книги из ГПНТБ / Электрошлаковая сварка Б. Е. Патон Центральное правление Научно-технического общества машиностроительной промышленности, Общественный университет, Заочные курсы по технологии и оборудованию сварочного производства.1960 - 13 Мб

Для электрошлаковой сварки применяются трансформаторы с жесткими внешними характеристиками. Эти трансформаторы име­ ют меньший вес, при большем к. п.д. по сравнению с трансформа­ торами для дуговой сварки.

Вследствие малой индуктивности сварочной цепи в начале свар­ ки обеспечивается возможность быстрого и надежного установле­ ния электрошлакового процесса.

Для электрошлаковой сварки могут быть использованы также обычные сварочные генераторы постоянного тока; например, гене­ раторы ПСМ-1000 без балластных реостатов. Для многоэлектрод­

ной электрошлаковой сварки в настоящее время выпускаются трех­ фазные трансформаторы ТШС-1000-3 и ТШС-3000-3. Трансформа­ тор ТШС-1000-3 применяется при сварке аппаратами А-372, А-401 и др. Для сварки деталей большой толщины с применением пластин­ чатых электродов применяются трансформаторы ТШС-3000-3. Для изменения напряжения в процессе сварки трансформаторы имеют

трехполюсные контакторы, переключающие ступени первичных об­

При номинальном первичном напряжении вторичное напряжение

у трансформатора ТШС-1000-3 может изменяться в пределах от 38 до 54 в, а у трансформатора ТШС-3000-3 — в пределах от 8 до 63 в. Трансформаторы ТШС-1000-3 и ТШС-3000-3 могут использоваться для однофазной, двухфазной и трехфазной электрошлаковой свар­ ки, контактно-шлаковой сварки, отливки и подогрева слитков и дру­ гих целей.

Для электрошлаковой сварки могут быть также использованы трансформаторы для дуговой сварки под флюсом типа ТСД-1000 и

им подобные. Для трехфазного питания следует применять три та­ ких трансформатора.

40

IV. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРИМЕРЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ

1. Особенности проектирования

При конструировании сварных деталей или узлов под электро-

шлаковую сварку и при разработке технологии их изготовления не­ обходимо учитывать следующие требования.

Желательно, чтобы швы были прямолинейными и непрерывны­ ми по длине.

Следует избегать перерывов в процессе сварки из-за наличия на

детали вырезов или переходов одного типа шва к другому (напри­ мер, стыкового шва в угловой и наоборот).

Если вырезы в деталях необходимы, то их следует выполнять после сварки.

Элементы конструкций балочного типа для уменьшения величи­ ны деформаций, вызываемых электрошлаковой сваркой, целесооб­

разно изготовлять симметричными.

Швы необходимо располагать в местах, доступных для поста­ новки и передвижения сварочного автомата. Выступающие части конструкции должны быть удалены от зоны сварки на расстояние,

определяемое габаритом сварочной аппаратуры.

При электрошлаковой сварке производится принудительное фор­

мирование обеих свободных поверхностей шва. Поэтому и со сторо­

ны шва, противоположной сварочному аппарату, следует преду­ смотреть свободное пространство, достаточное для движения охлаж­

даемого ползуна или для постановки и крепления неподвижных

формирующих подкладок.

Начинать и заканчивать процесс сварки нужно на специальных технологических планках.

В начале сварки это необходимо для того, чтобы нижний учас­ ток шва (при сварке которого электрошлаковый процесс еще не установился) остался в конце — для вывода картера, то есть вне свариваемого изделия. Начальные и выводные планки могут быть выполнены заодно со свариваемой деталью, например в виде прили­ вов на литых деталях, или изготовлены отдельно и установлены на

изделие до начала сварки.

При электрошлаковой сварке деталей стержневого типа наибо­ лее удобными для сварки являются прямоугольные или кольцевые сечения (рис. 18,о,б). Успешно могут быть также сварены детали трапецеидального и других сечений (рис. 18,в,г,е), ограниченные прямыми линиями или же дугами постоянного радиуса, если углы

между ними не слишком велики.

Большие трудности создаются при сварке деталей, имеющих се­ чения переменной кривизны и в особенности с резкими изменениями толщины (рис. 18,<9).

41

В этих случаях наиболее простым способом, позволяющим ре­ шить задачу, является способ выравнивания сечения детали в мес­ те сварки.

С этой целью сечение свариваемых деталей с помощью местных приливов дополняют до прямоугольного или какого-либо другого сечения, удобного для электрошлаковой сварки. Местные приливы должны иметь толщину 50—60 мм. По окончании сварки эти при­ ливы могут удаляться с помощью кислородной резки.

Рис. 18. Сечения деталей, свариваемых электрошлаковым процессом

При изготовлении большого количества однотипных деталей,

имеющих сечения, неудобные для электрошлаковой сварки, в месте выравнивания сечения свариваемых деталей целесообразно приме­

нять медные формы или приставки, охлаждаемые водой.

Вэтом случае после сварки приходится удалять только излиш­

ний наплавленный металл.

Внастоящее время многие конструкции или детали, имеющие сложное сечение и неудобные для сварки обычными аппаратами типа А-372 Р, могут успешно свариваться с помощью способа свар­ ки «плавящимся мундштуком». Краткое описание этого способа сварки приведено выше.

42

2. Примеры применения электрошлаковой сварки в тяжелом машиностроении

Электрошлаковая сварка нашла широкое применение в произ­ водстве кузнечно-прессового оборудования, тяжелого металлурги­ ческого оборудования, толстостенных цилиндрических сосудов, ва­ лов и различных конструкций из толстого металла.

В настоящее время электрошлаковой сваркой успешно соединя­ ются детали из толстолистового проката, из литья и поковок.

Сварные конструкции, изготовляемые с помощью электрошлако­ вой сварки, можно разделить на следующие четыре группы:

а) конструкции из толстолистового проката или прокатно-свар­ ные конструкции (цилиндрические сосуды из толстых листов, эле­ менты гидропрессов, трубные доски котлов, сварные балки и др.);

б) сварно-литые конструкции (станины прокатных станов, архи­ травы гидравлических прессов, рамы пресс-ножниц и др.);

в) сварно-кованые конструкции (цилиндры крупных гидравли­ ческих прессов, валы гидротурбин, коленчатые валы и др.);

г) комбинированные конструкции из проката, поковок, литья

(станины механических ковочно-штамповочных прессов, валы гид­ роагрегатов, цилиндры шагающих экскаваторов и др.)

Электрошлаковая сварка оказывает большое влияние не только на технологию изготовления отдельных конструкций или деталей, но

ина конструкцию самих изделий и способы их изготовления.

Впроизводстве кузнечно-прессового оборудования, особенно при изготовлении мощных гидравлических прессов, применялись

весьма крупные поковки и литые детали. Отдельные элементы прес­

сов в виде крупных поковок или литья можно было изготовлять

только на заводах, имеющих уникальное кузнечно-прессовое обо­

рудование и крупные литейные цехи, оснащенные кранами боль­

шой грузоподъемности.

Благодаря применению электрошлаковой сварки промышлен­

ность освоила выпуск тяжелого оборудования, отдельные детали которого не могли бы раньше изготовлять даже самые крупные заводы.

Сейчас наблюдается тенденция замены сварно-литых и сварно­ кованых изделий прокатно-сварными.

Тяжелые колонны мощных гидропрессов вместо кованых эле­ ментов изготовляются из проката большой толщины. Сварно-литые архитравы заменяются прокатно-сварными.

Замена сварно-кованых или сварно-литых деталей тяжелых прессов прокатно-сварными позволяет значительно сократить

трудоемкость работ, а также сроки их изготовления.

Об эффективности и целесообразности замены литых конструк­ ций гидравлических прессов прокатно-сварными свидетельствуют также данные, опубликованные в иностранной литературе. Соглас­ но этим данным, при изготовлении тяжелых прокатно-сварных кон­

струкций кузнечно-прессового оборудования даже в случае приме­

43

нения ручной дуговой сварки стоимость сварных конструкций

получается значительно ниже литых.

Применение толстолистового проката взамен литья или поковок целесообразно также при изготовлении других металлоконструкций, например валов гидротурбин и гидрогенераторов, станин прокатных станов и др.

Крупные валы гидротурбин первоначально изготовлялись цель­ ноковаными. Применение электрошлаковой сварки позволило из­

менить конструкции валов и сделать их сварно-коваными или ком­

бинированными с литыми деталями. Изготовление таких валов способствовало резкому уменьшению веса отдельных деталей вала и значительно снизило трудоемкость работ. Ведутся работы по замене кованой трубы вала на сварную, изготовленную из тол­ столистового проката. Такая замена позволит снизить трудоемкость

работ и упростить технологию изготовления валов, отказавшись от трудоемкой и дорогостоящей операции — ковки.

Крупные станины прокатных станов могут успешно изготовлять­ ся с помощью электрошлаковой сварки в сварно-литом варианте. В настоящее время конструкторами разрабатывается вопрос об из­ готовлении крупных станин из толстолистового проката.

Таким образом, в производстве крупных машин и тяжелого кузнечно-прессового и металлургического оборудования наблюдает­ ся тенденция к замене сварно-литых и сварно-кованых деталей про­ катно-сварными.

Как показывает опыт наших заводов и данные иностранных фирм, такая тенденция вполне оправдана как технически, так и экономически.

Рассмотрим некоторые примеры применения электрошлаковой

сварки при изготовлении деталей в тяжелом машиностроении.

3. Сварка барабанов котлов высокого давления

Сварные барабаны котлов высокого давления изготавливаются из листовой стали марки 22К толщиной 70 и 90 мм. В зависимости от размеров и конструкции барабаны состоят из одной или несколь­ ких обечаек. В последнем случае обечайки свариваются между собой кольцевыми швами.

До применения электрошлаковой сварки барабаны котлов высо­ кого давления сваривались дуговой автоматической сваркой под флюсом, многослойными швами. В каждом шве накладывалось до 18—20 слоев. Применение многослойной автоматической сварки

требовало предварительного подогрева до 200—250°. Электрошла-

ковая сварка позволила значительно упростить всю технологию изготовления барабанов котлов.

При электрошлаковой сварке не требуется фасонной разделки кромок. Подготовка кромок производится под прямым углом с по­ мощью кислородной резки.

44

Барабаны котлов изготовляются с одним или двумя продольны­ ми швами. В первом случае обечайка котла перед сборкой валь­ цуется, а затем кромки обрезаются газом. По длине стыка через,

каждые 400 мм устанавливаются П-образные скобы.

Обечайки котлов с двумя продольными швами собираются ид

двух полуобечаек, которые штампуются на мощном гидравлическом

прессе. После штамповки производится обрезка технологического припуска по кромкам обечайки с одновременной подготовкой кро­ мок под электрошлаковую сварку. Кислородная резка кромок по­

луобечаек выполняется на специальной установке. Подготовлен­

ная под сварку обечайка подается на сварочную установку (см.

рис. 16), которая оборудована сварочным аппаратом и подъемной площадкой.

Для электрошлаковой сварки продольных швов барабанов при­ меняются рельсовые аппараты А-372М. или А-372Р, а также аппара­ ты безрельсового типа.

Питание аппаратов сварочным током производится от одно­ фазных или трехфазных трансформаторов или от генераторов по­ стоянного тока.

Для электрошлаковой сварки барабанов котлов из стали марки 22К применяются электродная проволока марки Св-10Г2 и флюс

марки АН-8.

Сварка листов толщиной 90 мм производится при следующем режиме:

металла шва и околошовной зоны и снимает внутренние напряже­ ния, возникающие при сварке.

Сварные швы и соединения, выполненные в соответствии с опи­ санной технологией, полностью удовлетворяют требованиям техни­ ческих условий и по качеству не уступают основному металлу.

4. Сварка элементов мощных гидравлических прессов

Элементы мощного гидропресса (колонны, траверсы, плиты и

т. п.) представляют собой конструкции, изготовляемые из толсто­ листового проката толщиной 130—270 мм. Для изготовления эле­

45-

После установки технологических планок с внутренней стороны полустоек устанавливаются медные подкладки, которые прижима­ ются к кромкам с помощью скоб и клиньев.

Электрошлаковая сварка швов стойки выполняется аппаратом А-372М или А-372Р. В качестве материалов для сварки применя­ ются флюс марки АН-8 и электродная проволока марки Св-08ГА.

При отсутствии флюса марки АН-8 сварку выполняют с примене­ нием флюса марки ФЦ-7.

Сварку стоек начинают со швов, связывающих полустойки с тумбой, а затем производят сварку остальных швов стоек. Приме­ няют следующий режим сварки швов стойки:

форматор ТШС-1000-3.

После электрошлаковой сварки стойки подвергаются отпуску для снятия внутренних напряжений. Термообработанные стойки со­ бирают с литой траверсой. Электрошлаковая сварка швов стоек с траверсой выполняется только с наружной, удобной для сварки стороны станины.

6. Сварка сварно-литых станин прокатных станов

Станины прокатных станов представляют собой 0-образную ра­ му, состоящую из четырех частей: верхней, нижней и двух боковин. Размеры и вес станин зависят от конструкции и мощности стана.

В каждой станине, как правило, имеются четыре стыка, соединяю­ щих верхнюю и нижнюю части станины с боковинами. В месте свар­

ки станины имеют сечение от 450X450 мм до 800X800 мм и более.

Вес крупных станин достигает 100—115 т. В качестве примера рас­ смотрим станину, изготовленную для Запорожского завода

(рис. 21). Станина имеет четыре стыка. Стыки, расположенные в

нижней части станины, имеют сечение 750—520 мм, а в верхней — 520—520 мм. Отдельные части — детали станины изготовлены литы­

ми из стали марки 25Л. Перед сборкой детали проходят черновую обработку рабочих плоскостей и подвергаются строганию или фрезе­

ровке торцовых плоскостей в местах, подлежащих сварке.

Сборка деталей станины производится на стендовой плите, где

устанавливаются опорные призмы, служащие для укладки дета­ лей станины.

•48