
эксперимент (7Т, МПа (7В, МПа 8, % у/,% ан, мдж/м2 при 20°С
с раскислителем 373 560 25,1 41,1 0,57
без раскислителя 350 551 22,7 36,2 0,48
Показатели механических свойств при сварке с раскислителями на 8-12% выше, чем при сварке без раскислителей. Направление дальнейших исследований - надежная защита металла шва не только от водорода, но и от других газов.
Выводы
1. Наведение на шлаковую ванну слоистых соединений графита (в частности фторида графита в количестве 8-Юг/кг) позволяет снизить концентрацию водорода в процессе ЭШС до 1,8-2,0 см3/100 г, кроме того механические свойства металла улучшаются, в частности предел прочности повышается на 8 -12 %.
2. Снижение концентрации водорода уменьшает вероятность образования трещин в околошовной зоне сварного шва.
Перечень ссылок
1. Патон Б.Е. Электрошлаковая сварка и наплавка / Б.Е. Патон ,-М.: Машиностроение, 1980,—511с.
2. Медовар Б.И. Вопросы поведения водорода при электрошлаковом переплаве / Б.И. Медовар // Специальная электрометаллургия: Сб. науч. тр. - Киев: Наукова думка.- 1972,- Ч.1.-С.74-86.
3. Гавриш П. А. Повышение качества и надежности электрошлаковой сварки бандажей обжиговой печи // Hoßi конструктивы! стал1 та стопи i методи ix обробки для шдвищення та дов-гов1чност1 вироб1в I П. А. Гавриш II Матер. IX мгжнар. наук.-техн. к о н ф. - 3 а п о р i ж ж я. 2003,-С.10.
4. Убеллоде А.Р. Графит и его кристаллические соединения / А.Р. Убеллоде, Ф.А. Льюис - М.: Мир, 1965,-265с.
5. Кассов В.Д. Исследование механизма принудительного массопереноса шихты, содержащей слоистые соединения графита / В.Д. Кассов, П.А. Гавриш II 1нтегроваш технологи та енер-гозбереження .- 2002,- №2,- С.24-28.
Статья поступила 29.12. 2003
