Электрошлаковая сварка. 
Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка — сварка плавлением, при которой для нагрева металла используется теплота, выделяющаяся при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак. При электрошлаковой сварке почти вся электрическая мощность передается шлаковой ванне, а от нее — электроду и основному металлу. При этом расплавленный флюс служит защитой от вредного воздействия окружающей среды и средством металлургического воздействия на расплавленный металл. Количество теплоты Q, выделяемой при электрошлаковом процессе, пропорционально току I, напряжению U, сопротивлению шлака R и времени t прохождения тока Q=IUt. Эта теплота тратится на плавление металла, нагрев шлака и теплоотвод. Температура расплавленного шлака составляет около 2000єС, что обеспечивает плавление основного и электродного металла.

Электрошлаковый процесс, как источник энергии для сварки, характеризуется наибольшей площадью нагрева и наименьшей сосредоточенностью энергии в зоне нагрева.

За счет теплоты, выделяемой в шлаковой ванне при прохождении электрического тока, металл электрода и кромки основного металла оплавляются и стекают на дно расплава, образуя металлическую ванну 4. В начале процесса сварки возбуждается электрическая дуга, после расплавления флюса под действием дуги и образования шлаковой ванны жидкий флюс заливает и гасит дугу, и дуговой процесс переходит в электрошлаковый.

Свариваемые детали собирают вертикально без скоса кромок, с зазором 20−40мм. Для формирования шва и удержания жидкого металла и шлака от вытекания применяют специальные формующие устройства-подвижные или неподвижные медные ползуны 5, охлаждаемые водой 6, или остающиеся пластины. Кристаллизующийся в нижней части металлической ванны расплавленный металл образует шов 7.

Особенности электрошлаковой сварки. Электрошлаковая сварка имеет следующие особенности и преимущества:

• -металл практически любой толщины можно сваривать за один проход, поэтому производительность сварки в 5−15 раз выше, чем при многослойной автоматической сварке под флюсом, при этом, как правило, не требуется разделки кромок, шлак нагрев электропроводный
• -вертикальное положение металлической ванны, повышенная температура ее верхней части и значительное время нахождения металла в расплавленном состоянии способствуют удалению газов и неметаллических включений из металла шва,
• -малый расход флюса, обычно не более 5% от массы наплавленного металла.

Недостатком электрошлаковой сварки является значительный перегрев металла околошовной зоны, что приводит к снижению пластических свойств, поэтому требуется, как правило, последующая высокотемпературная обработка для получения требуемых механических свойств сварного соединения.

Электрошлаковая сварка технически возможна при толщине металла более 16 мм и, как правило, экономически выгодна при сварке металла толщиной более 25 мм. Этот вид сварки позволяет выполнять только вертикальные швы. Электрошлаковую сварку применяют для сварки сталей, алюминиевых и титановых сплавов. Основные виды сварных соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой, показаны на рис. 4.

Рис. 4.Основные виды сварных соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой:

а, б — стыковые., в, дтавровые., гугловые., е-переменного сечения.

Применение электрошлаковой сварки вносит коренные изменения в технологию производства крупногабаритных изделий: появляется возможность замены крупных литых или кованных деталей сварно-литыми или сварно-кованными из более мелких деталей.

К основным параметрам электрошлаковой сварки относятся: скорость сварки, сварочный ток, скорость подачи электродов, напряжение сварки, толщина металла, приходящегося на один электрод, расстояние между электродами. Вспомогательные параметры режима: зазор между кромками, глубина шлаковой ванны, состав флюса, скорость поперечных колебаний электрода, вылет электрода, сечение проволоки и т. д. Сварочный ток, величина которого определяется типом электрода (проволока, пластина, плавящийся мундштук), число электродных проволок, их диаметр и сечение пластинчатых электродов или плавящихся мундштуков, скорость подачи электродов и другие параметры выбирают таким образом, чтобы получить скорость и напряжение сварки, обеспечивающие устойчивость процесса и требуемые размеры и форму шва.

Для электрошлаковой сварки используют обычные флюсы, например АН-348А, ФЦ-7, а также специальные флюсы, образующие электропроводный расплав с заданными технологическими свойствами: вязкостью, электропроводостью, температурой плавления и т. д.

Сварку пластинчатым электродом применяют для сравнительно коротких швов высотой до 1,5 м. Вместо пластин можно применять расходуемые электроды, т. е. стержни круглого, квадратного и других сечений. В этом случае значительно упрощается аппаратура для сварки.

Сварка плавящимся мундштуком как бы объединяет способы сварки проволочными и пластинчатыми электродами. В пластинчатом электроде делают пазы или к нему приваривают трубки для подачи электродных проволок. При сварке пластина остается неподвижной и является плавящимся мундштуком, по которому подается проволока. Этим способом можно сваривать швы сложного криволинейного профиля.

Заготовки под сварку собирают с зазором, обычно 30 мм, с учетом усадки стыка при сварке и после нее. Для плотного прилегания ползунов и формирующих устройств к кромкам стыка последние зачищают от заусенцев и окалины на ширину до 100 мм. Для вывода за пределы шва усадочной раковины в конце шва устанавливают выходные планки, а вывода непроваров в начале шва — входные планки, которые после сварки удаляют резкой. Для начала сварки в карман, образованный входными планками, засыпают флюс, возбуждается дуговой процесс до получения шлаковой ванны требуемой величины. После этого дуга шунтируется шлаком, и процесс переходит в бездуговой — электрошлаковый.

Электрошлаковую сварку осуществляют специальными электрошлаковыми аппаратами, которые обеспечивают подачу в зону сварки электрода, поддержание устойчивого электрошлакового процесса и перемещение вдоль шва по мере его образования.