CS210648B2 - Method of metallic workpiece flux surfacing and apparatus for making the same - Google Patents

Description

(54) Způsob navařování kovových obrobků pod tavivem a zařízení к provádění tohoto způsobu

Vynález se týká způsobu navařování kovových obrobků pod tavivem kovovými pásy odtavovanými v elektrickém oblouku za vytvoření svarových housenek o šířce více něž 75 imp, s výhodou více než 1Θ0 mm, zejména pak s použitím pásů z legované nebo nelegované oceli. Vynález še rovněž týká zařízení, к provádění uvedeného způsobu.

Svařování pod tavivem pásovými elektrodami se užívá zejména pro plátování nelegované nebo nízkolegované oceli s nekorodující nebo tvrdou kovovou vrstvou. Jako přídavného materiálu se například používá pásů z austenitických chrómniklovýčh ocelí, niklových slitin nebo bronzu, popřípadě ze středně až vysoce legovaných ocelí, odolných proti opotřebení nebo že slitin kobaltu. Ukázalo se, že nejpříznivější tloušťka pásu pro tento postup je 0,5 mm, v některých případech až 1 mm. šířka pásu v praxi hlavně používaná je 30 až 60 mm.

Ve složení přídavného kovu a základního materiálu je ve většině případů velký rozdíl, takže je žádoucí co nejmenší smísení mezi elektrodovým svarovým kovem a základním materiálem. Pokusy ukázaly, Že toto prQmísení silně vzrůstá při zvětšující se svářecí rychlosti. Není proto možné, aby při pásovém navařování pod tavivem byl plátovací výkon značně zvýšen zvětšením svařovací rychlosti. Z toho důvodu musí být svařovací rychlost udržována velmi malá; obvykle je pouze 9 až 11 cm/min.

Proto došlo к četným pokusům zvýšit plátování výkon při svařování pod tavivem, za použití pásů tím, že jako přídavného kovu se použije pásů, které jsou širší než 60 mm. Se zvětšující se šířkou pásu se však zhoršuje povrch a především okraje svarových housenek. Okraje housenek se stanou Strmými a nepravidelnými. Tím je nemožné dosáhnout bezvadného plátování, jelikož na přechodu mezi dvěma svarovými housenkami vznikají silné prohlubeniny a struskové viriěstky.

Pro odstranění tohoto nedostatku bylo také zkoušeno zlepšit Okraje svarových housenek pomocí zvlášť složených svářečích prášků s nízkou sypnou vahou 0,4 až 0,8 kg/1. Šířka svářecích ipásů, jimiž sé ještě dosáhne 'bezvadných svarových housenek, nemohla tím být však znatelně zvětšena.

Je známo, že při svařování pod tavivem pásovými elektrodami hoří elektrický oblouk střídavě na různých místech konce pásu á tato místa odtavuje. Bylo také zkoušeno učinlt pohyb tohoto elektrického oblouku rovnoměrný tím, že se védě magnetickým střídavým polem, které je namířeno na celou odtavovanou oblast elektrodového pásu

210848 a jehož silokřivky leží kolmo к odtavné hraně pásu. Byla naděje, že se tím rovnoměrněji vytvoří závěr do základního' materiálu a že bude možno užívat také širších pásů. Toto očekávání se však nesplnilo buď vůbec, nebo jen v minimální míře. To by bylo možné přičíst tomu, že již bez ovlivňování magnetickým střídavým polem hoří u elektrodového pásu širokého 60 mm časem současně dva elektrické oblouky. Jak mohlo být zjištěno, zvětšuje se s přibývající šířkou pásu počet elektrických oblouků, z čehož nutně vyplývá určitá stejnoměrnost odtavování po celé šířce pásu. Užití magnetického střídavého pole má zřejmě za následek, že se zabrání vytvoření několika elektrických oblouků, čímž se stoupající šířkou pásu stále více klesá úspěch takového ovlivňování elektrického oblouku.

Je také znám způsob užívající stacionárníhoi magnetického pole, ležícího napříč ke směru svařování, při kterém se navařuje rotující válcový základní materiál elekrodovými pásy o šířce nanejvýše 75 m-m. Závity elektromagnetu jsou přitom vinuty kolem základního materiálu, takže tento materiál přebírá funkci magnetického jádra. Tímto, způsobem má být především povrch svarových housenek učiněn hladkým. Aby bylo možno-plátovat také rovinné obrobky, bylo kromě toho navrženo použití magnetického pole, vytvořovaného magnetickou cívkou vinutou kolem pásové elektrody. V zásadě je však třeba zdůraznit, že tímto způsobem nelze svařovat pásy se šířkou větší než 75 mm.

Úlohou vynálezu je udat způsob, kterým by bylo možno zhotovit bezvadné, tj, pro plátování dokonale vhodné svarové housenky, se- Šířkou větší než' 75 mm, s výhodou větší než100 mm, a to svařováním příslušných pásů zejména s pásy z legované nebo nelegované ocele.

Tato úloha je podle vynálezu rozřešena tím, že pásová elektroda, spojená s pólem zdroje stejnosměrného proudu, se při odtavování doprovází stacionárním magnetickým pólem, přičemž silokřivky, vystupující z magnetických pólů v podstatě směrem к к povrchu obrobku, jsou zakřiveny tak, že v rozsahu okrajových pásem svařovacího pásu, jejichž velikost je */20 až Ví šířky svařovacího pásu, se nosiče pozitivních nábojů v elektrickém oblouku odklánějí do směru svařovacího pohybu, avšak šikmo navenek tak, že šířka návaru ve srovnání s šířkou housenky bez ovlivňování magnetickým polem se zvětší 0 2 až 15 mm, s výhodou o 2 až 8 mm.

Stacionární magnetické pole ovlivňující okrajová pásma svařovacího pásu má podle toho tu úlohu, aby odchylovalo nosiče pozitivních nábojů do směru svařovacího pohybu šikmo ven. Směr odchýlení a směr svařovacího pohybu musí tedy navzájem svírat úhel. Pro vymezení směru odchýlení je možno si představit, že odchýlení nosičů nábo je nastává v rovině, -která je stanovena dvěma myšlenými přímkami, které udávají Jednak dráhu nosiče náboje bez působení magnetického pole a jednak dráhu téhož nosiče náboje, avšak pod vlivem magnetického pole. Tyto obě myšlené přímky tvoří rovinu, která protíná povrch základního materiálu. Tento průsečík udává přímo směr odchýlení, který svírá úhel se směrem svařovacího pohybu. V praxi se nosiče náboje samozřejmě nepohybují podél přímé čáry, což však pro definici směru odchýlení může zůstat nepovšimnuto.

Jako směrovou hodnotu pro úhel odchýlení lze udat, že má ležet přibližně mezi 15° a 75°, jelikož příliš velký úhel odchýlení vede к sedlovému vytvoření průřezu návaru, kdežto příliš malé úhly odchýlení vedou к nepěkným a nestejnoměrným okrajům housenek, které jsou často znečištěny struskovými vměstky a proto při přesahování vedou к vadám.

Aby však nemuselo být přihlíženo к obtížně určovaným odchylovacím úhlům, bylo jako míra pro ovlivňování magnetickým polem prováděné podle vynálezu zvoleno to rozšíření šířky housenky, které se při příslušném odchylovacím úhlu pohybuje mezi 2 až 15 mm, s výhodou mezi 2 až 8 mm. Je třeba zdůraznit, že nezáleží vlastně na tom', že se dosáhlo zvětšení šířky housenky v uvedeném rozpětí,· nýbrž především na tom, že teprve-způsob podle vynálezu umožnil použití mimořádně širokých svařovacích pásů o šířce s výhodou daleko větší než 100 mm za vytvoření svarových housenek, případně až do šířky 200 mm pro plátování navařováním.

Směr, odchýlení nosičů náboje, je v elektrickém oblouku v podstatě závislý na průběhu . siiokřivěk magnetického1 pole, které,’', ovlivňuje .okrajová j pásma svářováčílió pásu· a. ;kterě. může být ' vytvářeno'-.dvěma mágne-ti.ckými póly, provážejícími okřeje⁵ pásíi-yel vhodném uspořádání· ke svářecímu pásům Přitom, záleží na stáje stejné vzdáleností magnetických pólů od okrajů svařovacího pásu, na 'výšce pólovýchploch nad povrchem obrobku a na vytvořeni pólových, ploch. 47’'.. . i

Intensita odchýlení, čili délka dráhy, kt&r rou nosič náboje urazí v důsledku.magnetického pole, závisí ža jinak stejných· před-, pokladů v ohledu velikosti částic, rychlostičástic a intensitě elektrického nábpjé há ín< tensitě magnetického póle. Cím větší je intensita póle, tím delší je dráha, 'kterou částice urazí. Potřebná intensita magnetického pole se nejjednodušším způsobem nastavuje změnou intensity magnetizačního proudu při použití elektromagnetů к vytvoření magnetického pole.

Podle vynálezu má být nezávisle na šířce použitého svařovacího pásu zvětšena šířka návaru ve srovnání к šířce housenky bez.

ovlivňování magnetickým polem o 2 áž 15 mm v důsledku odchýlení positivních no-.;

sičů - náboje magnetickým -polem. Při šířce pásu, -například 80 mm, bude šířka - návarů účelně · mít - veliko-st 82 až 84 mm, - jestliže šířce · housenky bez ovlivňování magnetickým· ..polem., má v důsledku zvolených podmínek ·· sváření · rovněž velikost - 80 mm. . Při větších - · šířkách pásu · může· být . - zapotřebí pracovat - ' s ' rozšířeními 10 až 15 mm.

Jelikož požadavky kladené na plátování jsou . .-..závislé v neposlední míře na účelu jejich · použití, dávkuje se podle dalšího provedení · vynálezu ovlivňování magnetickým polem, v·, takovém- smyslu, že rozdíly · úrovně mezi okraji' housenky a - mezi středem housenky · jsou u austenitických - návarů nejvýše 1 ·· · mm^; -a· · u návarů .tvrdého kovu nejvýše - 2 mm;;/ ;

Zařízení · podle vynálezu k provádění způsobu podle vynálezu - je vytvořeno tak, že obsahuje magnetické pole, utvořené· soustavou elektromagnetů a -s výhodou regulovatelné co do intensity, přičemž čelní plochy magnetických - jader,-· popř. čelní . . plochy konců· · magnetických jader, tvořící opačné . póly,/ jsou upraveny v okrajové oblasti odtavné· .hrany · svařovacího, pásu ve stejné vzdálenosti · · jednak - - od - . střední - · osy pásu (vzdálenost ·. a) - .a · jednak. . od · povrchu . obrobku (vzdálenost bj.

Podle · výhodného . - provedení - vynálezu jsou/magnetická jádra nebo· alespoň - konce magnetických jader, které jsou . · přivráceny k povrchu obrobku, v jedné . úrovni se svařovacím pásem a jejich. osy stojí v .podstatě kolmo· k povrchu obrobku.

Celní plochy magnetických jader, přivrá.cené k povrchu obrobku, mohou být . podle dalšího význaku. vynálezu vytvořeny polokulovité. ' ...

Podle dalšího. . provedení vynálezu jsou čelní plochy konců magnetických jader, přivrácené k povrchu obrobku, vytvořeny ' v podstatě ve tvaru · V, přičemž sevřený úhel je 20° až 90°, s · výhodou 20° .až 5(0, a že úhlové plochy obou konců jader jsou v podstatě ve . stejné úrovni.

Podle jiného . provedení vynálezu jsou magnetická jádra, popřípadě konce magnetických jader, přivrácené k povrchu obrobku, jsou upraveny přestavitelné, pokud jde o jejich vzdálenost od povrchu obrobku, popřípadě od střední osy svařovacího pásu.

Podle zvláštního provedení zařízení podle vynálezu jsou konce magnetických jader navzájem spojeny součástí, objímající na způsob svěry svařovací pás, přičemž opačné magnetické póly jsou vytvořovatelné jedinou magnetickou cívkou, upravenou ve spojovací součásti.

I v tomto případě je podle výhodného· provede ní vynálezu spojovací součást vytvořena vícedílná a přestavitelné pro přizpůsobování, popř. nastavení vzdáleností konců magnetických jader od povrchu obrobku,. popř. od střední osy svařovacího- .pásu.

Vynález bude nyní blíže vysvětlen na několika příkladech provedení v souvislosti - s výkresy, kde na obr. 1 až 3 znázorňují v pohledu shora vzhled svarových housenek pro plátování, získaných austenitickým svařovacím pásem' o šířce 150 mm při vytvoření svařovacího důlku při -ovlivňování magnetickým polem pod různými odchylovacími úhly, . obr. 4 a 5 znázorňují schematicky každý jedno provedení zařízení podle vynálezu v šikmém průmětu.

V obr. 1 je znázorněn. vzhled plátovací housenky, která v důsledku příliš malého působení magnetického pole má v důsledku příliš 'malého odchylovacího úhlu koncový kráter 1 v podobě kruhového oblouku, jakož i analogické povrchové zpeření 2, a jejíž okraje 3 jsou strmé a nepravidelné.

Obr. 2 znázorňuje působení magnetického pole, dávkované podle vynálezu, na svarové housence, která se vyznačuje plochým a rovinným vytvořením svařovacího kráteru Γ, povrchovým zpeřením 2’, které probíhá až k okrajům 'téměř přímo, a plochými úplně přímočarými housenkovými okraji 4. Směr svařování .je ' právě· .tak .jako u obr. . 1 a· 3 naznačen šipkou. 5.

V obr. 3 je naproti tomu .znázorněna svarová housenka, u které v důsledku příliš velkého· úhlu- · odchýlení . a .příslušného předávkování ' magnetickým ·· polem má svařovací.,· kráter - 1’ tvar· - hrbolatý, - způsobený... vytvořením -sedla . -na okraji housenky . .a význačný . také- -v povrchovém zpeření 2”.. Okraje 4 jsou sice v tomto případě velmi ploché a rovněž přímočaré, avšak v důsledku silného -sedlovitého vytvoření na okrajích housenky, a tím způsobení příliš velkých rozdílů v .úrovni mezi středem housenky a okraji housenky není výsledek svaření prakticky použitelný pro plátování.

Obr. 4 znázorňuje jedno -provedení svářecího zařízení podle vynálezu, u něhož svařovací pás 6 je pohybován - ve svařovacím směru 5 společně s oběma elektromagnety s -magnetickými jádry 7 a 8, upravenými vedle okrajů -svařovacího· pásu - 6 -v jedné rovině se svařovacím- pásem 6, při navařování po plátovaném povrchu obrobku 9. Magnetizační proud, který vychází ze zdroje 10 stejnosměrného proudu, je regulovatelný odporem 11 a odečitatelný na měřicím přístroji 12, protéká v opačných -směrech magnetizačními cívkami 7’ a 8’, umístěnými na jádrech 7, 8 elektromagnetů, takže na půlkulovitě vytvořené čelní ploše 13· vzniká severní pól a na analogické čelní ploše 14 vzniká jižní pól. Svařovací pás 6 je spojen s kladným pólem - svařovacího usměrňovače 15, kdežto negativní pól 'tohoto usměrňovače 15 je připojen k -obrobku 9. Dolní konec svařovacího pásu 6 je -obklopen nálevkou 17 vyplněnou svařovacím práškem 16. V důsledku připojení napětí se v odtavném pásmu 18 zapálí několik elektrických -oblouků, které roztavují dolní -odtavnou hranu 6’, svařovacího pásu 6. Odtavený kov vytvoří na obrobku plátovací vrstvu 19, která -se pokrývá struskovou vrstvou 20, na které je vrstva neroztaveného svařovacího prášku 21. Při odtavování je svařovací pás 8 předsouvacími válci 22 plynule přesouván ve směru šipky 23. Nastavitelná vzdálenost magnetických jader 7, popřípadě 8 .(měřeno od jejich středních os 29] od střední osy 24 svařovacího pásu 6 je označena a a vzdálenost čelních ploch 13, 14 (měřeno od jejich nejnižšího bodu) к povrchu obrobku 9 je označena b.

Jiné provedení zařízení podle vynálezu je znázorněno v obr. 5. Přitom je svařovací pás 8 pohybován ve směru 5 svařování současně a společně se soustavou elektromagnetu, vytvořenou z částí 25 až 28, při svařování přes plátovaný obrobek 9. Konce 27 a 28 magnetických jader jsou přitom navzájem spojeny součástí 26, která na způsob svěry objímá svařovací pás 6, a která je vytvořena v několika dílech a přestavitelně, přičemž vytvoření opačných magnetických pólů na čelních plochách 13’, popř. 14’ se vyvolá jednou příčně ležící magnetickou cívkou 25, ovinutou kolem součásti 2fi. Magnetizační proud, vycházející ze zdroje 10 stejnosměrného proudu, regulovatelný odporem 11 a odečitatelný na měřicím přístroji 12, prochází magnetickou cívkou 25 tak, že na čelní ploše 13’ vzniká severní pól a na čelní ploše 14* jižní pól. Uspořádání konců 27, 28 magnetických jader je takové, že čelní plochy 13’ a 14’ jsou ve stejné ú rovni. Jsou vytvořeny v podobě V (s osazenou špičkou) a svírají vzhledem к příslušnému konci 27, 28 magnetických jader úhel 35°.

Budiž poznamenáno, že u zařízení podle obr. 5 lze popřípadě upustit od magnetizačního proudu, jelikož vlastní pole svářecího proudu v důsledku Indukce vyvolá pole, jehož účinek může být nastavován změnou vzdáleností jader.

Dále je třeba zdůraznit, že relativního pohybu mezi obrobkem a odtavovaným elektronovým pásem, kterého je nutně zapotřebí při plátování svářením, lze dosáhnout také tím, že pásová elektroda a jí přiřazená soustava elektromagnetů jsou upraveny nepohyblivě, zatímco se pohybuje základním materiálem, jak to je obvyklé zejména při vyzdívání nádrží, reaktorů nebo pod.

Příklad provedení

Se zařízením znázorněným v obr. 5 hýla provedena celá řada svařovacích pokusů, jak je patrno z tabulky 2. Přitom sé použilo magnetizační cívky s 9000 závity a konce magnetových jader o průměru 18 mm. ко základní materiál sloužil plech o tloušťce 70 mm z nelegované ocele (0,8 % C, 0,27 % Si, 0,49 % Mn, zbytek v podstatě Fe) a použité svařovací prášky měly následující složení:

složky:	Tabulka 1 svářecí prášek A svářecí prášek В
SiO2 Ah03 CaO MgO ZrO2 CaFz MnO FeO Na2O K2O Mn Cr Ni	28,5 % 42,2 % 3,0 % 1,2 % 27,3% 21,4% 1,1 % 6,2 % 6,3 % — 21,2 % 8,1 % 1,2 % 18,5 % - 1,2 % 3.5 % — 0,7 % — 2.5 % — 2,5 % — 0,2% -

о á > о

СО > ω,

«3

-2x3

Л (0 н

υ

СО > О >řM СО > из

СО

ЧяМ ю

< ю тН о

c		c.	й
•a	a	Ě	Й g	□
		τι - Я Й И* >	Й
	2 cp, £ < CM	ω		2

К analýzám svařovacích pásů, popř. svarového kovu, uvedeným v tabulce 2, se poznamenává, že zahrnují pouze legovací prvky, důležité pro výsledek svařování; kromě obsahů nejvýše 1 % Si a nejvýše 2 % Mn sestává zbytek pokaždé ze železa, nehledě k obvyklým nečistotám.

Claims (9)

1. PREDMET

   1. Způsob .navařování kovových obrobků pod tavivem kovovými pásy odtavovanými. v elektrickém oblouku za vytváření svarových housenek o· šířce větší než 75 mm, s ' výhodou větší než 100 mm, vyznačující se tím, že pásová elektroda, spojená s pólem zdroje stejnosměrného . proudu, se při odtavování ·doprovází stacionárním- · magnetickým polem, přičemž silokřivky, vystupující z magnetických pólů v podstatě . směrem k povrchu obrobku, jsou zakřiveny tak, že v rozsahu okrajových pásem svařovacího- pásu, jejichž - velikost je 1/zo až Vt šířky svařovacího · · pásu, se nosiče positivních nábojů v elektrickém oblouku odklánějí do směru svařovacího pohybu, avšak šikmo· navenek tak, že šířka návarů ve srovnání s šířkou housenky bez ovlivňování magnetickým polem se zvětší o 2 až 15 mm, s výhodou o 2 až 8. mm.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že ovlivňování magnetickým polem se dávkuje v takovém smyslu, že rozdíly úrovně mezi . okraji housenky a mezi středem housenky j'sou u austenitických návarů nejvýše 1 mm a u' návarů tvrdého kovu nejvýše 2 mm.
3. 3. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, -že obsahuje magnetické pole, utvořené soustavou elektromagnetů a s výhodou regulovatelné co do intensity, přičemž čelní plochy (13, 14) magnetických jader (7, 8), popř. - čelní plochy (13', 14’) konců (27, 28) magnetických jader, tvořící opačné póly, jsou upraveny v okrajové oblasti odtavné hrany . (6’j svařovacího pásu (6) ve stejné vzdálenosti jednak od - střední osy pásu (vzdálenost a) a jednak · od povrchu obrobku (9) (vzdálenost b).
4. 4. Zařízení podle bodu 3, vyznačující se

   VYNALEZU tím, . že magnetická . jádra (7, · 8) nebo .alespoň konce (27, 28) magnetických jader, které jsou · přivráceny · k · povrchu -obrobku (9), jsou v jedné úrovni se svařovacím pásem (6) a -jejich osy · (29) stojí v podstatě kolmo k povrchu obrobku . (9).
5. 5. Zařízení · podle bodu ' 3 nébo 4, vyznačující · se tím, že - čelní plochy . · .(13, 14) · magnetických jader · · · (7, 8), přivrácené k povrchu · obrobku (9)', jsou · vytvořeny polokulovitá.
6. 6. Zařízení podle bodu 3 nebo· 4, vyznačující se tím, že čelní plochy (13’^ 14’) konců (27, 28) magnetických jader, přivrácených k povrchu obrobku, jsou vytvořeny v podstatě ve· tvaru V, přičemž · sevřený · · úhel je 20° až 90°, s · výhodou 20° až 50°, · a že úhlové plochy obou konců (27, 28·) jader jsou v podstatě ve stejné úrovnií
7. 7. Zařízení podle bodů 4 až 6, vyznačující se tím, že magnetická jádra (7, 8), popřípadě konce (27, 28) magnetických jader přivrácené k povrchu · obrobku,· jsou upraveny přesta-vitelně, pokud jde o jejich vzdálenost od povrchu obrobku, . popřípadě od střední osy (24) svařovacího· pásu.
8. 8. Zařízení podle bodů 3 až 6, vyznačující se tím, že konce (27, 28) magnetických · jader jsou navzájem spojeny součástí (26), objímající na způsob svěry svařovací · pás [6], přičemž opačné magnetické póly jsou vytvořovatelné jedinou magnetickou· cívkou (25), upravenou ve spojovací součásti (26).
9. 9. Zařízení podle bodu 8, · vyznačující se tím, že spojovací součást (26) je vytvořena vícedílná a přestavitelná pro přizpůsobování, popřípadě nastavení vzdáleností konců (27, 28) magnetických jader od povrchu obrobku (9), popřípadě od střední osy svařovacího pásu · (6).