Технология производства сварно-кованных заготовок

После выверки изделия к днищу в трех местах под углом 120° приваривают карданный вал так, чтобы центр его и центр детали совпали. После окончания выверки на торец одного из свариваемых элементов устанавливают и приваривают нижнюю часть кармана и подкарманник. Устанавливают сборочные прокладки, фиксирующие нужный зазор, и обечайку подкатывают на тележке к днищу, после чего производится сварка. Перед сборкой внутрь обечайки устанавливают и выверяют подвеску внутреннего ползуна с таким расчетом, чтобы при вращении неприлегание ползуна по периметру не превышало 1—1,5 мм. Выполнение этой операции исключает возможность заклинивания внутреннего ползуна.

Сварку начинают несколько ниже горизонтальной осевой при неподвижном изделии. Вращательное движение придают ему после выхода сварочного аппарата на горизонтальный диаметр. При этом вращение от одной половины изделия к другой передается через сваренный участок шва.

При электрошлаковой сварке изделий со швами большой протяженности не исключены случаи остановки процесса сварки, приводящей к возникновению брака. Остановка процесса сварки может произойти в следующих случаях: выхода из строя работающей головки; выхода из строя сварочного трансформатора или трансформаторной подстанции, питающих рабочую головку; полного израсходования электродной проволоки работающей головки и других причин.

Для устранения перерывов в процессе электрошлаковой сварки учеными ИЭС им Е. О. Патона Г. 3. Волошкевичем, И. И. Сушуком-Слюсаренко и др. было предложено устройство для электрошлаковой сварки — так называемый дубль-аппарат, внедренный впервые на НКМЗ им. В. И. Ленина.

Дубль-аппарат, внедренный на Уралмашзаводе, отличается более совершенной конструкцией и большей надежностью в работе. Две сварочные головки смонтированы на поворотных рамах с пружинным уравновешиванием. Сварка производится одной из головок. Другая головка, подготовленная к сварке, находится в резерве. Питание к сварочным головкам подводится от отдельных сварочных трансформаторов, работающих от разных трансформаторных подстанций. При выходе из строя рабочая головка под действием уравновешивающей пружины выходит из рабочего положения, выбивая при этом защелку дублирующей головки. Последняя под действием силы тяжести переходит в рабочее положение.

Устройство позволяет заменить головки в течение 3—4 с. Технику выполнения начала и окончания электрошлаковой сварки кольцевого шва большой толщины условно можно разделить на семь этапов.

I этап — сварка нижней части кармана при неподвижном изделии с движущейся вверх сварочной головкой. Процесс начинается ниже горизонтального уровня изделия под углом 20—25° при полностью сдвинутых мундштуках. При этом расстояние между электродами должно быть равным 60 мм. Сварка начинается подачей электродной проволоки верхним мундштуком. По мере образования шлаковой ванны включается механизм, обеспечивающий поперечные колебания сварочной головки. При растекании шлаковой ванны по дну кармана- включается средний и нижний электроды.

II этап — сварка верхней части кармана с выходом на горизонтальную ось изделия. По мере заварки кармана длина шлаковой ванны увеличивается. В соответствии с этим увеличиваются размах колебаний и расстояние между Электродами. Величина поперечных колебаний увеличивается с 40 до 50 мм, расстояние, на которое верхний электрод не доходит до остановки среднего, уменьшается с 20 до 10 мм, а между средней и нижней электродными проволоками с 20 до 15 мм. По мере заполнения кармана поднимается внутренний ползун. При выходе на горизонтальную ось подъем сварочного аппарата прекращается, а сварка продолжается благодаря вращению изделия. Ползун в дальнейшем процессе сварки неподвижен. Для того чтобы он не двигался вниз вместе с изделием, его подвешивают к наружному кронштейну с помощью гибкой тяги, проходящей в зазор между свариваемыми элементами.

III этап — сварка основной части шва. При сварке основной части шва формирующие шов наружный и внутренний ползуны остаются неподвижными, а изделие вращается. Сварщик в этом случае наблюдает за режимами сварки, расстоянием между электродами, положением мундштука в свариваемом зазоре, расстоянием приближения электродов к формирующим устройствам.

В случае отклонений оператор корректирует режимы. В процессе сварки возможны замыкания верхнего и нижнего электродов о внутренний или нижний ползун. Это может произойти в результате несоосности оси изделия и оси планшайбы вращателя. В случае замыкания ограничители поперечных колебаний перемещаются на один шаг. В процессе сварки основной части шва осуществляется выплавка кармана газокислородным пламенем, т. е. делается подготовка для соединения начала шва с его концом. Линия замыкания делится на два участка: нижний — вертикальный, остальной — криволинейный.

IV этап — начало замыкания кольцевого шва. Замыкание кольцевого шва происходит при поднятом сварочном аппарате. Эта операция начинается после того, как нижняя часть линии замыкания станет вертикальной и будет прекращено вращение цилиндра. При движении сварочной головки от изделия уменьшается амплитуда колебания головки. Одновременно сдвигается нижний мундштук. При движении электрода к изделию сдвигается верхний мундштук на 5 мм, а движение сварочной головки ограничивается на такую же величину. Подобные операции повторяются на всей линии замыкания.

V этап — замыкание кольцевого шва на криволинейной части линии замыкания с вращением изделия. При выходе на криволинейную часть линии замыкания подъем аппарата прекращается, а замыкание шва выполняется в процессе вращения изделия. При этом уменьшается свариваемое сечение шва, в результате чего необходимо постепенно уменьшать расстояние между мундштуками и ограничивать амплитуду колебания сварочной головки.

VI этап — вывод нижнего электрода из работы. Когда расстояние между электродными проволоками и амплитуда поперечных колебаний достигнут минимального значения, дальнейшую сварку тремя электродами выполнять нецелесообразно.

При дальнейшем вращении изделия свариваемое сечение шва уменьшается. Соответственно должно уменьшаться расстояние между электродами и размах колебаний во избежание короткого замыкания мундштуков со стыкуемой частью шва. Операции уменьшения расстояния между электродами и сокращения размаха колебаний проводят до тех пор, пока расстояние между электродами не достигнет 60 мм, а амплитуда колебаний — 40 мм.

VII этап — вывод средней электродной проволоки из работы и окончание процесса сварки. Электрошлаковая сварка двумя электродами производится до тех пор, пока до конца шва не останется 100 мм, а далее сварка выполняется одной электродной проволокой.

Режимы электрошлаковой сварки регулируют в начале процесса и при его замыкании. В начальный период сварки, когда изделие находится в холодном состоянии, для лучшего сплавления кромок у внутреннего ползуна и достаточно быстрого разогрева стенок задается максимальное напряжение на мундштуках. Скорость подачи электродов равна 90—100 м/ч. Данный режим поддерживается при образовании шлаковой ванны, установлении стабильного электрошлакового процесса и сварки в кармане. По мере выхода шлаковой ванны к основной части шва и более интенсивного разогрева свариваемых кромок напряжение на электродах постепенно снижается с одновременным увеличением скорости подачи электродных проволок.

Сварка основной части шва ведется на следующем режиме: напряжение на мундштуках 46—48 В, скорость подачи электродных проволок 190—210 м/ч. Во избежание образования кристаллизационных трещин в замковой части шва снижается скорость подачи электродной проволоки до 100 м/ч.

Описанная технология применяется для низколегированных сталей (25ГС и пр.). При изготовлении цилиндров на НКМЗ из высокопрочных легированных сталей технологи-сварщики завода столкнулись с большими трудностями, так как с внутренней стороны в околошовной зоне были обнаружены трещины, возникающие при сварке и термической обработке. Учитывая это, были предложены сварка некоторых цилиндров плавящимся мундштуком и ряд других технологических приемов, исключающих образование трещин.

Технология для электрошлаковой сварки сварно-кованых заготовок и оборудования для ее выполнения непрерывно совершенствуются в части свариваемых материалов и размеров сварных изделий.