Spôsob elektrotroskového zvárania

Číslo patentu: 280762

Dátum: 15.07.1992

Autor: Murgaš Marian

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Spôsob elektrotroskového zvárania a navárania, ktorý je založený na vedení procesu odtavnou elektródou zosintrovanou na 70 až 80 % teoretickej hustoty, keď do miesta zvaru je privedené magnetické pole 0,1 až 0,15 T. Navrhované riešenie umožňuje odstránenie hrubej liatej štruktúry zvarového kovu, výrazné zlepšenie mechanických vlastností zvarového kovu s prechodovou oblasťou, podstatné zmenšenie hĺbky závaru a zníženie tepelného ovplyvnenia základného materiálu. Navrhované riešenie je možné využiť pri zváraní ocelí, najmä legovaných, pri zvaroch s veľkým objemom zvarového kovu a pri naváraní, kde sa využíva veľmi malá hĺbka závaru a nízky stupeň premiešania zvarového kovu so základným materiálom.

Text

Pozerať všetko

(19) Číslo prihlášky 6360-90 Dátum podania 19.12.1990 Číslo prioritnej prihlášky Dátum priority Krajina priority ÚRAD Dátum zverejnenia 15.07.1992 PRIEMYSELNÉ-Io Dátum zverejnenia udelenia VLASTNICTVA vo Vestníku 11.07.2000 SLOVENSKEJ REPUBLIKY v Císlo PCT(73) Majiteľ patentu Materiálovotechnologická fakulta STU, Tmava, SK(72) Pôvodca vynálezu Murgaš Marián, doc. Ing. CSc., Stupava, SKNázov vynálezu Spôsob elektrotroskového zváraniaSpôsob elektrotroskového zvárania a navárania, ktorý je založený na vedení procesu odtavnou elektródou zosintrovanou na 70 až 80 teoretickej hustoty, ked do miesta zvaru je privedené magnetické pole 0,1 až 0,15 T. Navrhované riešenie umožňuje odstránenie hrubej liatej štruktúry zvaroveho kovu, výrazné zlepšenie mechanických vlastností zvarového kovu s prechodovou oblasťou, podstatné zmenšenie hĺbky záveru a zníženie tepelného ovplyvnenia základného materiálu. Navrhované riešenie je možné využiť pri zváraní oceli,najmä legovaných, pri zvaroch s veľkým objemom zvarovćho kovu a pri naváraní, kde sa využíva veľmi malá hĺbka závaru a nízky stupeň premiešanía zvarového kovu so základným materiálom.Vynález sa týka spôsobu elektrotroskovćho zvárania a navárania vedeného neúplne zosintrovanou odtavnou elektródou s ovplyvnením procesu primámej kryštalizácie aplikáciou magnetického poľa. Navrhované riešenie umožňuje odstránenie hrubej liatej štruktúry zvarového kovu, výrazné zlepšenie mechanických vlastnosti zvarového kovu s prechodovou oblasťou, podstatné zmenšenie hĺbky závaru a zníženie tepelného ovplyvnenia základného materiálu. Navrhované riešenie je možné využiť pri zváraní oceli, hlavne pri zvaroch s veľkým objemom zvarového kovu.Elektrotroskové zváranie je charakteristické veľkým objemom kovu v tekutom stave a jeho pomalým ochladzovaním. Dôsledkom je veľká rôznorodosť štruktúry medzi oblasťou stavenia a centrálnymi oblasťami zvarového kovu,a tým i mechanických vlastností. Sú známe spôsoby na odstránenie týchto nedostatkov aplikáciou ultrazvuku, pomocných plnených elektród, reguláciou gradientov ochladzovania, miešaním kúpeľov trosky a zvarového kovu induktormi. Tieto spôsoby sa však vyznačujú veľmi nízkou účinnosťou. Je známy spôsob elektrotroskového liatia s p 0 užitím práškového polotovaru podľa PV č. 6192/90, pri ktorom je elektrotroskový proces vedený odtavnou elektródou zosintrovanou z práškového polotovaru na 65 až 80 teoretickej hustoty a ktorý prebieha za pôsobenia vonkajšieho magnetického poľa. Hlavným znakom spôsobu je využitie materiálu odtavnej elektródy na tvorbu kryštalizačných zárodkov, ktoré po vstupe do kúpeľa taveniny priaznivo vplývajú na proces primárnej kryštalizácie. Elektromagnetické sily vyvolané vzájomným pôsobením elektrického prúdu procesu s vonkajším magnetickým poľom,pôsobiace na hrote odtavnej elektródy odtrhávýú z nej tiagmenty, ktoré sa prechodom kúpeľom trosky ohrievajú,čiastočne natavujú a rafinujú. Spôsob prechodu materiálu odtavnej elektródy do kúpeľa taveniny dáva procesu mnohé znaku suspenzného liatia, resp. znaky modifikácie inaktivneho typu a im zodpovedajúce priaznivé pôsobenie na formovanie prímárnej štruktúry.Je tiež známy spôsob elektrotroskového zvárania oceli podľa AO ČSFR č. 256063 s ovplyvnením procesu primárnej kiyštalizácie aplikáciou magnetického poľa. Pri tomto spôsobe sú do oblasti tuhnutia zvarového kovu vnesené vibrácie vyvolané vzájomným pôsobením magnetického poľa so zváracim prúdom, tečúcim z odtavnej elektródy cez kúpeľ trosky do zvarového kovu a zvareneov. Spôsob rieši otázku privedenia magnetického poľa do zvaru tak, aby sa na tvorbe elektromagnetických sil podieľali všetky zložky prúdu vystupujúceho z odtavnej elektródy vejárovito do zvarového kovu a do strán do zvarencov, Na zaistenie účinnosti generovania týchto sil a homogénneho ovplyvnenia celého objemu zvarového kovu je Vektor magnetického poľa orientovaný kolmo na rovinu ñktívneho prúdového vejára, t. j. magnetické pole je privedené po bokoch pólovými nadstavcami k žehličkám tvarujúcim profil zvarového kovu, kolmo na os zvaru. Prítomnosť elektromagnetických sil v kúpeli zvarového kovu a v oblasti kryštalizačného frontu sa prejaví zjemnením primámej štruktúry zvarového kovu, dôsledkom čoho je zlepšenie mechanických vlastnosti zvarového kovu, hlavne vrubovej húževnatosti. Pri zváraní veľkých prierezov v snredových oblastiach zvarového kovu je dominujúcim faktorom pomalé chladnutie taveniny, ktoré čiastočne prekrýva efekt pôsobenia elektro magnetických síl a v týchto oblastiach má materiál horšie mechanické vlastnosti než v blízkosti zvarencov.Uvedený nedostatok odstraňuje navrhovaný spôsob elektrotroskového zvárania s ovplyvnením procesu primárnej kryštalizácie aplikáciou magnetického poľa, pri ktorom je použitá nekompaktná odtavná elektróda z práškového polotovaru zosintrovaná na 70 až 80 teoretickej hustoty. Zachováva hlavné znaky spôsobu podľa AO ČSFR č. 246063, akými sú spôsob privedenia magnetického poľa do zvaru a samotný mechanizmus pôsobenia elektromagnetických sil.Podstata vynálezu spočíva v zmene charakteru prechodu materiálu odtavnej elektródy do kúpeľa zvarového kovu z kvapkového, obvyklého pri použití kompaktnej elektródy na prechod vo forme fragmentov. Tieto sa v troske pre svoju nízku tepelnú vodivosť a pórovitosť nestihnú úplne roztaviť a vnášajú do kúpeľa zvarovćho kovu veľké množstvo kryštalizačných zárodkov. Fragmentáciu materiálu odtavnej elektródy zaisťuje pôsobenie elektromagnetických sil na hrote a pokles pevnosti neúplne zosintrovanej pórovitej ocele za tepla. Nízka elektrická a tepelná vodivosť pórovitého materiálu spôsobuje intenzívny ohrev hrotu, čo dovoľuje zmenšiť zváraci prúd asi o 35 oproti optimálnej hodnote pre kompaktnú tyčovú elektródu pri zhodných ostatných parametroch. Zníženie zváracieho prúdu vedie k úmemému zníženiu množstva tepla privádzaného do zvaru,a tým k zmenšeniu hĺbky závaru do základného materiálu a k nižšiemu tepelnému ovplyvneniu zváraných alebo naváraných objektov. Použitie samotnej nekompaktnej odtavnej elektródy bez aplikácie magnetického poľa dáva použiteľné výsledky iba vo veľmi úzkom okruhu parametrov a tepelnej bilancie procesu a nemožno ich považovať za reprodukovateľnć, lebo dochádza iba k náhodnej fragmentácii príliš veľkých častí materiálu z odtavnej elektródy, ktoré zostanú v zvarovom kove ako pórovité oblasti napriek prevažujúcemu kvapkovému procesu prechodu väčšiny kovu.Popri tvorbe síl na hrote odtavnej elektródy a v oblasti kryštalizačného frontu sa magnetické pole na výslednom efekte, prinášanom navrhovaným spôsobom zvárania, podieľa ešte svojim vplyvom na kinetiku fázových premien primámej kryštalizácie, keď posúva teploty začiatkov premien k nižším hodnotám, čim predlžuje čas zotrvania zvarového kovu v tekutom stave. Magnetické pole priaznivo vplýva na proces solidiñkácie, lebo zužuje intervaly teplôt fázových premien tuhnutia, ktoré prebiehajú lavínovite s rekalescenciou.Overovanie navrhovaného spôsobu zvárania s oceľamí ukázalo, že na vytvorenie odtavnej elektródy sú vhodné práškové polotovary s granulometriou 0,015 až 1,5 mm, pri ktorých aspoň 50 hmotnosti tvoria frakcie 0,063 až 0,16 mm bez väčších nárokov na kvalitu a čistotu vzhľadom na rafinačný účinok trosky. Na výrobu odtavnej elektródy možno použiť ľubovoľný postup práškovej metalurgie, pri ktorom voľbou parametrov lisovania alebo teploty a času spekania sa dosiahne požadovaná hustota 70 až 80 . Dolná hranica hustoty je limitovaná požiadavkou dostatočnej pevnosti elektród, ktoré sú namáhané elektromagnetickými silami a vibráciami, kde sa môžu uplatniť aj rezonančné javy. Po prekročení hranice hustoty 80 už nedochádza k fragmentácíi objektov z odtavnej elektródy, ale táto sa pri procese správa ako kompaktná s kvapkovým prechodom kovu troskou a stupeň ovplyvnenia tvorby pri SK 280762 B 6márnej štruktúry je daný iba pôsobením elektromagnetických síl.Navrhnutý spôsob elektrotroskového zvárania bol overovaný na experimentálnych zvaroch blokov z konštrukčnej nízkouhlíkovej ocele hrúbky 80 mm so zvarovou medzerou 35 mm s odtamými elektródami 0 20 mm z práškového materiálu s podobným chemickým zložením a granulometriou 0,063 až 0,32 mm, ktoré boli zosintrovanć na 75 teoretickej hustoty. Proces bol vedený pri napätí 40 V, prúde 800 A za pôsobenia magnetického poľa 0,12 T. Na zvarených blokoch vysokých 180 mm bola v dolnej častí hĺbka závaru iba 5 mm a postupne sa zväčšovala, keď vo výške nad 50 mm sa už prakticky nemenila a dosiahla hodnotu okolo l 0 mm. Zvarový kov všetkých experimentálnych zvarov bol bez výskytu vnútomých defektov a na väčšine prierezu boli prakticky úplne potlačene znaky liatej štruktúry. Klasickú makroštruktúru s útvarmi zreteľne prevyšujúcimi rozmer granúl použitých na výrobu odtavných elektród tvorenú jemnými kolumnámymi zmami mal zvarový kov iba vo veľmi malých oblastiach okolo osi zvaru. Mechanické vlastnosti zvarového kovu s prechodovou oblasťou po tepelnom spracovaní boli najvyššie v zóne stavenia, v stredných partiách boli síce nižšie, ale hodnoty plastických vlastností i v týchto miestach boli na úrovni dosahovanej v základnom materiáli.Navrhovaný spôsob zvárania je vhodný na elektrotroskove zváranie hrubých blokov s vysokými nárokmi na mechanické vlastnosti zvarového kovu najmä z legovaných oceli, kde dovoľuje vcelom objeme zvam s prechodovou oblasťou dosiahnutie mechanických vlastností minimálne na úrovni základného materiálu. Zmenšenie hĺbky závaru a tepelne ovplyvnených oblastí zniálje úroveň vnútomých pnutí a stupeň deformácie zváraných konštrukcií. Vzhľadom na podstatne zmenšenie hĺbky závaru je navrhovaný spôsob zvlášť vhodný pri technológii elektrotroskového navárania, kde výrazne znižuje oproti známym postupom stupeň premiešania základného materiálu so zvarovým kovom.Spôsob elektrotroskového zvárania so zlepšenými a izotropnými mechanickými vlastnosťami zvarového kovu,s malou hĺbkou závaru a intenzitou striedavého prúdu elektrotroskovćho procesu nižšou o 15 až 35 /a, než je hodnota potrebná na vedenie procesu kompaktnou elektródou pri rovnakej rýchlosti zvárania a s procesom vedeným neúplne kompaktnou odtavnou elektródou z práškového polotovaru za pôsobenia magnetického poľa elektromagnetu alebo sústavy elektromagnetov privedeného po bokoch ku chladiacim príložkám tak, aby jeho Vektor bol kolmý na zvislú os zvam so šírkou zvarovej medzery je od 20 do 100 mm,vyznačujúci sa tým, že proces zváraniaje vedený odtavnou elektródou z práškového polotovaru s granulametriou 0,063 až 1,5 mm, pri ktorom aspoň 50 tvoria frakcie 0,063 až 0,15 mm, skompaktovanćho na 70 až 80 teoretickej hustoty, keď aspoň v priestore medzihrotom odtavnej elektrôdy a zónou tuhnutia zvarovćho kovu po celej šírke zvarovej medzery a natavenej oblasti sa pôsobí magnetickým poľom elektromagnetu alebo sústavy elektromagnetov 0,1 až 0,15 T.

MPK / Značky

MPK: B23K 25/00, B23K 9/18, B23K 13/01

Značky: elektrotroskového, zvárania, spôsob

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/3-280762-sposob-elektrotroskoveho-zvarania.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob elektrotroskového zvárania</a>

Podobne patenty