用大功率板极电渣焊焊接厚大锻件的试验研究-免下载券

(3)
B = K 极 × d极
(4)
式中: B ——工作电流, A ; d 极 ——电极直径, mm ;
K 极——电极的线电流密度, A mm , 一般
A = 36～ 64 d 极
(2)
式中: A ——电流密度, A mm 2;
d 极 ——电极直径, mm。
对于异形电极来说, 应将电极换算成等效
圆形电极来计算, 实际生产中电流密度大约在
·14·
0. 3～ 0. 6 (A mm 2) 之间波动。
工作电流按 (3) 式或 (4) 式确定:
B = 664 + 37. 6d 极
生产时间
97. 11. 03 97. 11. 10 97. 11. 21 97. 11. 26 97. 11. 28 97. 12. 02 97. 12. 09 97. 12. 11
产品规格
表2
结晶器尺寸 (mm ) (焊缝宽×长×高)
5m 法兰第一道焊缝 5m 法兰第二道焊缝 5. 3m 法兰第一道焊缝 5. 3m 法兰第二道焊缝 5m 法兰第三道焊缝 5m 法兰第四道焊缝 5. 3m 法兰第三道焊缝 5. 3m 法兰第四道焊缝
结合理论计算和电渣过程一起来选择渣量。
2) 电流密度和工作电流的选择
最佳电流密度和工作电流的选择, 除理论
计算外, 还必须针对本厂设备的具体条件和产
品对象来考虑, 我们只需求出某种条件下稳定
的工艺参数的范围, 实际生产中, 结合具体情
况, 对参数不断调整, 使其达到最佳状态。
电流密度按 (2) 式确定:
Abstract Tw o flanges a re w elded by eigh t 16M n steel fo rging b lock s w ith 1 4 length of a rc, and their w eigh ts a re sep a ra tely 24. 2t and 23t. T he electro slag w elding is by up righ t po sition, its con sum ab le electrode is m ade of the 16M n steel p la te by cu t. D u ring no rm a l w elding, the cu rren t in ten sity is 3000A up to 7000A , the seconda ry vo ltage is 62V. T he test resu lt show s tha t the p roducts have com p letely m et the design requ irem en t.
Key W ords 16M n Steel Fo rgings, F lange, E lectro slag W elding
1 前言
截面 350mm ×400mm 以上的锻件如按常 规焊接, 则耗资大、周期长、质量难以保证。 为 此, 我们用 1. 6t 电渣炉进行设备改装, 结合板 极电渣焊的特点, 先后进行了 7 次工艺试验, 不 断改进工艺措施, 终于焊出高质量的模拟试样, 并成功地在法兰锻件毛坯上进行了 8 条焊缝的 电渣焊焊接, 解决了焊缝宽度、形状及护板厚度 的选择; 电流、电压及供电制度的选择; 结晶器
补缩完毕后, 停止下降电极, 等电流到零位 后, 切断电流, 然后手动控制移开电极。
焊后停水, 撤卸水冷板, 并关闭结晶器底板 进水。
工件焊缝冷却后切割起焊槽和补缩冒口。 检查焊缝、工件尺寸, 准备下次的焊接。
4 生产的结果
经 过 反 复 7 次 的 试 生 产 摸 索, 电 渣 焊 16M n 法兰取得了成功, 焊接试板通过检测和 评定, 证明其生产工艺是可靠的。在此基础上我 们生产了 5. 3m 和 5m 两只大法兰, 其生产 过程、结果、质量情况如下。
3 电渣焊焊接工艺
(1) 生产前准备 被焊工件或试板与结晶器结合部位应加工 平整, 板面要贴紧工件, 确保焊接时不发生漏钢 现象; 正式生产时, 工件应调平、校准好尺寸, 防 止变形; 装配时应对结晶器去除油污, 打磨锈 迹。 自耗电极用 16M n 钢板切割制成, 焊接在 假电极头上, 其用量应能保证供一次焊缝使用。 化渣碳精电极用废石墨电极加工, 化渣电 极夹头应根据其形状改制。 (2) 化渣 化渣前应调好石墨电极, 保证整个化渣过 程中电极位于结晶器中心, 并加入第一批渣料。 缓慢下降电极与导电渣接触时, 开始少量 加入萤石。通电后应控制电流由大到小, 引燃正
关键词 16M n 锻件 法兰 电渣焊
T ria l R e sea rch fo r H eavy Fo rg ing s W e lded by L a rge Pow e r E lect ro slag W e ld ing w ith P la te E lect ro de
L iao Chengju Su iM ingzhang
图 1 电渣焊接过程示意图 1- 工件 2- 结晶器 3- 自耗电极 4- 变压器 5- 软电缆
6- 炉底板 7- 渣池 8- 熔池 9- 焊缝 10- 水冷板
自耗电极 3 的一端插入结晶器的液态渣池 7 里。 自耗电极 3- 渣池 7- 金属熔池 8- 焊缝 9- 炉底板 6- 水冷底板 10- 软电缆 5- 变压 器 4 形成电的回路。当电流通过回路时, 由于液 态炉渣具有一定的电阻, 一经有电流通过其中, 渣池就有电阻热析出。 自耗电极埋入渣池中的 部分就被这种渣阻逐渐加热到其熔化温度, 逐 层熔化, 沿着电极端部表面下流并在电极尖端 形成金属熔滴, 穿过渣池在炉底处汇成熔池。而 另一方面, 需焊接的两个工件的一端和水冷成 型块共同组成结晶器, 其接触渣池的一面被 1700℃～ 2000℃的渣池高温逐层熔化, 同样形
大型铸锻件
用大功率板极电渣焊 焊接厚大锻件的试验研究Ξ
廖承驹 隋明璋
(广重企业集团公司铸锻分公司, 广东 510252)
摘要 利用 8 件 1 4 弧长的 16M n 锻件毛坯组合焊成两件法兰, 分别重达 24. 2t 及 23t。 电渣焊采用 垂直位置焊接, 自耗电极用 16M n 钢板切割制成, 正常焊接时的电流为 3000A～ 7000A , 二次电压为 62V , 检验结果证明, 产品完全达到设计要求。
5 分析和讨论
(1) 电渣过程主要参数的选择
1) 渣层厚度及渣量的选择
渣选用 CaF 2+ A l2O 3 渣系。 试验时曾用过
CaF 2+ A l2O 3+ M nO 2 + S iO 2 渣系, 但因其电渣
过程中电弧不稳定而放弃。 为保证正常电渣过
程, 渣层厚度是一个关键参数, 在实际生产中,
渣层厚度选择 70mm～ 90mm 为宜。
100×310×770 100×310×770 100×325×865 100×325×865 100×310×770 100×310×770 100×325×865 100×325×865
渣量 适量
正常阶段
电流 A 电压 V
≥5000 ≥5000 ≥5000 ≥5000 ≥6000 ≥6000 ≥6000 ≥6000
·12·
成熔滴穿过渣池, 与电极的溶化金属共同形成 熔池, 并在结晶壁和工件的纵向强冷凝固作用 下, 不断冷却, 从而得到质量优良的焊合效果。
焊接过程的四个阶段: (1) 造渣阶段。 开始电渣焊时, 在电极和起 弧槽之间引出电弧, 将不断加入的固体渣焊剂 熔化, 当渣池达到一定深度后, 熄灭电弧移出碳 精电极。 (2) 开始阶段。 渣池形成, 立即交替电极转 入电渣过程, 自耗电极和渣池产生电弧, 并熔化 自耗电极产生金属熔池。 由于此阶段电弧不稳 定, 渣池温度不高, 焊缝和母材熔合不好, 因此 起焊槽焊毕之后应割除。 (3) 正常阶段。 当自耗电极工作一段时间, 一旦电弧稳定即转入正常焊接工件的供电制 度, 随着电极不断向渣池送进, 金属熔池和渣池 逐渐上升, 远离热源的液体逐渐凝固形成焊缝。 ( 4) 补缩阶段。 在被焊工件上部装有上护 板, 以便将渣池和焊接时易于产生缩孔和裂纹 的部分的焊缝金属引出工件, 焊后应将此部分 割除。
(1) 焊接情况见表 2。 (2) 焊缝化学成分见表 3。 (3) 力学性能见表 4。 (4) 硫印试验焊缝明显好于母材。 (5) 两只组焊后的大法兰, 其变形尺寸基本 控制在 5m ±10mm 左右, 满足机加工的尺寸 要求。
炉号
生- 1 生- 2 生- 3 生- 4 生- 5 生- 6 生- 7 生- 8
～ 63 ～ 62 ～ 62 ～ 62 ～ 60 ～ 60 ～ 60 ～ 60
结果
表 面 质 量 良 好 探 伤 合 格
元素
表3
C
Si
Mn
P来自百度文库
标准
0. 12～ 0. 20
5m 法兰锻坯
0. 15
5. 3m 法兰锻坯 0. 13
0. 20～ 0. 60 0. 30 0. 33
1. 20～ 1. 60 1. 33 1. 36
大型铸锻件
常后交替电极正式进入电渣焊。 造渣供电制度为: 二次电压 53V ; 电流由小
到大 1000A～ 3000A 引燃时, 渣料不够, 允许补加渣料, 渣量控
制为电渣熔铸钢水量的 5%～ 8%。 (3) 电渣焊 交替电极后, 应根据渣温和电表读数迅速
控制升降电极, 即不断电, 电流又不过大, 均匀 上升电流, 引燃期应用手动控制自耗电极。
的完善及制造; 焊缝焊接质量的控制; 法兰收缩 尺寸的控制及变形的防止; 热处理工艺制度的 选择等等难题。特别是突破了电渣焊接小电流、 低电压、窄焊缝的传统观念, 为采用大电流、适 中电压进行电渣焊开创了一条新路。
大法兰经低倍、力学性能和金相检验完全 合格, 焊缝区经 100% 探伤也达到要求。该技术 先进、生产成本低, 且大大提前交货期, 取得了 良好的信誉和社会效益, 为厚大法兰、超大铸 件、锻件的生产提供了新工艺, 开拓了新市场。
≤0. 035 0. 019 0. 018
S
≤0. 035 0. 009 0. 021
%
Cr
Ni
≤0. 30 ≤0. 30 0. 16 0. 10 0. 04 0. 07
Mo
0. 07 0. 04
Cu
≤0. 25 0. 19 0. 17
·13·
1999 年第 4 期 (总第 86 期)
上部焊中 上部焊边 中部焊中 中部焊边
Ρb,M Pa
498 500 511 499
Ρs,M Pa
378 384 375 376
表4
A k, J
114、126、123 82、102、60 160、187、146 61、70、64
侧弯 100°
HB
无裂纹 无裂纹 无裂纹 无裂纹
160～ 170 160～ 170 160～ 170 160～ 170
Ξ 参加本试验的还有谭月枝、李杰雄、邱春笋、钟立民、胡乐乐、张观安、王允中、陈国宽、马连东、冯颖璋等。
·11·
1999 年第 4 期 (总第 86 期)
2 焊接法兰的基本过程 利用 8 件 1 4 弧长的 16M n 锻件毛坯组合
焊成两件法兰: 一件毛坯重 24. 2t; 另一件毛坯 重 23t。将一件大法兰分成 1 4 段弧锻造, 可大 大简化锻造工艺, 解决了整体锻造需超大型锻 造设备和大型钢锭的难题, 但其关键是采取电 渣焊焊接的可行性和焊接的质量。为此, 我们参 照电渣炉冶炼电渣锭的原理和电渣焊焊接工件 的方法, 成功地在试板和工件上进行了焊接, 其 基本过程如图 1 所示。
渣量的选择可以按 (1) 式确定:
G渣 = S 结 ×H 渣 ×R 渣
(1)
式中: G 渣 ——加入渣量, kg;
S 结 ——结晶器面积, cm 2;
H 渣 ——渣层厚度, cm ;
R 渣 ——熔渣比重, 约为 0. 0025kg cm 3。
需要注意的是, S 结在此结构中的结晶器应
按实际熔池的大小尺寸来计算, 实际生产中可
化渣后交替自耗电极供电制度见表 1。
焊接层次 焊接方法
开始阶段 正常阶段 补缩阶段
手动 自动 手动
表1
焊接电流, A 1000～ 5000 3000～ 7000 1000～ 5000
二次电压, V 60 62 52
补缩时应保证焊尾补缩冒口中心无深坑、 夹渣和沟痕, 自耗电极和假电极焊缝部分不能 熔化入熔池。