Электрошлаковая сварка сущность процесса и область применения - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (голосов: 1, средняя оценка: 3,00 из 5)
Загрузка...

Электрошлаковая сварка сущность процесса и область применения

Что такое электрошлаковая сварка

В промышленных масштабах для вертикального соединения металлов используют метод ЭШС. Электрошлаковая сварка позволяет при минимальных затратах получать качественное соединение. Флюс не только предохраняет расплав от окисления, но и обеспечивает прогрев деталей. Электрод или сварная проволока выступают легирующим металлом, в составе расплава до 20% присадки. Он заполняет зазор между соединяемыми элементами, образуется плотный шов однородной структуры. Об особенностях ЭШС, преимущества и недостатках стоит сказать подробнее.

Сущность процесса и область применения

Что же такое электрошлаковая сварка? Нагрев металла в шлаковой массе, разогреваемой электрической дугой переменного тока. Она возникает между электродом и деталью. Другого не дано. Шлаковая ванна выполняет роль защитной атмосферы. С обеих сторон от расползания он сдерживается двумя параллельно расположенными бегунами. Они ограничивают площадь разогрева деталей. Электрод или присадочную проволоку опускают во флюс. При прохождении тока он плавится, образуя с металлом ванну расплава.

В сущности, электрошлаковая сварка – это бездуговая вертикальная сварка, в процессе задействован температурный потенциал разогреваемого током шлака. Он остается в зоне шва благодаря ползунам. Фокус заключается в том, что вертикальным способом можно за один проход проварить толстый слой сплава.

В процессе разогрева жидкий металл за счет большой плотности оседает вниз, заполняя зазор, а легкие шлаковые образования всплывают, захватывая с собой пузырьки воздуха из расплава. Ванна расплава четко разграничена на две фракции: металл/неметалл благодаря высоте сварочной зоны.

Область использования метода ЭШС ограничена:

  • не применяется для тонкостенных элементов, они под шлаком расплавятся полностью;
  • не образует разнонаправленных швов;
  • размер деталей не должен выходить за рамки возможностей установки ползунов.

Метод удобен для сварки массивных элементов из различных стальных сплавов от чугуна до высоколегированных.

Виды электрошлаковой сварки

Разновидности ЭШС по виду присадки, способу ее подачи:

  1. С использованием проволоки. Она подается в ванну расплава постепенно, сверху вниз, вслед за перемещающимися в одной горизонтальной плоскости электродами.
  2. С использованием пластин и токоподающих электродов круглой или прямоугольной формы. Пластины опускаются к зазору по мере необходимости образования расплава. В отличие от проволоки одномоментно образуют большой объем расплава.
  3. С использованием мундштука. По сути, это унификация первых двух способов. Токоподающие пластины фиксируются в определённом положении, флюс быстро прогревается. А к зазору по направляющему мундштуку подается проволока. Этот метод разработан для криволинейных швов.

Технология электрошлаковой сварки

Две свариваемые детали располагаются рядом с небольшим зазором, с торцов плотно фиксируются медными бегунами. От возбуждения электродуги слой флюса расплавляется, образуя горячий шлак. Он заполняет все ограниченное пространство. За счет хорошей электропроводности шлака дуга угасает, но движение тока при этом не прекращается, выделяется тепло, шлаковые частицы прогреваются до температуры плавления присадки и мягкости сплава. Расплав заполняет зазор, образуется однородный шов. Он защищен шлаковой ванной, разогретой свыше 1500°С. Во флюс можно одновременно опустить параллельно несколько присадок, все они будут равномерно разогреваться горячим шлаком. Подаются они всегда сверху вниз. При искусственном охлаждении ползунов (к ним подводится вода) нижние диффузионные слои твердеют постепенно и равномерно.

Виды сварных швов, образуемых методом ЭШС:

  • стыковые прямой, криволинейной формы;
  • тавровые, двутавровые;
  • угловые односторонние, двухсторонние;
  • вертикальные переменного сечения.

Оборудования и материалы для ЭШС

Технология предполагает использование ограничительных ползунов из чистых медных сплавов и шлакообразующих флюсов. Их химический состав зависит от марки стали. На флюсе типа АН-8, АН-22 или АН-47, содержащим до 40% кремния, 20% марганца и 15% алюминия, производится сварка низколегированных углеродистых сталей. Шлаковую ванну для высоколегированных сплавов, чугуна создают путем расплавления фторидных флюсов АНФ-1, АНФ-9 с оксидом титана. Для нержавеющего нужен состав АН-45 с зерном до 1,6 мм. Безмарганцевые флюсы применяют для бронированных сплавов.

Преимущества и недостатки

Логичнее начать с достоинств ЭШС:

  1. Металл не окисляется под слоем шлаковой ванны, не нужно использовать газовое оборудование для создания безопасной атмосферы.
  2. Соединяемые детали равномерно разогреваются и медленнее остывают. Нагрев начинается на уровне флюса. Благодаря «шубе» сохраняется стабильная температура в процессе образования шва. Это благотворно сказывается на качестве соединения.
  3. Параметры токовой нагрузки меньше влияют на процесс образования шва, прогрев происходит за счет разогретого шлака. При прерывании подачи электричества процесс не прерывается.
  4. За один проход проваривается металл толщиной до 200 мм, не нужно делать много проходов, сокращается время сварки. При двух электродах допустимо соединять металл толщиной свыше 200 мм.
  5. Минимизируются затраты на расходные материалы, объем шлака составляет не более 5% от объема металла, затраты на электроэнергию небольшие, нет потерь, свойственных сварке на постоянном токе.
  6. Высокий коэффициент полезного действия. При минусе временных и денежных затрат – большой объем работ хорошего качества.
  7. Минимизируется человеческий фактор: автоматически выдерживается заданное расстояние электрода до детали.
  8. Сокращается время подготовительного этапа, разделки кромок не требуется. Заплавляется зазор между деталями.

Несколько минусов, которые нельзя скидывать со счетов:

  1. Вариативность швов уменьшается, методом ЭШС выполняют только вертикальные или сильно приближенные к ним швы.
  2. Процесс непрерывный, нельзя остановиться на середине шва, пострадает качество соединения.
  3. Высокая зернистость диффузионного слоя, при минусовых соединениях пластичность металла существенно снижается, шов приобретает хрупкость.

В промышленных масштабах электрошлаковая сварка экономически целесообразна при соединении толстых элементов. Для тонкостенных деталей расходы на оборудование окажутся слишком большими.

Электрошлаковая сварка

Аналоги подобных работ стали появляться вместе с развитием металлургической отрасли. Металлические изделия применялись в создании угольных и железных шахт, и в местах добычи полезных ископаемых. Однако удобного оборудования в то время не было, и части соединяли кузнечным методом.

В современном мире есть множество аппаратов, которые используют различные источники энергии. Однако, ввиду специфики, большинство из них используется редко. И шлаковый вариант попадает в эту категорию. Нет, низкая популярность не говорит о плохом качестве готовой продукции, просто процедура обладает своим своеобразие.

Особенности процесса сваривания и типы ЭШ сварки

Здесь к главному отличию относится отсутствие электрической дуги. Вся электроэнергия поступается в шлак, являющийся проводником. Благодаря такой реакции выделяется нужное для расплавки количество тепла. Специальный электрод погружают в подготовленную ёмкость с побочными продуктами. Здесь отсутствует горение дуги, но ток продолжает поступать через расплавленный шлак. Следует отметить, что у данных работ есть отличительные черты:

  • расстояние между плитами, которые находятся в вертикальном положении;
  • активная плоскость не контактирует с кислородом, поскольку вся площадь закрыта шлаком;
  • электрошлаковая сварка сопровождается малым расходом флюса, и шов легируется электродной проволокой;
  • сплав долго пребывает жидким, благодаря чему из состава испаряются лишние газы.

Сварные соединения, выполняемые электрошлаковой сваркой

Также присоединение звеньев протекает при помощи плоского электрода. Цилиндрические тоже можно эксплуатировать, но он доставит дополнительных трудностей. Чаще шов наносят сверху в низ, а между обоими предметами допускается наличие зазора. Но для правильности припайки в пустой промежуток помещаются медные ползунки имеющие свойства кристаллизации.

Важный момент! Сущность проведения электрошлаковой сварки заключается в расплавлении и последующем быстром охлаждении листов.

И если проводить такие манипуляции на открытом воздухе, то на поверхности способны появиться трещины. Но шлаковая субстанция защищает от подобных неприятностей.

Такая методика даёт возможность скреплять полосы неограниченной толщины, однако, исполнение работы невозможно в домашних условиях. Ведь весь механизм имеет большие габариты, а способы перемещения оборудования для электрошлаковой сварки подразумевают эксплуатацию рельсовых установок. А главным узлом является агрегат, подающий проволоку в соединительную зону.

Что касается дополнительных тонкостей, то жар, исходящий от ванны, оказывает влияние на прилегающие ко шву участки. Происходит такое из-за сильных перепадов температуры. Околошовные зоны делятся на несколько классов:

  1. Перегрева. В этом месте зёрна основного металла значительно увеличиваются.
  2. Участок полной перекристаллизации. Здесь протекают фазы превращения, но нагрева недостаточно для роста зерна.
  3. Самая дальняя зона. Тут происходит снижение прочности зоны, которое можно исправить грядущей термообработкой.

Да, такая автоматическая сварка невозможна в частном хозяйстве, но человек может обзавестись электрошлаковой плавильней. Она не занимает много пространства, проста в использовании, а для исходного сырья можно использовать всё что угодно: ржавые железки, чистые куски сплавов, стружку и прочее.

Чтобы правильно пользоваться таким устройством, необходимо получить важные знания. В частности, про характеристики металлопроката. Например, пластины повышенной толщины, сделанные из чугуна, титана, меди, алюминия и их аналоги, отлично подходят для такой процедуры. Однако такой вариант не годиться для спайки тонких объектов. Что касается использования, то его проще понять по зарисовкам. Схема всего процесса электрошлаковой сварки позволяет понять всю технику и особенности применения агрегата.

Технология ЭШС

Всё начинается со сборки деталей: устанавливают две пластины на определённом расстоянии друг от друга, снизу с и обеих сторон устанавливают специальные скобы, которые фиксируют заготовки. Затем в пустой промежуток помещают сварочную проволоку и засыпают флюсом (в дальнейшем он будет расплавляться, образуя твёрдую основу). После накопления определённого количества жидкого шлака дуга шунтируется им и гаснет. Далее, электроэнергия течёт сквозь побочные продукты, которые имеют завышенные параметры сопротивления. В ходе проведения процесса сваривания создаётся высокотемпературная обстановка, которая доводит железо до расплавленного состояния. Также в ходе наложения шва гладь проходит стадию охлаждения.

Читайте также:  Серый чугун его характеристики и применение

По мере поднятия ванны фиксирующие скобы демонтируют и образуется ровная и прочная спайка. Однако это не окончательный этап, ведь требуется зачистить готовый шов, удаляя поверхностные трещины и раковины. Технологические планки, которые монтировались в начале процедуры, срезают болгаркой или другим инструментом. Технология осуществления электрошлаковой сварки позволяет получить высококлассный экземпляр, который можно подвергать последующей ковке и штамповке. Следует отметить, что методика показывает высочайшую эффективность при конструировании кольцевых соединений.

Технология электрошлаковой сварки

Несмотря на всю сложность, многие предприятия активно практикуют такой подход. Дело в том, что полученное соединение получается настолько качественным, что оно схоже с основной структурой заготовки. При всём этом пропадает необходимость в отливке и ковке большинства деталей. Также электрошлаковая сварка менее затратная, а схема, на которой хорошо видны все этапы, свидетельствует прямым тому подтверждением.

Прогресс не стоит без дела, и с каждым годом появляются свежие приёмы, позволяющее решить трудные задачи металлургической отрасли. Относятся совершенствования не только к появлению новых приспособлений, но и к обнаружению новых материалов. Следует обозначить, что в приоритете такой «эволюции» стоит автоматизация и компактность установок, а также манера нанесения спаек.

Способы сваривания

Все действия направлены на соединение узкого круга металлов, которые попадают под класс низкоуглеродных и среднеуглеродных. В исключительных случаях допускаются легированный тип. Также все плиты должны иметь достаточную толщу. Всего есть три разновидности современной электрошлаковой сварки:

  • С применением непрерывной подачи присадочного электрода, направляющегося слева на право. Ход контакта носит возвратно-поступательный характер, что даёт высокую плотность взаимодействия;
  • С эксплуатацией плоских контактов, заменяющих ползуны из медной материи. Этот подход сопровождается меньшим расходом присадок, но электроды повинны идеально подходить под форму заготовок;
  • Третий – комбинация двух предыдущих видов. Здесь участвую сразу два вида контактов, где плоский зафиксирован на месте, а плавящийся подаётся в активную среду.

Каждый тип используется в зависимости от показателей будущего предмета и характеристик сплавляемой материи.

Какие применяют флюсы

Флюсы и шлаки для электрошлаковой сварки это одно и тоже. Данная субстанция является ведущей, и она должна соответствовать определённым условиям:

  • обеспечение старта реакции в максимально короткий промежуток времени и с любым напряжением;
  • проплавление кромок на высоком уровне;
  • высокие атрибуты и прочность готового шва;
  • простота очистки излишков по завершению действий.

Также для каждой процедуры требуется выбирать свою разновидность вещества. Например, для низколегированных или углеродистых типов железа предназначен АН-8. Режимы его прокалки составляют 400-500 °С. В химический состав гранул входят оксиды кремния, марганца, кальция, магния, алюминия. В наплавленном металле будет содержаться 0,12% фосфора и 0,1% серы.

Для высоколегированных предназначен АН-22. Эта материя похожа на стекловидное строение жёлтого цвета. Что касается режима прокалки, то он должен доходить 650-800 °С.

Флюс для электрошлаковой сварки

При обработке нержавейки используются флюсы АН-45 и его аналоги. Однако при расплавлении данного вещества наблюдается большое выделение фтористых газов, что является главным недостатком. Технологические свойства имеют следующий характер:

  1. Хорошее образование шва с плавным переходом к основе изделия.
  2. Низкая склонность к образованию сколов и трещин.
  3. Размер зёрен может быть 0,25-3,0 мм.
  4. Удовлетворительная определимость шлаковой корки.

Встречаются и менее популярные разновидности. Например, АН-9, АНФ-1, АНФ-7. Каждый из компонентов отличается химическим составом, температурой плавления и внешним видом, которые должны ещё и соответствовать ГОСТу.

Подготовка изделия к процессу сваривания

Торец предмета с габаритами не более 20 см обрабатывают газорезателем. Необходимость этой операции возникает из-за нужды откорректировать гребни и выхваты: они обязаны быть 0,2-0,3 см, с отклонением от прямого угла не более 0.4 см. Поверхность более толстых металлических изделий проходит стадию механического воздействия, а весь прокат очищают от окислов и коррозии при помощи наждачной машины. Литьё и ковка обязаны быть обработаны по аналогичной методике, и на расстоянии 8 см от торца.

Если присутствует необходимость в соединении двух прокатов с разными слоями, то в работе используют ступенчатую систему ползунов, либо над поверхностью металла большей толщины проводят удаление необходимого слоя. При скреплении кольцеобразных сплавов разность в диаметре стыка не должна быть больше 0,5, а сдвиг свыше 1 мм. Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что такие действия имеют ювелирный характер. Но тут содержится ещё один немаловажный момент: чтобы получилась качественная деталь, всю разметку нужно делать с небольшим отступом в большую сторону. Это необходимо делать из-за деформации, которая возникает в ходе воздействия жаром.

Осуществление возбуждения ЭШ процесса

Эта реакция начинается в самом начале, когда в ванне расплавляется флюс и вся зона разогревается до рабочей температуры. Также на качество оказывает сильное влияние подготовка.

Всего существует два варианта наведения шлаковой ванны:

  • твёрдый старт. Здесь плавка осуществляется за счёт электрической дуги, с последующим шунтированием и подсыпанием нового шлака;
  • жидкий старт. Тут в рабочее пространство добавляют флюсовую материю в жидком состоянии. Её предварительно расплавляют в печи.

Использование первого пункта требует больше энергетических затрат из-за повышения силы тока. Также на дно планки засыпается перемолотый порошкообразный металл, который способствует получению сварочной дуги. На протяжении всей работы необходимо следить за расходниками, и периодически добавлять их.

Материалы и оборудование при проведении ЭШС

Одним из популярных станков для данной процедуры является А535. Он предназначен для однопроходной ЭШС с переменным электричеством. Но эта установка подойдёт для ограниченной электрошлаковой сварки.

Важно добавить, что приспособление отлично справится со спайкой кольцевых и продольных швов, диаметр которых будет не более 300 мм.

  • напряжение сети – 380 В;
  • частота тока – 50 Гц;
  • количество стержней – 3 шт;
  • диаметр проволоки – 3 мм;
  • толщина металла – до 450 мм.

Аппарат для электрошлаковой сварки А535

Другое оборудование — А550. Электрошлаковая сварка с его помощью проходит по аналогичному сценарию, но тут отличаются его некоторые параметры и свойства. Некоторые производители предлагают изготовить модель по индивидуальному заказу, где его напряжение будет составлять 380 В, 415 В с частотой 50 Гц. Также можно задать высоту хода автомата, в зависимости от размеров заготовки.

Для улучшения качеств изделия могут добавляться различные присадки. Они также подаются напрямую в резервуар, где смешиваются с главным веществом и помогают на протяжении всего действия.

Преимущества и недостатки способа ЭШС

Ведущей положительной чертой этого воздействия является возможность сваривания предметов огромных габаритов. Благодаря открытию этой методики стало проще конструировать и ремонтировать массивные объекты. Другие положительные особенности процесса электрошлаковой сварки:

  • высочайшие показатели производительности при работе с крупногабаритными пластинами;
  • консервативное потребление электроэнергии и вспомогательных веществ из расчёта на 1 кг;
  • прекрасное качество скрепления, которое наделено схожестью со структурой основного материала;
  • нет нужды в разделывании кромок, что сильно облегчает подготовительные действия.

К описанию настоящих характеристик можно добавить, что эта манера является более экономной, и в теории можно сделать шов любой толщины за один проход.

Область применения

Область применения любой электрошлаковой сварки имеет узкий круг специализации. Чаще к ней прибегают в строительстве крупного транспорта, например, торговых судов. Также ЭШС помогает в строительстве массивных мостов, где качество соединения и прочность играют жизненно важную роль.

Конструкции, сваренные электрошлаковой сваркой

Именно такой манерой сваривают опорный волок толстолистового прокатного стана, вес которого составляет более 100 тонн, а сечение в несколько квадратных метров. В ходе исследования и совершенствования оказалось, что ЭШ сварку можно использовать в различных металлургических манипуляциях: электрошлаковый переплав. Отличие здесь в том, что ток подводится не к проволоке, а к электроду из переплавляемого материала. Само расплавленное вещество скапливается в ёмкости, которая охлаждается путём циркуляции воды.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Свойства и применение электрошлаковой сварки

Достаточно оригинальный и не всем известный метод сварного соединения металлических деталей – электрошлаковая сварка. Она предназначается для изготовления вертикальных (преимущественно) сварных швов. Вертикальный шов, особенно на толстом металле, в силу многих причин требует особого подхода.

Читайте также:  Почему чугун не магнитится?

Понятие процесса

Сущность процесса электрошлаковой сварки (ЭШС) состоит в том, что в зазор между торцами соединяемых деталей помещают шлаковую массу, которую расплавляют путем включения электрической дуги между электродом и самой деталью.

В расплавленную массу шлака подается присадочный металл, который, в свою очередь, начинает плавиться вместе с металлом по краям соединяемых деталей.

Жидкий металл тяжелее жидкого шлака, поэтому он опускается вниз, вытесняя шлаковую массу. В нижней части зазора он застывает, а расплавленная масса поднимается вверх — так заваривается вертикальный шов.

В отличие от более традиционных видов электросварки здесь первоначальному нагреву и расплавлению электрической дугой подвергается именно шлак, а не присадочный и основной металл. Температура плавления шлака должна быть существенно выше температуры плавления металла.

После того, как шлак расплавляется, он шунтирует (гасит) электрическую дугу, но подача тока не прекращается. Прохождение тока через шлаковую массу с оптимально подобранными параметрами тепло- и электропроводности вызывает стабильный и равномерный прогрев ее до высоких температур.

Отличить шлак от металла очень легко по его цвету и консистенции. В конце процесса сварки он легко отделяется от монолитного соединения.

Во избежание вытекания расплава на зазоры ставят защитное ограждение — ползуны, постоянно охлаждаемые водой. Во время электрошлакового сварочного процесса они медленно поднимаются вверх.

Уникальные свойства

Примененный принцип «косвенного расплава» определяет уникальные свойства процесса. Особенности, являющиеся преимуществами, состоят в следующем:

  • защита шва от атмосферного воздуха жидким шлаком, заключенная в самом принципе электрошлаковой технологии;
  • изменение плотности тока при сварке этим способом меньше влияет на качество шва, чем при сварке дугой;
  • некритичность кратковременного прерывания подачи тока в процессе;
  • возможность варить швы любой толщины за один проход;
  • возможность подвергать сварке необработанные края деталей;
  • малый расход электроэнергии;
  • небольшая стоимость расходников — шлаков;
  • высокий КПД.

Кроме того, стоит отметить, что электрошлаковая сварка производится на переменном, а не постоянном токе.

Но у ЭШС есть и недостатки. Этим способом варят только вертикальные швы, либо швы под острым углом к вертикали (основная причина малой распространенности электрошлакового метода).

Начатый процесс нельзя прекращать на середине, иначе возникают дефекты, которые могут быть устранены только разрывом шва и проведением работ заново.

Металл шва имеет крупнозернистую структуру, поэтому детали с таким соединением не предназначены для использования при отрицательных температурах — они становятся ломкими.

Сварочный электрошлаковый процесс требует большого количества оборудования, начиная от медных ползунов, которые должны максимально плотно прижиматься к шву (их отхода допускать нельзя) до иных вспомогательных деталей стартового кармана. Минимальная толщина стыков составляет 20 мм.

Способы сваривания

Электрошлаковая сварка подходит не для всех металлов, но ее область применения нельзя назвать узкой. Ее используют обычно для соединения низкоуглеродных и среднеуглеродных сталей, чугуна, цветных металлов (вплоть до титана и алюминия), реже — для легированных сталей.

Применяют при производстве массивных, крупногабаритных деталей (толщина порядка 100-600 мм), переплавке отходов.

На практике используется 3 основных методики сварки. Первая подразумевает непрерывную подачу в расплав присадочного электрода, направляемого в горизонтальной плоскости. Движение электрода носит возвратно-поступательный характер, чтобы обеспечивалась максимальная плотность контакта.

Вторая электрошлаковая методика — это сварка габаритными пластинчатыми электродами, которые фактически заменяют собой медные ползуны.

В этом случае присадка используется в меньшей степени — электроды сами плотно перекрывают зазор и обеспечивают эффективный расплав: торцы деталей соединяются без присадки. Но в этом случае электроды должны быть подогнаны по форме к деталям, это узкоспециализированный способ.

Третья методика основана на соединении первых двух. В ней присутствует и пластинчатый электрод, и особый плавящийся электрод. Первый во время всего процесса электрошлаковой сварки остается неподвижным, второй подается в зону расплава и является, по сути своей, присадкой.

Обратите внимание, что химический состав присадки должен быть аналогичен составу основных металлов.

Также существуют два разных принципа работы установок электрошлаковой сварки. Устройства, в которых реализован первый способ, работают с твердой шлаковой смесью, которую самостоятельно расплавляют. Установки, работающие по второму принципу, используют жидкую, предварительно расплавленную в печи смесь.

Первым для начала работы необходим более мощный пусковой ток, потому что много энергии тратится на доведение шлака до жидкого состояния. Вторым, соответственно, требуется находящаяся неподалеку плавильная печь.

Какие применяют флюсы

Флюс — это, собственно, и есть шлак, основное рабочее вещество электрошлаковой сварки. К нему выдвигаются определенные требования. Флюсы должны обеспечивать:

  • максимально быстрый запуск процесса электрошлаковой сварки при любом напряжении (спектр рабочих напряжений достаточно широк);
  • максимально эффективное проплавление кромок;
  • максимально прочный шов;
  • легкое удаление с поверхности после окончания варки.

Для каждого вида металлов предназначены свои флюсы. Так, низколегированные стали и стали с повышенным содержанием углерода варятся с помощью флюсов АН-8, АН-22 или АН-47. Для нержавейки — АН-45.

Для высоколегированных стальных сплавов применяется АН-9, АНФ-1 и АНФ-7. Чаще всего рассматриваемый вид сварки применяют на производстве, в бытовых условиях он встречается редко.

Что такое электрошлаковая сварка и как она осуществляется

Электрошлаковая сварка относится к одному из видов соединения металлических конструкций, однако по своему принципу существенно отличается от электродуговой, которую каждый себе способен представить. Причем отличается не только сущность процесса соединения деталей, но и область применения этой сварки. Общим является только то, что кромки деталей сильно нагреваются. Но природа передачи количества теплоты здесь иная.

Электрический ток, проходя по электроду, разогревает и плавит шлак, являющийся флюсом. Такой способ сварки, хоть и не является тривиальным, зато имеет преимущество при ведении сварки в вертикальных плоскостях. Можно указать и еще одну область применимости электрошлаковой сварки. Примером служит ситуация, когда толщина деталей составляет десятки миллиметров.

Технология

Расплавленный шлак в устройстве является своеобразным теплоносителем. Между краями деталей, которые необходимо соединить, образуется пространство, оно выполняет роль ванны, в которой плавится шлак. По бокам зазоры закрываются медными ползунами. Ползуны отводят тепло, поэтому оснащаются трубками с водой. Снизу формируется специальный «карман». В течение процесса ползуны перемещаются вдоль всего шва. После того, как шлак засыпан, останется подать ток через мундштук на электрод. Электрическая цепь замыкается через электрод на саму привариваемую деталь.

Важнейшим условием сварки является высокая температура в ванне, которая может достигать 1700°C градусов. Значение взято условно, так как важно, чтобы эта температура существенно превышала температуру плавления материала заготовки и металла электрода.

Изначально образуется электрическая дуга, но она сразу гаснет после плавления проволоки-электрода. Далее наблюдается элементарное тепловое действие электрического тока, который пропускается через шлак. Основной процесс сварки можно назвать бездуговым.

Для того, чтобы представить себе схему устройства электрошлаковой сварки, достаточно познакомиться со словесным описанием процесса. В процессе плавления электрода и металла на кромках расплавленная субстанция погружается на дно шлаковой ванны, образуя при этом металлическую ванну. Из этой ванны при дальнейшей кристаллизации будет формироваться шов. Электрод должен подаваться в направлении «сверху вниз». Благодаря приведенной технологии, образовавшаяся ванна называется принудительной. Ее как раз и применяют при работе с вертикальными швами. Неотъемлемым этапом этой технологии служит искусственное охлаждение металлической ванны.

Теперь рассмотрим, какую роль в процессе играет сам шлак, он служит теплоносителем и преобразователем. Электрическая энергия превращается в тепловую и передается участкам свариваемых поверхностей. Одно из требований к составу шлака – высокая степень электропроводности. Способность шлака проводить электрический ток зависит от состояния вещества. В кристаллическом виде шлак обладает высоким сопротивлением, которое постепенно падает при нагревании и плавлении. Зависимость сопротивления от температуры обычно не нашла практического применения, поэтому главная задача разработчиков процесса заключается в обеспечении постоянной температуры флюса.

Разные по составу шлаки обладают различной проводимостью. Шлак с примесями титана проводит ток даже в нерасплавленном состоянии. Еще одна составляющая, которая часть применяется, — фтористый кальций. Такие примеси позволяют рационализировать процесс, так как снижают затраты на этапе трансформации дуговой фазы в электрошлаковую.

Для определения способа классификации следует выделить тот параметр, который будет обладать отличительными свойствами. В случае ведения электрошлаковой сварки (ЭШС) нет однозначности. К примеру, можно разделить процессы по методу формирования ванны. В таком случае сварка делится на два типа: со свободным формированием ванны и с принудительным.

Чаще всего классификация связана с различием электродов, а также с различными способами их погружения.

  • Сварка с проволокой. Электрод в виде проволоки постепенно подается в зону шлаковой ванны. По мере расплавления ее необходимо постоянно добавлять. Сам электрод подвижен, он может поступательно перемещаться в горизонтальной плоскости. Кромки свариваемых деталей прогреваются равномерно по всей толщине. Специалисты отмечают сложность процесса, так как он требует достаточного опыта.
  • Сварка с пластинами. При неизменном принципе данный вид сварки отличается тем, что электроды выполнены в виде пластин. Их подача в ванну осуществляется в определенные интервалы времени. Количество расплавленного металла должно быть достаточным, чтобы перекрыть зазор, сформировав качественный шов. Сам аппарат имеет более простую конструкцию, так как электроды-пластины не приводятся в движение по горизонтали. Сюда же следует отнести сварку электродами большого диаметра. Сечение такого стержня может быть любым и выбирается, исходя из геометрии заготовки.
  • Сварка с плавящимся мундштуком. Если рассмотреть принципиальную схему данного процесса, то она представляет собой комбинацию двух описанных типов сварки. В качестве электрода используется подающаяся проволока. Она фиксируется в зазоре и остается неподвижной на плоскости. Расплавленного металла достаточно, чтобы наполнить металлическую ванну. Подобный тип сварки используют при работе со сложными конструкциями, так как по толщине кромок и по длине шва практически нет ограничений.
Читайте также:  Как приварить чугун к металлу?

Устройства электрошлаковой сварки имеют сложное строение, но каждый функциональный элемент выполнен по стандарту ГОСТ 15164, в котором определены параметры сварки. При работе с деталями, имеющими толстые кромки, применяют устройства ЭШС с колебательными движениями электродов, обеспечивающих равномерное прогревание, либо устройства с пластинами и электродами большого диаметра.

При использовании проволоки можно получать швы толщиной от 20 до 600 мм. Пластинчатая установка позволяет получать более широкие швы, однако длина шва не должна превышать 1,5 м. В некоторых случаях могут быть использованы чугунные электроды.

Используемые флюсы

Как было упомянуто выше, шлак может иметь различный состав, определяющий его физические свойства. Они учитываются при работе с тем или иным материалом. Различают несколько видов флюсов для ЭШС.

  • Флюс АН-348А характерен высоким содержанием железа с валентностью, равной 3. Данный шлак применяют при сварке нелегированных сталей.
  • Флюс ФЦ-7. По своим характеристикам похож на предыдущий. Нашел применение в процессах, где образуется шлаковая ванна небольшой глубины.
  • Флюсы АН-8, ФЦ-21 или АН-22 рассматриваются в одной категории, как низкокремнистые марганцевые смеси. Применяются для сварки углеродистых и среднелегированных сталей, а также сталей перлитного класса.
  • АН-9 и АН-25 – безмарганцевые флюсы. Были разработаны еще в довоенное время. Именно они использовались при сварке танковой брони.
  • Нержавейку приходится сваривать с использованием флюса АНФ-5.

Особенности

Здесь можно выделить не только отличительные характеристики полученных результатов, но и подчеркнуть все достоинства и недостатки данного вида сварки. При ведении дуговой сварки выделение газов приводит к такому неприятному последствию, как разбрызгивание металла. В этом плане ЭШС имеет явное преимущество. Шлаковую ванну не нужно закрывать защитными листами. В процессе сварки шлак дозируется небольшими порциями. В итоге повышается производительность процесса при одновременном снижении энергозатрат.

Если продолжать сравнение, то станет очевидно, что кромки заготовки, которые начинают частично плавиться, находятся на значительном расстоянии от электрода. В дуговой сварке электрод расположен гораздо ближе к поверхности.

Следует отметить и экономию материала. От всей доли наплавленного металла шлак составляет только 5%. Флюс при дуговой сварке расходуется в десятки раз быстрее. ЭШС незаменима в отрасли тяжелого машиностроения, где часто приходится иметь дело с массивными деталями. За один проход можно соединить две заготовки толщиной до 200 мм. Но этим возможности установки не ограничиваются. При наличии нескольких электродов толщина может быть существенно выше.

Сам процесс также обладает определенными преимуществами. Сварка не требовательна к колебаниям электрического тока. Нет такой необходимости в его регулировке, как при ведении работ при дуговой сварке. На подготовительном этапе не нужно обрабатывать кромки.

К недостаткам можно отнести ограничение по направлению сварки. ЭШС позволяет формировать только вертикальные швы. В качестве исключения рассматриваются случаи с небольшим отклонением шва от вертикали. Другим недостатком считается невозможность прерывания процесса. Шов должен быть наложен за один проход. Отрицательные температуры окружающей среды не позволят вести сварку. Отсутствие обработки кромок компенсируются затратами времени на изготовления кармана и крепление ползунов.

Что такое электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка — наиболее производительный способ соединения металлических деталей значительной толщины. Используется для сваривания сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов. Процесс идет в вертикальной плоскости. Необходимое для плавления кромок тепло выделяется в расплавленном флюсе при прохождении сквозь него тока. Сварка выполняется специальными аппаратами.

Технология ЭШС

В технологии ЭШС температура для изменения состояния металла (из твердого в жидкое) достигается пропусканием тока через слой электропроводного шлака. Итак, электрошлаковая сварка — что это такое? На первой стадии все протекает как в сварке под флюсом. Следующая схема даст вам четкое представление о процессе.

В зазор между кромками деталей вводится флюс. Изначально дуга зажигается между электродом и либо деталью, либо начальной планкой, ограничивающей зазор. Дуга расплавляет шлак и электрод. В результате образуются жидкие слои: снизу – металл, сверху – шлак. В этот момент дуга гаснет, т.к. сварочная проволока плавится в горячем (1600-1700°С) шлаке с высокой теплопроводностью. Сварочный ток в шлаке выделяет тепло, за счет которого дальше идет бездуговой процесс.

Специальные приспособления (ползуны) удерживают текущий шлак и металл. По мере заполнения зазора медные пластины перемещаются вверх. По всей высоте кромок образуется шов. Электрошлаковая сварка, выполняемая несколькими проволоками или ленточным электродом, решает проблему соединения толстых заготовок за один проход. Медные ползуны для предотвращения перегрева охлаждаются водой. Расплавленный шлак соприкасается с ползунами, образуя тонкую корку. Это препятствует контакту металла с медными поверхностями и возникновению в шве трещин.

Особенности и отличия данного способа:

  • Зазор между деталями расположен в вертикальной плоскости.
  • Зона шва не взаимодействует с воздухом. Над поверхностью металла постоянно находится жидкий шлак.
  • Небольшой расход флюса приводит к тому, что металл шва легируется материалом электродной проволоки.
  • В процессе сварки электрошлаковой металл находится в жидком состоянии долгое время. Это способствует удалению из шва газов и легких включений.

Эти особенности повышают качество шва. Он получается плотным, устойчивым к трещинообразованию.

Оборудование для электрошлаковой сварки

Автоматы для данного способа сварки отличаются конструктивно и видом источника питания. Специальные устройства перемещают электроды вдоль ванны, что обеспечивает ее равномерный прогрев. Ограничивающие боковые ползуны и мундштук с проволокой по мере формирования шва поднимаются вверх. Особенности конструкции видны на видео. Стабильность процесса обеспечивают источники питания — трехфазные трансформаторы. Их применение дает возможность изменять выходное напряжение в диапазоне 38-54 В.

В СССР были разработаны аппараты трех типов.

  1. Рельсовые — перемещаются вдоль шва по вертикальным направляющим.
  2. Безрельсовые — крепятся к обрабатываемому изделию механическим способом и перемещаются непосредственно по нему.
  3. Шагающие устройства — движутся по конструкции посредством электромагнитов.

Применение специального плавящегося мундштука дало возможность использовать ЭШС для получения швов сложной конфигурации. Для формирования требуемого шва мундштук, который повторяет его форму, плавится вместе с проволокой.

Преимущества и недостатки способа ЭШС

Главное достоинство метода — возможность сваривать изделия неограниченной толщины. Благодаря этому электрошлаковая сварка применяется для соединения крупногабаритных конструкций: судовых корпусов, прокатных станов, мостов и пр. Данный способ имеет ряд преимуществ (сравнение производится с технологией «под флюсом»).

  • Высокая производительность при больших толщинах деталей — примерно в 20 раз выше
  • Сравнительно малый расход электроэнергии и флюса из расчета на 1 кг металла.
  • Качество металла шва выше. Также путем шлакового переплава получают высокие характеристики металла.
  • Нет необходимости разделывать кромки, что снижает трудоемкость подготовительных операций.

Способ не лишен и некоторых недостатков.

  • Технология сварки должна предусмотреть вертикальную ориентацию шва.
  • Процесс недопустимо прерывать, чтобы избежать образования дефектов и повторного сваривания деталей, как показано на видео.
  • Полученный шов имеет крупнозернистую структуру. Для получения хороших прочностных характеристик изделие нужно подвергать термообработке.

Вообще метод является универсальным. Им выполняют все виды соединений любой конфигурации: тавровые, стыковые, кольцевые и угловые.

Техника ЭШС — практические выводы

Качество шва и параметры шва (форма, глубина, ширина) можно менять, задавая определенный режим. Основные факторы:

  • электрические;
  • механические (скорости);
  • расположение электродов, их число.

Вспомогательные величины устанавливаются согласовано с основными. Изменение каждого из основных факторов позволяет влиять на параметры шва. Электрошлаковая сварка протекает устойчиво при малых удельных значениях тока (0,1 А/мм 2 ). Это дает возможность применять пластинчатые, либо ленточные электроды, плавящийся мундштук.

Путем контактно-шлаковой сварки можно приваривать стержни к плоской поверхности. Разработаны методики получения кольцевых швов. Для образования шлака используются специальный твердый электропроводный флюс, либо предварительно расплавляют его в кокиле.

Если у вас есть опыт в практическом применении ЭШС, просим поделиться знаниями в блоке комментариев.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector