Электрошлаковая сварка. 
Сварка и пайка в авиационной промышленности

Сущность способа электрошлаковой сварки заключается в том, что расплавление электродной проволоки и свариваемых кромок производится благодаря теплу расплавленного флюса, который нагревается при прохождении через него тока (рис. 2.18).

Первоначально часть флюса расплавляется дугой, возбуждаемой между технологической подкладкой и электродом. Постепенно на подкладке образуется слой жидкого металла в результате плавления электродов и материала подкладки и жидкий шлак. По мере повышения температуры шлака под действием постоянно горящей неподвижной дуги его количество, а также электропроводность растут. Общее электрическое сопротивление слоя шлака значительной толщины становится соизмеримым с сопротивлением дуги, она шунтируется шлаком и гаснет. Далее процесс переходит в ту стадию, когда основная часть тепла, требуемого для расплавления металла электрода и соединяемых деталей, генерируется в шлаковой ванне при прохождении через нее тока. Электрошлаковый процесс, таким образом, осуществляется благодаря джоулеву теплу и является бездуговым. Температура в шлаковой ванне, остающейся в расплавленном состоянии во все время сварки, распределена неравномерно (рис. 2.19). Она максимальна вблизи торца электрода и минимальна на поверхности шлака.

Рис. 2.18. Схема процесса электрошлаковой сварки:

• 1 — шлаковая ванна; 2 — свариваемая деталь;
• 3 — медные охлаждающие накладки; 4 — электроды; 5 — мундштуки, подводящие ток; 6 — сварочная ванна

Рис. 2.19. Характер распределения температуры Г по глубине Н шлаковой ванны Сварка выполняется вертикально снизу вверх. Свариваемые детали устанавливают с зазором, величина которого зависит от толщины деталей. Снизу зазор ограничен технологической подкладкой, сбоку — водоохлаждаемыми медными накладками. При сварке используют один или несколько пластинчатых электродов или электроды из проволоки. Для равномерного заполнения стыка электродам иногда придают возвратно-поступательное перемещение вдоль плоскости стыка. Мундштуки для направления проволоки изготавливают из стальных малоуглеродистых труб, которые расплавляются по мере подъема шлаковой ванны и переходят в шов.

Медные водоохлаждаемые боковые накладки могут быть неподвижными (при малой высоте деталей) или перемещающимися снизу вверх по мере кристаллизации шва.

Электрошлаковой сваркой соединяют детали толщиной более 40—50 мм, причем верхний предел свариваемых толщин практически не ограничен. Электрошлаковая сварка позволяет значительно повысить производительность, особенно при сварке металла большой толщины, благодаря следующему:

• 1. Процесс сварки происходит без перерыва при одной установке соединяемых деталей. Последнее повышает коэффициент использования автомата. Так, для автоматической сварки под флюсом указанный коэффициент равен 0,6, а для электрошлаковой он достигает 1,0.
• 2. Возрастает коэффициент наплавки, что объясняется увеличением плотности тока при электрошлаковой сварке в 2,2 раза по сравнению со сваркой под флюсом, а также увеличением вылета электрода до 60—70 мм против 25—35 мм при сварке под флюсом.
• 3. Уменьшается количество наплавленного металла из-за отсутствия скоса кромок соединяемых деталей.

Электрошлаковая сварка позволяет обеспечить высокое качество сварного соединения благодаря надежной защите от взаимодействия с атмосферой расплавленного металла жидким шлаком; уменьшение пористости в наплавленном металле, что обусловлено более медленным охлаждением сварочной ванны, в результате чего пузырьки газа успевают всплыть на поверхность металла и удалиться; увеличение стойкости сварного шва к образованию трещин, что является следствием благоприятных условий охлаждения сварного соединения.

Стоимость сварочных работ при электрошлаковой сварке снижается, в том числе из-за уменьшения в 15—20 раз расхода флюса по сравнению с автоматической сваркой под флюсом и отсутствия необходимости в скосе кромок.

Электрошлаковая сварка нашла широкое применение в тяжелом машиностроении (при изготовлении станин, прессов, валов, гидротурбин и т. д.), где ее внедрение произвело подлинную техническую революцию в проектировании и изготовлении крупногабаритных конструкций. При производстве летательных аппаратов электрошлаковая сварка применяется при сварке стыковых швов кольцевых заготовок для соединительных шпангоутов из стали, титановых и алюминиевых сплавов.