В чем заключается сущность электрошлаковой сварки - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки

Электрошлаковая сварка

При необходимости соединения конструкций из металла толщиной от 2 см. применяется электрошлаковая сварка. Весьма уникальной особенностью этого типа сварочных работ является тепловая энергия, выступающая основным источником нагрева. Тепло появляется непосредственно в ванне, где находится расплавленный флюс в момент, когда электрический ток переходит с электрода на само изделие. Отлично демонстрирует себя ЭШС при соединении металлических деталей неограниченно большой толщины.

Сущность электрошлаковой сварки: секрет технологии

Образование рабочей шлаковой ванны происходит за счет расплавления шлакового флюса. На протяжении всего процесса сохраняется одинаковая глубина шлаковой ванны. Сварочный ток, который проходит через электроды, расположенные в самой ванне, обеспечивает постоянство температуры и поддерживает электропроводность шлака. При кристаллизации металлической ванны образуется необходимый сварной шов.

Процесс электрошлаковой сварки характеризуется определенными чертами:

  1. Тепловые выделения в процессе сварки полностью зависят от разновидностей присадочных дополнительных материалов, и характеристик поступающего тока в шлаковую ванну.
  2. Сохранность минимального зазора непосредственно между свариваемыми заготовками. Его необходимо поддерживать на минимальных значениях, чтобы избежать значительных деформаций краев деталей и смещений.
  3. Значения внутренних напряжений сварочного процесса характеризуются значительными показателями.
  4. После завершения процедуры сваривания требуется дополнительная термическая обработка. Эта процедура позволяет улучшить текущую структуру места соединения заготовок.

Материалом, использующемся в качестве расплавляющейся основы, является шлаковая основа. Возбуждает процесс расплавления, поступающий электрический ток, который обеспечивается специализированным генератором тока. Особенностью ЭШС является факт обязательного вертикального расположения деталей. Чтобы устранить протечки рабочей массы на заготовки устанавливаются специальные охлаждаемые ползунки.

Способы электрошлаковой сварки

Имеется 3 направления ЭШС, каждое из которых имеет собственные наплавки:

  1. Обеспечение сварочного скрепления за счет проволочных электродов.
  2. Соединение при помощи плавящегося мундштука.
  3. Сварка производится электродами с большой площадью сечения.

Процесс сварки, обеспечивающийся электродами проволочного типа, широко распространен в современной промышленности. Он может проводиться с применением 1, 2, 3 электродных проволок с отсутствием колебаний либо совместно с ними. Также ЭШС может производиться проволочными электродами без непосредственного поступления мундштука в сварной зазор.

Процесс получения рабочего шва благодаря использованию плавящегося мундштука считается распространенным универсальным типом соединения заготовок различной толщины, а также криволинейных деталей. Плавящийся мундштук имеет вид нескольких пластин либо объединенных стержней, в которых имеются специальные каналы для подвода электрического тока и проволоки.

Режимы электрошлаковой сварки основываются на использовании шлака в качестве основного теплового источника в процессе сварки.

Аппараты для электрошлаковой сварки

Особенностью любого агрегата, предназначенного для электрошлаковой сварки, считается минимальный общий расход флюсовых материалов. Данные устройства могут обеспечивать соединение отличных по толщине деталей в условиях одного прохода сваркой. При этом разделывать кромки не требуется, а производительность ЭШС существенно превосходит флюсовую сварку многослойного типа, которая выполняется автоматом.

Аппаратные устройства сварки обеспечивают подачу электродов непосредственно к месту контакта заготовок. Также они поддерживают постоянную устойчивость любой электрошлаковой операции. Частой практикой решения подобных задач является применение для сварочных работ автоматических агрегатов, которые способны передвигаться вертикально более равномерно и плавно, нежели тяжелые полуавтоматические устройства.

Любой агрегат, обеспечивающий качественную ЭШС, отвечает общим требованиям реализации этой разновидности сварочных работ:

  • Техническое устройство должно создавать и поддерживать зазор, разграничивающий части ванны.
  • Должна поддерживаться возможность вертикального формирования текущего соединительного шва.
  • Сварочный шов должен создаваться в условиях одного подхода.

Дополнительными устройствами, обеспечивающими качественную сварку, являются: проволочные ролики, отвечающие за постоянство подачи проволоки, мундштук со способностью передачи тока, дополнительные ползунки с удерживающими планками и водные охлаждающие трубки.

Преимущества и область распространения технологии ЭШС

Технология электрошлаковой сварки имеет достоинства, из-за которых она активно используется на современных заводах:

  • В процессе создания сварочного соединения отпадает необходимость разделения кромок.
  • Любой шов, созданный по технологии ЭШС, создается в условиях чрезмерного наплавления. Коэффициент наплавки предоставляет серьезную экономическую выгоду любому предприятию.
  • Относительно осевых плоскостей симметрия шва полностью сохраняется. Это преимущество проявляется при соединении заготовок с предстоящей корректировкой.

Область применения электрошлаковой сварки сосредотачивается как в строительных сферах, так и на производственных площадках. Благодаря ЭШС изготавливаются массивные станины, выполняется установка турбин, создание прочных соединительных швов для установки огромных барабанных конструкций и тяжелых устройств для котельных помещений. Производственное применение этой технологии заключается в сборку крупных конструкционных проектов.

В итоге, экономическая составляющая и качество получаемого стыкового соединения при использовании электрошлаковой сварки имеют достойные показатели, но чрезмерная термическая зона существенно ограничивает сферу применения этого типа сварки.

Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка (ЭШС) представляет собой сварку плавлением, при осуществлении которой для нагрева используется теплота, выделяющаяся при прохождении электрического тока

через расплавленный шлак от электрода к заготовкам. Дуга при сварке отсутствует.

Схема установки для ЭШС приведена на рис. 2.25. Процесс сварки начинается с образования шлаковой ванны 3 в пространстве между кромками заготовок 7и медными водоохлаждасмыми формирующими устройствами (ползунами) 8. Вода для охлаждения ползунов подается через штуцеры 11.

Шлаковая ванна образуется за счет расплавления флюса 2 электрической дугой, возбуждаемой между сварочной проволокой 4 и вводной планкой 10. После накопления достаточного количества жидкого шлака дуга шунтируется шлаком и гаснет, а подача проволоки и подвод тока через мундштук 5 продолжаются.

При прохождении тока через расплавленный шлак (электропроводящий электролит) в нем выделяется теплота, достаточная для поддержания высокой температуры шлаковой ванны (около 2 000°С), а также расплавления кромок заготовок и сварочной

Рис. 2.25. Схема установки для элсктрошлаковой сварки:

7 — ванна расплавленного металла; 2 — флюс; 3 — шлаковая ванна; 4 — сварочная проволока; 5 — мундштук; 6 — выводные планки; 7— заготовка; 8— ползун; 9 — сварной шов; 10 — вводная планка; 11 — штуцеры; Vct — скорость сварки проволоки. Последняя необходима для подвода тока и пополнения ванны / расплавленного металла.

Электрошлаковую сварку обычно выполняют при вертикальном положении свариваемых заготовок. Мундштук и ползуны перемещаются вверх по мере заполнения зазора между заготовками расплавленным металлом, оставляя после себя сварной шов 9. Кромки заготовок расплавляются одновременно по всему периметру шлаковой ванны, что позволяет вести сварку металла большой толщины за один проход. Вследствие этого по производительности ЭШС превосходит дуговую сварку.

На начальном и конечном участках сварного шва образуются сварочные дефекты: на начальном — непровар кромок, на конечном — усадочная раковина и посторонние включения. Поэтому сварку начинают на вводной планке, а заканчивают — на выводных планках 6. По окончании сварки планки удаляют газовой резкой.

Наибольшее распространение получили три способа ЭШС: сварка проволочным электродом, плавящимся мундштуком и электродом большого сечения.

При ЭШС проволочным электродом заготовок толщиной 20. 150 мм используют от одной до трех проволок диаметром 3. 5 мм. Для равномерного разогрева шлаковой ванны по всей толщине электроду придают поперечные колебания в зазоре между заготовками. При сварке заготовок толщиной 150. 500 мм необходимое число проволок в электроде определяют из расчета 45. 60 мм толщины заготовки на одну проволоку.

При ЭШС плавящимся мундштуком в зазоре между заготовками неподвижно устанавливают специальный мундштук. Он направляет электродную проволоку в зону сварки, служит для подвода к ней электрического тока и расплавляется вместе с ней. Этот способ позволяет выполнять все основные виды сварных соединений заготовок толщиной до 2 000 мм.

При ЭШС электродом большого сечения в качестве электродов применяют пластины, стержни, трубы (получают шов ограниченной длины) или рулонную металлическую ленту (шов неограниченной длины). Этот способ сварки позволяет соединять заготовки толщиной 30. 1 000 мм.

Читайте также:  Зачистка сварных швов после сварки ГОСТ

Необходимость в установке заготовок вертикально или с небольшим наклоном (15. 20°) предопределяет большую высоту сварочного оборудования, достигающую 8. 10 м.

По степени механизации выделяют три типа сварочных установок, у которых:

  • 1) механизированы или автоматизированы все сборочно-сварочные операции и операции по переналадке установки при переходе на производство изделий другого вида (цеховые краны используются только для установки заготовок и снятия изделия);
  • 2) автоматизированы только сварочные операции (установка заготовок, сборка и снятие изделия осуществляются цеховыми кранами);
  • 3) частично механизированы и автоматизированы сварочные операции (продолжительность собственно сварки составляет 10% рабочего цикла; остальное время приходится на вспомогательные и подготовительные работы).

Установки первого типа сокращают подготовительное время на 30. 35 %, однако они имеют высокую стоимость. Наибольшее распространение получили установки второго типа.

ЭШС обладает следующими преимуществами перед автоматической сваркой под флюсом:

  • • повышенная производительность, обусловленная непрерывностью процесса сварки, выполнением сварного шва за один проход при большой толщине заготовок и увеличением силы сварочного тока в 1,5 — 2 раза;
  • • лучшая макроструктура и повышенная однородность однослойного сварного шва (плотная макроструктура металла шва без пор и зональной ликвации формируется вследствие кристаллизации металла снизу вверх с небольшой скоростью, соответствующей термическому циклу);
  • • снижение затрат на сварку за счет повышения производительности, упрощения процесса подготовки кромок заготовок, уменьшения сечения сварного шва, расхода сварочной проволоки, флюса и электроэнергии.

К недостаткам ЭШС можно отнести большие вертикальные габариты установок, а также крупнозернистую структуру сварного шва и околошовной зоны, образующуюся вследствие их замедленного нагрева и охлаждения.

Электрошлаковая сварка широко применяется в машиностроении для изготовления ковочно- или литейно-сварных конструкций (станины и детали мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых двигателей, роторы и валы гидротурбин и т.д.).

При сварке алюминиевых и титановых сплавов газы, растворенные в расплаве, существенно снижают прочностные характеристики сварного соединения. Процесс ЭШС не обеспечивает дегазации металла шва. Поэтому при ЭШС алюминиевых и титановых сплавов производят барботирование: для поглощения газов, растворенных в жидкости, и ее лучшего перемешивания через нее пропускают газ.

Барботирование основано на диффузии газов, растворенных в расплаве, к поверхности пузырьков пропускаемого через расплав инертного газа, адсорбции растворенных газов на поверхности пузырьков и их частичной молизации.

Схема ЭШС с барботированием сварочной ванны приведена на рис. 2.26. Инертный газ (аргон) подается в газовую камеру 5

Рис. 2.26. Схема электрошлаковой сварки с барботированием сварочной

1 — формирующее устройство; 2 — ванна жидкого металла; 3 — шлаковая ванна; 4 — штуцер; 5 — газовая камера; 6 — электрод; 7 — плавящийся мундштук; 8 — сварной шов; Рсв — скорость сварки

через штуцер 4. Проходя по каналам плавящегося мундштука 7, газ проникает в шлаковую ванну 3 и ванну 2 жидкого металла. При этом газ теряет скорость, отдает часть кинетической энергии расплавам и создает циркуляционные потоки и турбулентные пульсации. При нагреве газа происходит увеличение его объема и давления. Общая работа расширения газа, используемая для перемешивания расплавов, равна сумме работ адиабатного расширения струи газа при его прохождении через каналы и изотермического расширения при всплывании пузырьков.

Барботирование позволяет устранить неравномерное оплавление кромок основного металла, увеличить перенос теплоты на периферию ванны расплавленного металла, измельчить структуру металла шва, удалить из шва неметаллические включения и интенсифицировать процесс рафинирования жидкого металла.

Электрошлаковая сварка

Существует множество видов сварки, в которых используются различные источники энергии, многие из которых являются необычными и редко используются. Электрошлаковая сварка относится к одним из таких вариантов. Данная технология основана на том, что нагрев зоны соединения происходит при воздействии тепла шлаковой ванны. Ванна, состоящая из шлака, нагревается при помощи электрического тока. Шлак используется в качестве защитной среды, так как он создает непроницаемую оболочку, сквозь которую внутрь не могут проникнуть водород и кислород, окисляющий зону кристаллизации.

Процесс электрошлаковой сварки

Одной из особенностей процесса является отсутствие электрической дуги для сварки. Здесь просто пускается электрический ток в шлак, который его беспрепятственно проводит. Благодаря этому выделяется достаточное количество теплоты, которое и расплавляет кромки основного металла. Электрод, проводящий ток, погружают в шлаковую ванну. Благодаря тому, что идет полное соприкосновение, электрическая дуга не горит, но поступление тока продолжается. Электричество протекает через расплавленный шлак.

Чаще всего сварочный процесс протекает в вертикальном положении, и шов создается снизу вверх. Между соединяемыми деталями допускается наличие зазора. Чтобы шов нормально формировался по обеим сторонам зазора, монтируются медные ползунки кристаллизирующими свойствами. Данные свойства получаются за счет охлаждения ползунков водой. Когда шов сформирован в конкретном месте нахождения сварочной ванны, медные детали перемещаются по направлению дальнейшего пролегания шва. Данные детали изготавливаются из меди, так как она имеет более высокую температуру плавления, чем основной металл.

Преимущества

Электрошлаковая сварка может использоваться для сварки чугуна, стали, алюминия, титана и других металлов, которые сложно поддаются свариванию. Также эта методика отлично подходит для металлов большой толщины, которые не возьмет другая сварка. Здесь процесс соединения происходит при помощи одного прохода и не нужно рисковать с многослойным накладыванием швом. Это ликвидирует необходимость в удалении шлака каждый раз после прохода.

Фаски на кромках не снимаются. Во время сваривания применяется как один, так и несколько проволочных электродов, причем сечение в них может быть разное. Это способствует достижению высокой производительности процесса и делает его более дешевым. Причем в сравнение с другими методами, при увеличении толщины заготовки данные показатели только растут.

Недостатки

Электрошлаковая сварка обладает определенными недостатками. Технически она может проводиться, только если толщина металла составляет от 1,6 см и выше. Наиболее выгодным процесс сварки становится только при 4 см толщине, что далеко не всегда осуществимо в промышленной сфере. Иногда требуется совершать дополнительную термообработку, чтобы металл шва и возле него принял те свойства, которые нужны для работы, так как они меняются под действием ЭШС.

Разновидности

Существует несколько основных разновидностей данного процесса, которые отличаются по своим особенностям. Если рассматривать различия по типу используемого электрода, то выделяют сварку с проволочным электродом, плавящимся мундштуком и пластинчатым электродом. Но это не единственные параметры, по которым происходит различие. По наличию колебаний, которые совершаются электродом, выделяют:

  • С колебаниями, которые происходят как в ручной дуговой сварке;
  • Без колебаний, подобно некоторым разновидностям полуавтоматической сварке в газовой среде.

Также процесс может различаться по количеству используемых электродов:

  • Одноэлектродная сварка;
  • Двухэлектродная;
  • Многоэлектродная.

Так же, электрошлаковую сварку разделяют на разновидности, изображенные на схеме ниже:

Схема электрошлаковой сварки

Технология

Сущность электрошлаковой сварки заключается в искусственном охлаждении поверхности свариваемого металла. Шлак пропорционально преобразовывает электрическую энергию в тепловую на месте своего нахождения. Главное здесь подобрать требуемый уровень напряжения, который бы смог обеспечить требуемую температуру, с учетом сопротивления металла и прочих факторов. Настройки режима являются одним из самых сложных моментов работы. Чем выше температура окружающей среды, а также внутренняя в расплавленном металле, тем выше проводимость шлаков. Исходя из этого, можно вычислить, что при снижении температуры до определенного значения, шлаки перестают быть проводниками или их сопротивление становится настолько высоким, что весь процесс становится невыгодным.

Читайте также:  Как варить трубы электросваркой на просвет

Технология электрошлаковой сварки

Одним из самых сложных моментов, которые возникают во время практического применения, является возможность возникновения дугового разряда между поверхностью металла и электродом. Электрошлаковая сварка должна проводиться без применения дуги, но если она возникает в глубине шлаковой поверхности, то это может привести к появлению дефектов внутри шва. Дуга отличается неустойчивостью и во время сварки может появляться неоднократно, что сильно ухудшает целостность шва. Чтобы не возникала дуга, следует задавать такие условия, которые в нормальном состоянии сделали бы ее максимально нестабильной, а при идеальных – вовсе не дали ей возникнуть. Она с меньшей вероятностью возникает в глубине шлаковой ванны. Также переменный ток делает дугу менее стабильной. При снижении напряжения холостого хода, в комплексе с другими методами, создаются именно те условия, которые не дадут образоваться электродуге.

Если же будет не устойчивая подача напряжения, то это может привести к тому, что шлаковая ванна будет образовываться неравномерно или вовсе растекаться.»

Иногда процесс расплавления может стать нестабильным и тогда кристаллизация начнется раньше, чем это нужно. После этого нужно будет вновь расплавлять все, а при повторном воздействии может случиться образование дефектов.

Если во время расплавления, кромки металла расплавляются выше, чем находится сварочная ванна, то они быстрее остывают. Все это приводит к наплавлением. Это означает, что кромки оплавились от температуры, но не смешались с другими металлом, что не привело к появлению надежного соединения. Это может случиться при слишком высоком напряжении или когда ванная залегает слишком глубоко и параметры режима оказываются недостаточными для такой толщины. Правильно подобранный режим делает электрошлаковую прослойку, которая делает шов более стабильным и надежным.

Большая часть выделяемого тепла переходит в сварочную ванну. Одним из главных проводников здесь является электрод. Если превысить допустимое напряжение, то кромки будут оплавляться сильнее. В таком случае не возникает опасности не сплавления, но пропалить деталь вполне возможно.

Заключение

Сварка данным методом обладает очень оригинальной технологией, которая достаточно сложна, если разбирать ее подробно. Но при поверхностном изучении можно сделать массу ошибок, которые приведут к появлению бракованных изделий. Сложность проведения работ делает ее востребованной только в самых ответственных областях применения.

Особенности электрошлакового процесса

Электрошлаковая сварка с принудительным формированием отличается от дуговой сварки как ручной, так и автоматической, рядом особенностей, которые необходимо учитывать и использовать при применении этого способа.

При прохождении электрического тока через шлак не происходит такого интенсивного выделения газов, сопровождающегося разбрызгиванием шлака, как при дуговой сварке. При установившемся электрошлаковом процессе разбрызгивания шлака не происходит вовсе. Это позволяет вести сварку с открытой поверхностью шлаковой ванны. Подача шлака в ванну ограничивается очень небольшим количеством, равным количеству отлагающейся на поверхности шва шлаковой корки толщиной 1-1,5 мм. Это по весу составляет всего 0,2-0,3 кг на погонный метр шва, независимо от толщины металла.

Благодаря малому количеству расплавляемого флюса расходуемая электрическая энергия хорошо используется для плавления электрода и основного металла. Вследствие интенсивного перемешивания шлака плавление кромок происходит на большем расстоянии от электрода, чем это возможно при дуговой сварке.

Практическими следствиями этих особенностей являются:

1. малый расход шлака, составляющий в среднем, с учетом потерь на рассыпание, 5% от веса наплавленного металла, т.е. в 20 раз меньший, чем при дуговой сварке под флюсом. 2. малый расход электрической энергии на 1 кг наплавленного металла, в 1,5-2 раза меньший, чем при дуговой сварке под флюсом и в 4 раза меньший, при сварке открытой дугой. 3. возможность осуществления однопроходной сварки металла толщиной до 150-200 мм на один электрод, а при большем количестве электродов – практически неограниченной толщины. Именно это свойство открывает самые широкие перспективы применения электрошлаковой сварки в промышленности, в первую очередь в тяжёлом машиностроении.

Недостатками электрошлаковой сварки являются:

  • 1. производство сварки только в вертикальном или в близком к вертикальному положению (отклонение от вертикали не более 30°) свариваемых плоскостей;
  • 2. недопустимость остановки электрошлакового процесса до окончания сварки. В случае вынужденной остановки в сварном шве возникает дефект. В таком случае сварной шов подвергают ремонту или полностью удаляют и вновь заваривают;
  • 3. крупнозернистая структура в металле шва и зоне термического влияния и связанная с этим низкая ударная вязкость металла сварного соединения при отрицательных температурах;
  • 4. необходимость изготовления и установки перед сваркой технологических деталей (планки, «стартовые карманы», формирующие устройства и др.).

Вследствие сравнительно малого расхода флюса и, следовательно, незначительного пополнения шлаковой ванны новыми порциями флюса, обеспечивается более постоянный, чем при дуговой сварке, химический состав металла шва.

Благодаря вертикальному положению оси шва значительно облегчается всплывание газовых пузырей и частиц шлака и удаление их из металла.Улучшается заполнение металлом междендритных пустот. Если газовый пузырёк или неметаллическое включение задержится на границе металл – шлак, то они будут перемещаться вместе с этой границей, тогда как при сварке в нижнем положении они были бы захвачены кристаллизующимися металлом. Поэтому склонность к образованию пор и других неплотностей при электрошлаковой сварке во много раз ниже, чем при дуговой сварке в нижнем положении; меньше чувствительность к влажности шлака, ржавчине и загрязнении кромок.

Вследствие благоприятного направления роста кристаллов в швах, выполненных электрошлаковым способом в вертикальном положении, отсутствует так называемая зона слабины, наблюдаемая в швах большого сечения, сваренных в нижнем положении. Это же обстоятельство значительно снижает склонность швов к образованию кристаллизационных трещин. Температурные условия для околошовной зоны также благоприятны, что как большой погонной энергией по сравнению с отдельным слоем многослойной сварки, так и предварительным, создаваемым шлаковой ванной. Нагрев кромок начинается на уровне поверхности шлаковой ванны, а плавится они начинают в непосредственной близости от металлической ванны. Между началом подогрева кромок основного металла и их плавлением проходит 2-3 и более минут, вследствие чего снижается как скорость нагрева, так и скорость последующего охлаждения.

Электрошлаковая сварка всегда производится в один проход, поэтому линейная скорость сварки толстого металла значительно ниже, чем при дуговой многослойной сварке. Благодаря этому скорости нагрева и последующего охлаждения околошовной зоны очень малы, а склонность к образованию околошовных трещин при сварке закаливающихся сталей сравнительно невелика.

Поскольку электрошлаковая сварка производится в один проход, полностью ликвидируется наиболее распространённый дефект многослойной сварки – шлаковые макроскопические включения. Они могут появляться только при грубом нарушении технологии сварки.

Сварка металла любой толщины производится без разделки кромок.Кромки, подлежащие сварке, не имеют фасок: они собираются с зазором, образующим своего рода разделку кромок. Это в несколько раз уменьшает трудоёмкость и стоимость подготовки кромок под сварку.

Благодаря симметричности разделки и положения в ней электродов при электрошлаковой сварке, как правило, отсутствуют угловые деформации. Они могут возникать только при сварке некоторых специальных типов сварных соединений.

При толщине свариваемого металла меньше 40-50 мм трудоёмкость и стоимость сварных соединений при электрошлаковой сварке больше, чем при дуговой сварке под флюсом. Однако с ростом толщины производительность и экономичность электрошлаковой сварки быстро растут и при толщинах свыше 100 мм бывают во много раз выше, чем при дуговой сварке.

Читайте также:  Как убрать холодную сварку с металла?

В чем сущность электрошлаковой сварки , и в каких случаях применение этого способа сварки наиболее целесообразно?

Электрошлаковая сварка основана на выделении тепла при прохождении электрического тока через расплавленный флюс—шлак, электросопротивление которого во много раз превышает электросопротивление металла. Плавление сварочной проволоки и свариваемого металла происходит за счет тепла расплавленного флюса.
Для сварки в вертикальном положении стыковое соединение без скоса кромок собирают с обязательным зазором 25—30 мм. Вдоль оси свариваемого стыка с обеих сторон перемещаются снизу вверх медные формирующие ползуны. Они связаны со сварочным аппаратом. Со стороны, противоположной аппарату, вместо ползуна можно устанавливать съемную медную накладку. Сварочная проволока направляется в зазор между свариваемыми кромками, для чего она изгибается специальным гибочным устройством или токоподводящим мундштуком так, чтобы в зоне сварки ее ось совпадала с осью стыка.
Флюс в зону сварки подается из бункера по трубке небольшими порциями. Плавление сварочной проволоки, основного металла и флюса происходит в замкнутой полости. Дном этой полости служит шов, стенками — кромки свариваемых листов и стенки формирующих устройств (ползуны), а крышкой — слой расплавленного флюса — шлака.
Между формирующими устройствами (ползунами) и расплавленным металлом находится тонкий слой расплавленного шлака. Сварочный ток, проходящий между сварочной проволокой и свариваемым металлом, нагревает шлаковую ванну и поддерживает в ней высокую электропроводность и температуру, которая должна быть выше температуры плавления сварочной проволоки и основного металла и постоянной.
Постоянство температуры шлаковой ванны обеспечивает стабильность процесса. Расплавленный основной металл и металл сварочной проволоки опускаются на дно шлаковой ванны и образуют металлическую ванну. Металлическая ванна быстрее всего остывает у медных ползунов и образует шов, соединяющий свариваемые детали.
Ползуны охлаждаются протечной водой, которая подводится и отводится резиновыми шлангами. Подача сварочной проволоки в зону сварки и перемещение ползунов со шлангами, подводящими и отводящими воду, осуществляется специальным сварочным аппаратом. По мере сварки аппарат поднимается вверх, а с ним и уровень шлаковой и металлической ванны, который должен сохраняться постоянным по отношению к ползунам.
В том случае, когда уровень ванны поднимается быстрее, чем перемещается сварочный аппарат, а с ним и ползуны, может произойти переливание шлака и расплавленного металла через край ползуна. Если же ползун будет подниматься быстрее уровня ванны, то неизбежно вытекание жидкого металла из-под ползуна. Уровень шлаковой и металлической ванны будет сохраняться постоянным только при постоянной скорости перемещения сварочного аппарата и подачи сварочной проволоки, а также при постоянном зазоре между свариваемыми кромками. При колебаниях зазора неизбежно изменение уровня сварочной ванны.
Изменение уровня металлической ванны приводит к изменению глубины шлаковой, верх которой находится на уровне верхней кромки ползуна, а низ — ограничивается верхней поверхностью расплавленного металла. От глубины шлаковой ванны в значительной степени зависит устойчивость и характер процесса сварки, а также качество шва. Для сохранения постоянства уровня сварочной ванны аппараты электрошлаковой сварки снабжаются схемой автоматического поддержания уровня ванны.

Первоначальным назначением электрошлакового процесса была сварка вертикальных монтажных швов изделий, швы которых нельзя поставить в удобное для дуговой сварки нижнее положение.

Однако высокая эффективность электрошлакового процесса вывела его за пределы монтажной сварки, сделав его основным способом сварки металла большой толщины, а затем и за пределы собственно сварочного производства.

Сейчас электрошлаковый процесс применяется не только при сварке и наплавке, но также для получения отливок и слитков специального назначения и для уплотнения обычных слитков и отливок.

Электрошлаковая сварка применяется в производстве барабанов паровых котлов и других сосудов высокого давления, где уже полностью вытеснила применявшуюся ранее многослойную автоматическую сварку, при изготовлении станин крупных механических прессов, траверс, архитравов и цилиндров гидравлических прессов, валов крупных гидротурбин и гидрогенераторов, станин прокатных станов, судовых корпусов, ахтерштевней, форштевней и других судовых деталей, корпусов крупных электромашин, паровозных и тепловозных рам, стоек мартеновских печей, коленчатых валов, крупных фланцев и многих других деталей. Широкое распространение получила электрошлаковая сварка стыков арматуры. Несмотря на сравнительно небольшое сечение сварных соединений, этот способ оказался эффективнее других.

Электрошлаковая сварка. Сущность способа, преимущества, недостатки, область применения

Электрошлаковая сварка является самым высокопроизводительным способом автоматической сварки металла значительной толщины.

При электрошлаковой сварки энергия, необходимая для нагрева и плавления металла, образуется за счет теплоты, выделяемой при плавлении шлака.

Схема электрошлаковой сварки:


Перед началом сварки между кромками засыпается печной флюс и возбуждается электродуга (между плавящимся электродом и изделием). Флюс расплавляется дугой с образованием шлаковой ванны определенных размеров. В шлаковой ванне дуга гаснет. Ток, подводимый к электроду, проходит через шлаковую ванну и нагревает ее до температуры выше температуры плавления (около 2000 градусов). Шлак расплавляет электрод и кромки основания металла. Расплавленный металла стекает вниз, образуя сварочную ванну под шлаковой ванной. Формирование шва происходит за счет перемещающихся водоохлаждаемых медных ползунов. В конце шва некачественный металла отрезается и удаляется.

Применяя электрошлаковую сварку несколькими электродными проволоками или электродами в виде ленты, можно сваривать кромки изделия практически любой толщины.

Важным преимуществом электрошлаковой сварки является возможность сварки швов сложной конфигурации, при этом электродная проволока подается через плавящийся мундшук, форма которого соответствует форме свариваемого шва. Мундштук плавится вместе с электродной проволокой, заполняя свариваемый шов металлом.

Качество металла шва получается значительно выше, чем при автоматической сварке под флюсом. Это объясняется постоянным наличием над металлом шва жидкой фазы металла и нагретого шлака, что способствует более полному удалению газов и неметаллических включений. Резко снижается влияние на качество шва влажности флюса, ржавчины и различных загрязнений свариваемых кромок изделия. Трудоемкость операций по подготовке изделия под сварку снижается за счет исключения работ по разделке и подготовке кромок к сварке. Кромки обрезают кислородной резкой под прямым углом к поверхности свариваемых листов. Удельный расход электроэнергии, флюса и электродной проволоки сокращается, так как процесс протекает в замкнутой системе при небольшом количестве флюса и полном использовании электродного металла. Увеличенный вылет электродной проволоки и значительные плотности тока обеспечивают высокую производительность наплавки, достигающую 27 кг/ч, в то время как при автоматической сварке под флюсом она составляет 12 кг/ч, а при ручной — только 2 кг/ч. Расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла уменьшается вдвое, а расход флюса — в 20-30 раз по сравнению с автоматической сваркой под флюсом.

Производительность электрошлаковой сварки превышает производительность автоматической сварки под флюсом в 7-10 раз, а при большой толщине свариваемых кромок она в 15-20 раз выше производительности многослойной автоматической сварки. Постепенный подогрев свариваемых кромок и замедленный нагрев околошовной зоны уменьшают возможность образования в ней закалочных структур. Поэтому при электрошлаковой сварке самозакаливающихся сталей образование закалочных трещин менее вероятно. Освоение электрошлаковой сварки позволило заменить громоздкие и тяжелые цельнолитые и цельнокованые станины и корпуса более легкими и компактными сварно-литыми и сварно-коваными.

Электрошлаковой сваркой можно выполнять не только стыковые, но и тавровые, угловые и кольцевые соединения.

|следующая лекция ==>
Сварка в среде защитных газов. Сущность способа, преимущества, недостатки, область применения|Условное обозначение сварных швов на чертежах

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 583 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector