Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сварка электрошлаковая: разновидности и сущность

Электрошлаковая сварка

Сообщение об ошибке

Электрошлаковая сварка – сварка плавлением, при которой для нагрева используется тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак.

Способ электрошлаковой сварки был разработан в 50-е годы 20 в. в Институте электросварки АН Украины. Впервые электрошлаковую сварку электродными проволоками осуществил в 1949г. Г.З. Волошкевич. Электрошлаковую сварку пластинчатыми электродами в промышленных условиях впервые удалось осуществить Ю.А. Стеренбогену на Новокраматорском машиностроительном заводе в 1955г.

Этот способ широко используется для соединения металлов повышенной толщины: стали и чугуна различного состава, меди, алюминия, титана и их сплавов. К преимуществам способа относится возможность сварки за один проход металла практически любой толщины, что не требует удаления шлака и соответствующей настройки сварочной установки перед сваркой последующего прохода, как при других способах сварки. При этом сварку выполняют без снятия фасок на кромках. Для сварки можно использовать один или несколько проволочных электродов или электродов другого увеличенного сечения. В результате этого достигается высокая производительность и экономичность процесса, повышающиеся с ростом толщины свариваемого металла.
К недостаткам способа следует отнести то, что электрошлаковая сварка технически возможна при толщине металла более 16 мм и за редкими исключениями экономически выгодна при сварке металла толщиной более 40 мм. Способ позволяет сваривать только вертикальные швы. При сварке некоторых металлов образование в металле шва и околошовной зоны неблагоприятных структур требует последующей термообработки для получения необходимых свойств сварного соединения.

Сущность способа.

Известно, что расплавленные флюсы образуют шлаки, которые являются проводниками электрического тока. При этом в объеме расплавленного шлака при протекании сварочного тока выделяется теплота. Этот принцип и лежит в основе электрошлаковой сварки рис. 1. Электрод 1 и основной металл 2 связаны электрически через расплавленный шлак 3 (шлаковая ванна). Выделяющаяся в шлаковой ванне теплота перегревает его выше температуры плавления основного и электродного металлов. В результате металл электрода и кромки основного металла оплавляются и ввиду большей плотности металла, чем шлака, стекают на дно расплава, образуя ванну расплавленного металла 4 (металлическую ванну).

Электродный металл в виде отдельных капель, проходя через жидкий шлак, взаимодействует с ним, изменяя при этом свой состав. Шлаковая ванна, находясь над поверхностью расплавленного металла, препятствует его взаимодействию с воздухом. При правильно подобранной скорости подачи электрода зазор между торцом электрода и поверхностью металлической ванны остается постоянным.

Рис.1. Схема процесса электрошлаковой сварки

Свариваемый металл, шлаковая и металлическая ванны удерживаются от вытекания обычно специальными формирующими устройствами — подвижными или неподвижными медными ползунами 5, охлаждаемыми водой 6, или остающимися пластинами. Верхняя кромка ползуна располагается несколько выше зеркала шлаковой ванны. Кристаллизующийся в нижней части металлической ванны расплавленный металл образует шов 7. Шлаковая ванна, находясь над поверхностью металлической ванны, соприкасаясь с охлаждаемыми ползунами, образует на них тонкую шлаковую корку, исключая тем самым непосредственный контакт расплавленного металла с поверхностью охлаждаемого ползуна и предупреждая образование в металле шва кристаллизационных трещин.

Расход флюса при этом способе сварки невелик и обычно не превышает 5% массы наплавленного металла. Ввиду малого количества шлака легирование наплавленного металла происходит в основном за счет электродной проволоки. Доля основного металла в шве может быть снижена до 10-20%. Вертикальное положение металлической ванны, повышенная температура ее верхней части и значительное время пребывания металла в расплавленном состоянии способствуют улучшению условий удаления газов и неметаллических включений из металла шва. По сравнению со сварочной дугой шлаковая ванна — менее концентрированный источник теплоты. Поэтому термический цикл электрошлаковой сварки характеризуется медленным нагревом и охлаждением основного металла. Отклонение положения оси свариваемого шва от вертикали возможно не более чем на 15° в плос-1 кости листов и на 30-45° от горизонтали.

Так как выделение теплоты в шлаковой ванне происходит I главным образом в области электрода, максимальная толщина основного металла, свариваемого с использованием одной электродной проволоки, обычно ограничена 60 мм. При сварке металла большей толщины электроду в зазоре между кромками сооб-щают возвратно-поступательное движение (до 150 мм) или используют несколько неподвижных или перемещающихся (рис.2.) электродов. В этом случае появляется возможность сварки металла сколь угодно большой толщины.

Рис. 2. Схемы процесса многоэлектродной электрошлаковой сварки; а — тремя электродами, б — десятью неподвижными электродами.

Техника сварки.

Электрошлаковый процесс устойчиво протекает при плотностях тока около 0,1 А/мм 2 (при дуговой сварке порядка 20-30 А/мм 2 ). Поэтому возможна замена проволочных электродов на пластинчатые (рис 2.) или ленточные электроды. Однако, если невозможно использование механизма подачи пластинчатых электродов (недостаток места над изделием и др.) и при сварке изделий сложного сечения (пластинчатый электрод должен быть неподвижен) для компенсации недостатка металла для заполнения пространства между электродами и электродами и кромками основного металла используют способ сварки плавящимся мундштуком. В этом случае пластинчатый электрод по форме может повторять форму свариваемых кромок и быть составным (рис 3.).

Рис. 3. Схема электрошлаковой сварки пластинчатым электродом

Токоподвод к электродной проволоке осуществляется через скользящий контакт с пластинчатым расплавляющимся электродом (мундштуком). Один из приемов наплавки плоских поверхностей показан на рис. 4,а. При контактно-шлаковой (рис 5, б)сварке стержней различного поперечного сечения после образования металлической ванны требуемого объема происходят выключение сварочного тока и осадка верхнего стержня. Этим способом можно приваривать стержни к плоской поверхности.

Устойчивость электрошлакового процесса, форма шва и глубина проплавления основного металла зависят от параметров режима сварки. К основным параметрам относятся: скорость сварки V, сварочный ток Iсв, скорость подачи электродов Vп, напряжение сварки U, толщина металла, приходящаяся на один электрод, расстояние между электродами z. Вспомогательные составляющие режима: зазор между кромками bр, состав флюса, глубина шлаковой ванны hш.в, скорость возвратно-поступательных движений электрода, его «сухой» вылет lэ, сечение электродов и др. Глубина шлаковой ванны в зависимости от силы сварочного тока изменяется от 25 до 70 мм. Скорость возвратно-поступательного движения электрода 25-40 м/ч. Сухой вылет электрода 60-80 мм.

Рис. 6. Зависимость размеров и формы шва (а) от основных параметров алектрошлаковой сварки (б — е). Значения параметров сварки за исключением рассматриваемого: Iсв = 600 А; Vпр = 40 м/ч; Uсв = 38-40 В; bp — 20 мм

С увеличением силы тока увеличивается скорость расплавления электрода и растет глубина металлической ванны hм.в. Ширина шва изменяется незначительно (рис. 6,б.). С увеличением скорости подачи электрода vпр (обычно составляет 100-500 м/ч) конец электрода погружается в шлаковую ванну более глубоко. Это уменьшает напряжение сварки Uсв, глубину металлической ванны hш B и ширину шва bш. Коэффициент формы шва (формы металлической ванны) ψ =b пр /h м.в . уменьшается с ростом силы тока и подвышается с увеличением диаметра электрода и напряжения сварки.

Рис. 7. Установка выходных (а) и входных (б) прланок при электрошлаковой сваркеРис. 8. Электрошлаковая сварка кольцевого шва: а — вырезка дефектов в начале сварки; б — замыкание шва; стрелки: А — направление врщения изделия; Б — перемещение автомата

Число электродных проволок, их диаметр и сечение пластинчатых электродов или плавящихся мундштуков, скорость их подачи и другие параметры выбирают таким образом, чтобы получить скорость и напряжение сварки, обеспечивающие устойчивость процесса и требуемые размеры и форму шва.

Применение электрошлаковой сварки вносит коренные изменения в технологию производства крупногабаритных изделий. Появляется возможность замены крупных литых или кованых деталей сварно-литыми или сварно-коваными из более мелких поковок или отливок.

Заготовки под сварку следует собирать с учетом усадки стыка после сварки. Для плотного прилегания ползунов и формирующих устройств к кромкам стыка последние зачищают от заусенцев, окалины и т. д. на ширину до 100 мм. Для вывода за пределы шва усадочной раковины в конце шва (рис. 7.)устанавливают выходные, а вывода непроваров в начале шва — входные планки, которые после сварки удаляют резкой. Для начала сварки в карман, образованный входными планками, засыпают флюс, который плавится сварочной дугой до получения шлаковой ванны требуемых размеров. После этого дуга шунтируется шлаком, и процесс переходит в бездуговой — электрошлаковый.

Перед началом сварки можно заливать шлак, расплавленный в специальном кокиле. Для наведения электрошлаковой ванны можно использовать специальные флюсы, электропроводные твердом состоянии. Оригинален процесс сварки кольцевых швов (рис. 8.). Сварку начинают на входной планке 1. В процессе дальнейшей сварки при вращении изделия дефектный участок в начале шва 2 вырезают для замыкания шва. При замыкании шва вращение изделия прекращается и начинается перемещение сварочной установки вверх как при обычной сварке прямолинейного шва. Замыкание шва и вывод усадочной раковины осуществляют с помощью специального кармана из пластин 3 или кокиля. Типы сварных соединений и вид сварных швов, получаемых при электрошлаковой сварке, показаны на рис. 9.

Рис. 9. Основные типы сварных соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой: а и б — стыковые; в и д — тавровые; г — угловые; е — переменного сечения

Читать еще:  Ручная аргонодуговая сварка титана вольфрамовым электродом

6.3 Электрошлаковая сварка. Технологические особенности сварки. Область рационального применения.

Применение электрошлаковой сварки вносит коренные измене­ния в технологию производства крупногабаритных изделий. Появляется возможность замены крупных литых или кованых деталей сварно-литыми или сварно-коваными из более мелких поковок или отливок.

Заготовки под сварку следует собирать с учетом усадки стыка после сварки. Для плотного прилегания ползунов и формирую­щих устройств к кромкам стыка последние зачищают от заусен­цев, окалины и т. д. на ширину до 100 мм. Для вывода за пределы шва усадочной раковины в конце шва (рис. 61) устанавливают выходные, а вывода непроваров в начале шва — входные планки, которые после сварки удаляют резкой. Для начала сварки в кар­ман, образованный входными планками, засыпают флюс, который плавится сварочной дугой до получения шлаковой ванны требуемых размеров. После этого дуга шунтируется шлаком, и процесс переходит в бездуговой — электрошлаковый.

Перед началом сварки можно заливать шлак, расплавленный в специальном кокиле. Для наведения электрошлаковой ванны можно использовать специальные флюсы, электропроводные в твердом состоянии.

Основные типы сварных соединений, выполняемых элек­трошлаковой сваркой:

стыковые; тавровые; угловое; переменного сечения.

Рис. 6 – Основные типы сварных соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой:

а) и б) – стыковые, в) и д) – тавровые, г) – угловое, е) – переменного сечения

5.1 23.3 Основы способа ручной дуговой сварки покрытым электродом. Схема процесса

Сущность способа. К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания сварочной дуги от источников сварочного тока подводится постоянный и переменный ток (рисунок 24). Дуга расплавляет металлический стержень электрода, его покрытие и основной металл. Расплавляющийся металлический стержень электрода в виде отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну. В сварочной ванне электродный металл смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность.

1-металлический стержень; 2-покрытие электрода; 3-газовая атмосфера дуги; 4-сварочная ванна; 5- затвердевший шлак; 6-акристаллизовавшийся металл шва; 7-основной металл (изделие); 8-капли расплавленного электродного металла; 9-глубина проплавления

Рисунок 24 — Ручная дуговая сварка металлическим электродом с покрытием (стрелкой указано направление сварки)

Глубина, на которую расплавляется основной металл, называется глубиной проплавления. Она зависит от режима сварки (силы сварочного тока и диаметра электрода), пространственного положения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия, от конструкции сварного соединения, формы и размеров разделки свариваемых кромок и т. п. Размеры сварочной ванны зависят от режима сварки и обычно находятся в пределах: глубина до 7 мм( ширина 8—15 мм, длина 10—30 мм. Доли участия основного металла в формировании металла шва обычно составляет 15-35%.

Расстояние от активного пятна на расплавленной поверхности электрода до другого активного пятна дуги на поверхности сварочной ванны называется длиной дуги. Расплавляющееся покрытие электрода образует вокруг дуги и над поверхностью сварочной ванны газовую атмосферу, которая, оттесняя воздух из зоны сварки, препятствует взаимодействиям его с расплавленным металлом. В газовой атмосфере присутствуют также пары основного и электродного металлов и легирующих элементов. Шлак, покрывая капли электродного металла и поверхность расплавленного металла сварочной ванны, способствует предохранению их от контакта с воздухом и участвует в металлургических взаимодействиях с расплавленным металлом.

Кристаллизации металла сварочной ванны по мере удаления дуги приводит к образованию шва, соединяющего свариваемые детали. При случайных обрывах дуги или при смене электродов кристаллизация металла сварочной ванны приводит к образованию сварочного кратера (углублению в шве, по форме напоминающему наружную поверхность сварочной ванны). Затвердевающий шлак образует на поверхности шва шлаковую корку.

Ввиду того что от токоподвода в электрододержателе сварочный ток протекает по металлическому стержню электрода, стержень разогревается. Этот разогрев тем больше, чем дольше протекание по стержню сварочного тока и чем больше величина последнего Перед началом сварки металлический стержень имеет температуру окружающего воздуха, а к концу расплавления электрода температура повышается до 500 — 6000С (при содержании в покрытии органических веществ — не выше 2500С). Это приводит к тому, что скорость расплавления электрода (количество расплавленного электродного металла) в начале и конце различна. Изменяется и глубина проплавления основного металла ввиду изменения условий теплопередачи от дуги к основному металлу через прослойку жидкого металла в сварочной ванне. В результате изменяется соотношение долей электродного и основного металлов, участвующих в образовании металла шва, а значит, и состав и свойства металла шва, выполненного одним электродом. Это — один из недостатков ручной дуговой сварки покрытыми электродами.

Зажигание и поддержание дуги. Перед зажиганием (возбуждением) дуги следует установить необходимую силу сварочного тока, которая зависит от марки электрода, пространственного положения сварки, типа сварного соединения и др. Зажигать дугу можно двумя способами. При одном способе электрод приближают вертикально к поверхности изделия до касания металла и быстро отводят вверх на необходимую длину дуги. При другом — электродом вскользь «чиркают» по поверхности металла. Применение того или иного способа зажигания дуги зависит от условия сварки и от навыка сварщика.

Электрошлаковая сварка (ЭШС)

Принцип электрошлаковой сварки

Способ электрошлаковой сварки, разработанный коллективом Института электросварки Е. О. Патона, основан на использовании для нагрева свариваемых деталей тепла, которое образуется при протекании тока через расплавленный шлак. Электрошлаковую сварку обычно выполняют при вертикальном расположении детали. Процесс ее начинается с возбуждения дуги между электродными проволоками и изделием. Тепло дуги плавит флюс; создается шлаковая ванна, уровень которой постепенно повышается. Обладая электропроводностью, расплавленный флюс шунтирует дугу, и горение ее прекращается. Но нагрев и расплавление флюса продолжаются за счет тепла, выделяющегося при протекании тока через жидкий шлак. Кромки свариваемых деталей и электродная проволока оплавляются от соприкосновения с перегретым шлаком.

При электршлаковой сварке, жидкий металл, образующийся в результате оплавления свариваемых кромок и электродных проволок, заполняет зазор между деталями. Для удержания жидкой ванны металла и шлака от вытекания из зазора с обеих его сторон устанавливают охлаждаемые водой медные ползуны, которые поднимаются по мере заварки шва.

Виды электрошлаковой сварки

Существует несколько разновидностей электрошлаковой сварки в зависимости от типа электрода и характера подачи его в ванну

  1. Электрошлаковая сварка электродными проволоками выполняется с подачей последних в шлаковую ванну по мере их оплавления. В этом случае электродам сообщают еще горизонтальные возвратно-поступательные перемещения для равномерности прогрева всей толщины свариваемых деталей.
  2. Электрошлаковая сварка электродами большого сечения или пластинами. При такой схеме сварки электрод занимает большую часть зазора между свариваемыми деталями. Электроды в виде пластин, соответствующих по форме свариваемым деталям, укрепляются в зазоре неподвижно и могут подаваться в шлаковую ванну лишь изредка, в случае недостатка металла для заполнения зазора. Оборудование для электрошлаковой сварки пластинами значительно проще, чем для способа 1).
  3. Электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком представляет собой комбинацию способов 1) и 2). По этому способу в зазор устанавливается электрод в виде пластины, по боковым граням, а иногда и в середине которого располагаются направляющие трубки для подачи проволоки в шлаковую ванну.

Пластинчатый электрод остается неподвижным в течение всего процесса сварки, а недостаток металла для заполнения зазора восполняется подачей проволок. Иногда посредством этих проволок в металл шва вводят необходимое количество легирующих элементов.

Электрошлаковая сварка, созданная сравнительно недавно советскими учеными, уже нашла широкое промышленное применение в нашей стране и за рубежом. Этим способом свариваются за один проход стальные детали неограниченной толщины, причем эффективность сварки с увеличением толщины деталей возрастает. В последние годы электрошлаковая сварка используется для наплавочных работ, соединения деталей из чугуна и некоторых цветных металлов.

Качество сварных соединений, выполненных таким способом, обычно хорошее. В отдельных случаях для улучшения структуры . металла шва требуется термическая обработка соединений после сварки, поскольку длительный нагрев металла и малая скорость охлаждения способствуют укрупнению зерна.

Способ отличается хорошими экономическими показателями: малым расходом электроэнергии и флюса на 1 кг наплавленного металла, высокой производительностью процесса. Электрошлаковый переплав металлов имеет большое значение для улучшения их качества и свойств.

Сварочные операции: Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка. Метод электрошлаковой сварки, разработанной в СССР сотрудниками Института электросварки им. Е.О. Патона, нашел широкое применение в нашей промышленности и за рубежом. Электрошлаковая сварка является наиболее экономичным способом сварки углеродистых, низколегированных и высоколегированных сталей толщиной свыше 40 мм. В условиях монтажа применение электрошлаковой сварки часто оказывается эффективным и при меньших толщинах свариваемых элементов. Использование этого способа позволяет отказаться от изготовления многих изделий в цельнолитом и цельнокованом исполнении и перейти к более экономичным составным конструкциям с применением сварки.

Из различных форм продольных сечений стыков наиболее удобны для сварки прямоугольные и кольцевые. Задача сварки сложных профилей всегда может быть упрощена при правильном конструировании, например с помощью местных приливов шириной 50 . 60 мм на сторону. В случае малой доступности одной из сторон шва можно использовать остающуюся подкладку. При этом следует иметь в виду, что при наличии стыков такой подкладки по длине они должны быть тщательно проварены. Не провар стыка остающейся подкладки может вызвать образование трещины. Для однотипных, часто повторяющихся в данном производстве изделий можно применять медные приставки или формы, охлаждаемые водой. Весьма успешно электрошлаковую сварку применяют при ремонте и для исправления дефектов литья, например при заварке отверстий.

Читать еще:  Электросварка металлов: виды, технологии, особенности

Кольцевые швы по технике сварки отличаются от прямолинейных конструктивным оформлением устройств для формирования обратного валика и необходимостью замыкания конца шва с началом. Сварку кольцевого стыка начинают на вспомогательной пластинке, вваренной в зазор стыка. После заварки примерно полуокружности стыка участок с началом шва появляется на другой стороне кантователя, сварщик выплавляет воздушно-дуговой или кислородной резкой начало шва до полного устранения непроваров и придает торцу шва наклонный срез, облегчающий выполнение замыкания шва (замка). Усадочную раковину выводят или в специальный прилив в наружном формирующем ползуне, или в медный кокиль, или же выплавляют и заваривают вручную. Формирование обратной стороны шва можно осуществлять остающимся стальным кольцом, медным охлаждаемым кольцом, обратным ползуном. Применение стального кольца возможно в тех случаях, когда конструкция изделия не требует его удаления или когда изделие подвергается последующей механической обработке. Кромки кольцевого стыка, как и продольных стыков, скрепляют внутри и снаружи обечайки П-образными скобами или планками, приваренными к стенкам изделия. При сварке с медным охлаждающим кольцом оно заводится в отверстие скоб и закрепляется клиньями, которые вбивают между скобами и кольцом. Обратный ползун применяется в тех случаях, когда это допускает форма изделия. При сварке закрытых сосудов с малыми размерами лазовых отверстий и при расположении стыка на большом расстоянии от торца изделия установка такого ползуна затруднительна.

При сварке прямолинейных швов начало и конец шва следует выводить за пределы рабочей части соединения путем постановки начальных и выводных планок.

При условии принятия специальных мер электрошлаковым способом можно сваривать элементы большой толщины из алюминия и его сплавов. Элементы из титана и его сплавов при толщине более 30 мм также целесообразно соединять электрошлаковой сваркой, применяя защиту аргоном поверхности шлаковой ванны.

В настоящее время существуют три основных приема электрошлаковой сварки: 1 — сварка проволокой с колебаниями или без колебаний; 2 — сварка пластинчатыми электродами большого сечения; 3 — сварка плавящимся мундштуком.

Положительной стороной первого приема является наименьшая потребляемая мощность и удобство наблюдения за варочной ванной, отрицательным — трудность сварки элементов больших толщин и сложных сечений и необходимость иметь свободный доступ, по крайней мере, с одной стороны шва. При втором приеме достоинством является возможность вводить электроды сверху и создавать надежное уплотнение стыка неподвижными формирующими устройствами, недостатком — наибольшая потребная мощность и трудность корректирования направления электродов. Третий прием является наиболее универсальным и позволяет производить сварку элементов практически неограниченной толщины и формы, а также в труднодоступных местах, однако наблюдение за сварочной ванной затруднено. Толщину плавящегося мундштука можно принимать в пределах от 10 до 50 % от размера зазора. При большом числе прямолинейных швов одинаковой толщины выгодно применять мундштуки, штампованные из листа. Мундштуки, показанные на рис., более трудоемки, но организовать их производство проще. Они изготовляются точечной сваркой из полос толщиной 4 . 5 мм и листа толщиной 1 мм. Для сварки швов переменного сечения мундштуки такого типа или составляются из полос, или вырезаются из листа соответственно форме продольного сечения стыка. Наиболее точное направление электрода обеспечивает мундштук, у которого канал для электродной проволоки образован спиралью. Иногда для направления проволоки используют трубки, прикрепленные к пластинам скобками с помощью точечной сварки. Изоляция плавящегося мундштука от изделия в зазоре осуществляется с помощью клиньев из стекловаты, пропитанной жидким стеклом и высушенной. Аппарат для сварки плавящимся мундштуком состоит из одного подающего механизма, который или устанавливается прямо на изделии и подает проволоку непосредственно в мундштук, или ставится в стороне и подает проволоку через гибкие шланги. Ведущий вал имеет шпоночную канавку по всей длине. Подающие ролики сидят на скользящих шпонках и могут перемещаться вдоль оси валика. Втулки обоих прижимных роликов свободно сидят на оси, но фиксируются охватывающими их хомутиками. Предварительное совмещение роликов выполняют шайбами, окончательное совмещение и фиксацию обоих роликов осуществляют через электрод.

В ИЭС им. Е. О. Патона создан универсальный аппарат А-535, который можно настраивать на выполнение следующих швов и соединений: стыковых соединений толщиной до 500 мм; угловых и тавровых соединений; наклонных и кольцевых швов; стыковых швов большого сечения с использованием пластинчатых электродов; швов сложной конфигурации плавящимся мундштуком и с использованием неплавящегося электрода. Для сварки в труднодоступных местах и в условиях монтажа следует использовать малогабаритные магнитошагающие аппараты.

Схема работы магнитошагающего механизма представлена на рис., на котором последовательно показаны положения магнитных башмаков, связанных эксцентриковым валиком с эксцентриситетом. При применении одновременно двух агрегатов можно осуществлять сварку угловых соединений с толщиной шва до 150 мм.

Конструирование, сборку и сварку изделий с применением электрошлаковой сварки следует производить с учетом ее особенностей.

Если при выполнении электрошлакового шва имела место остановка процесса, то место усадочной раковины удаляется, сварочная ванна наводится снова, а после окончания сварки место начала ее наведения выплавляется и подваривается вручную.

Электрошлаковая сварка

Все страницы по теме

Электрошлаковая сварка

Способ электрошлаковой сварки (далеe ЭШС) отличается тем, чтo источником нагрева пpи сварке служит тепло, выделяющееcя в ванне расплавленного флюса пpи прохождении через нее тока oт электрода к изделию. ЭШС применяется для изготовления металлических конструкций толщиной обычно >20 мм. Электрошлаковая сварка может наиболее эффективно соединять металл практически неограниченной толщины.

Описание процесса (рис. 1). Шлаковая ванна 3 образуется в результате расплавления сварочного флюса. В течение всего процесса глубина шлаковой ванны, находящейся в зазорe между свариваемыми кромками, закрытыми с боков формирующими водоохлаждаемыми устройствами 2 (ползунами, накладками) или остающимися стальными пластинами, сохраняется, как правило, постоянной. Сварочный ток, проходя через шлаковую ванну 3 между погруженными в нее электродами (проволочными 1, пластинчатым 7 или плавящимся мундштуком 6) и металлической ванной 4, поддерживает высокую температуру и электропроводность шлака. Металлическая ванна 4, кристаллизуясь, образует сварной шов 5.

К отличительным чертам электрошлаковой сварки, которые определяют его технические возможности, относятся:

  • характер выделения теплоты в зоне процесса сварки, зависящий от вида расплавляющихся присадочных материалов (пластина, проволоки, мундштуки и т.д.), и параметры электрического тока в шлаковой ванне (уровни тока и напряжения, продолжительность пауз в протекании тока, зависимость их от скоростей плавления расплавляющихся при садочных материалов);
  • пространственная распределенность источников теплоты, сказывающаяся на поле температур в свариваемой детали и, соответственно, форме сварочной ванны; характер термических циклов и влияние их на структуру и свойства основного металла;
  • наличие минимально возможного зазора между свариваемыми деталями, который должен поддерживаться малоизменяющимся, несмотря на возникающие при электрошлаковой сварке значительные деформации и перемещения свариваемых деталей;
  • существенные по уровню собственные (внутренние) напряжения, имеющие трехосный характер и превышающие предел текучести металла ввиду своей объемности, что может вызывать хрупкие разрушения деталей как в процессе сварки, так и после нее;
  • необходимость, как правило, термической обработки после завершения сварки для релаксации объемных остаточных напряжений и улучшения структуры сварного соединения.

Разновидности процессов электрошлаковой сварки .

Существуют три основные разновидности электрошлаковой сварки и наплавки: сварка проволочными электродами; плавящимся мундштуком; сварка электродами большого сечения.

Сварка проволочными электродами применяется в промышленности наиболее широко и имеет такие основные разновидности : одной, двумя, тремя электродными проволоками бeз колебаний; то же, c колебаниями (см . риc . 1, а) ; проволочными электродами бeз введения мундштука в зазор.

Проволочными электродами чаще всего выполняют протяженные или кольцевые сварные соединения металла толщиной 20. 500 мм . Число электродных проволок выбирают исходя из толщины свариваемого металла : толщиной до 50 мм обычнo сваривают одним неподвижным электродом: если металл толщиной >50 мм, то при его сварке электроды совершают в сварочном зазорe колебательные движения.

Сварка плавящимся мундштуком (см. рис. 1, б) — наиболее универсальный способ, которым можно сваривать детали толщиной 20 .. .3000 мм, в том числе детали, имеющие переменную толщину и криволинейную форму.

Плавящийся мундштук представляет собой набoр пластин или стержней, которыe снабжены каналами для подaчи электродной проволоки. В частнoм случае плавящимся мундштуком может быть толстостенная трубка с внутренним диаметром, на 1. . .2 мм превышающим диаметр электродной проволоки. Форма плавящегося мундштука определяется конфигурациeй свариваемого стыка, a материал, как правило, подобeн основному металлу изделия или же выбирается в зависимости oт требований, предъявляемых к химсоставу металла шва. Широкое распространениe получил мундштук c каналами для подaчи электродной проволоки в видe спиралей, навитыx из сварочной проволоки.

Электрошлаковая сварка электродами большого сечения (см. рис. 1, в) включает сварку однoй, двумя или тремя пластинами сплошногo сечения или c продольными разрезами, подключенными к общeму или отдельным источникам сварочного тока. Электроды могут подключаться к источнику питания по трехфазной или бифилярной схеме (рис. 2 и 3). Пластинчатые электроды чаще всего применяются при сварке прямолинейных швов длиной ≤1500 мм металла толщиной >30 мм. Толщина пластинчатых электродов обычно 10. 15 мм , пpи сварке алюминия и его сплавов 20.. .25 мм и при сварке металла толщиной дo 2000 мм с бифипярным подключением электродов достигает 60. .. 100 мм.

Читать еще:  Техника и основы сварки инвертором для начинающих

Рис. 2. Схема трехфазного подключения электродов большого сечения к источнику питания .

Рис. 3. Бифилярная схема подключения электродoв к источнику питания: 1 — подвижные электроды; 2 — неподвижные электроды ; 3 — устройство, формирующее наружную поверхность шва ; 4 — ковш со шлаком ; 5 — сифон .

Рис. 4. Схема сварки ленточными электродами: 1 — рулон ленточного электрода; 2 — подающий механизм; 3 — направляющие обоймы; 4 — изоляторы .

Электрошлаковая сварка ленточным электродом (рис. 4) близка к спосoбу сварки пластинчатым электродом. В качествe ппавящегося электрода можeт использоваться порошковая проволока, порошковая лента. Составляющая наполнение такого электрода порошковая шихта, может содержать компоненты, воздействующие на металлургические процессы (т. e. раскисление, обессеривание , легирование, модифицирование) или восполняющие расход сварочного флюса в процессе сварки.

Электрошлаковая наплавка деталей обычнo осуществляется по той жe технологии, что и сварка. Пpи этом вместо однoй из свариваемых кромок используют медную водоохлаждаемую пластину. Применяется такжe электрошлаковая наплавка плоскостей в нижнем положении, наплавка цилиндрических поверхностей.

В чем заключается сущность процесса электрошлаковой сварки?

Процесс соединения деталей, при котором плавление присадочной проволоки и краев деталей происходит благодаря нагреву расплавленного флюса до высокой температуры, назвали электрошлаковая сварка. Шлак имеет высокое сопротивление и при прохождении через него тока нагревает все вокруг себя. В результате жидкие металлы соединяются. Шлак всплывает наверх и образует защитную пленку. Обеспечивает равномерное охлаждение.

  1. Область применения
  2. Разновидности
  3. С проволокой
  4. С пластинами
  5. С плавящимся мундштуком
  6. Технология
  7. Какие применяются флюсы
  8. Подготовка изделия
  9. Осуществление возбуждения ЭШ процесса
  10. Применяемое оборудование и материалы
  11. Преимущества и недостатки

Область применения

Сущность процесса и область применения сварки под слоем флюса состоит в соединении деталей больших размеров. Наиболее часто это листы толщиной от 40 мм до 500 мм. Шов накладывается за один проход и практически не имеет ограничения по длине.

Наиболее популярная область применения в тяжелой промышленности для изготовления стендовых плит большой площади, сваривании деталей с разными по толщине элементами. При строительстве трубопроводов повышенной ответственности применяется автоматическое оборудование для соединения труб с предварительной подготовкой и последующей термообработкой и изоляцией.

Разновидности

При соединении 2 деталей, между поверхностями зазора которых имеется зазор, производится сварка. Она разделяется на виды по типу токоподающего элемента, его формы и конструкции. Различают разновидности:

  • одноэлектродная,
  • многоэлектродная,
  • с проволокой,
  • пластинами,
  • плавящимся мундштуком,
  • плоские.

Сварка одной токоподающей проволокой применяется для соединения тонких листов на автоматах и полуавтоматах.

Плоские электроды применяются для наплавки металла на поверхность детали. Ток подающая грань у них плоская, широкая, расположены в шлаковой ванне параллельно плоскости детали. Плоский электрод за один проход закрывает наплавляемым металлом широкую полосу детали.

С проволокой

Проволочных электродов может быть от 1 до 3. Они с постоянной скоростью подаются в шлаковую ванну. При соединении стыка большой ширины могут совершать зигзагообразное перемещение перпендикулярно оси шва.

Ток подается непосредственно на саму проволоку и проходит через флюс, нагревая его и расплавляя сам провод-электрод.

С пластинами

Широкие пластины по размеру зазора применяют для сварки больших деталей. Присадочная проволока подается сбоку или прокладывается по дну шва. Электрод опускается в ванну и перемешается вдоль шва, погруженный в флюс.

С плавящимся мундштуком

Мундштук представляет собой пластину, погруженную в шлак, по каналам внутри которой подается проволока в плавильную ванну. Она движется с постоянной скоростью. В зависимости от ширины шва, отверстий для проволоки может быть 2 или 3.

Мундштук может быть широким только в нижней части и иметь любую форму. Проволока подается по стержню, установленному на основании плавящегося мундштука перпендикулярно. Внешне деталь представляет собой перевернутую букву Т с одной или несколькими ножками. Скорость сварки при этом не уменьшается.

Технология

Технология электрошлаковой сварки это процесс соединения деталей расплавлением их кромок и присадочной проволоки в сварочной ванне. Основным источником нагрева является жидкий шлак – расплавленный флюс, через который проходит электрический ток. Расплав в ванне имеет высокое электрическое сопротивление и сильно греется.

На свариваемую деталь или обе, подключают минус, к электроду плюс. Ток проходит через расположенный между ними расплавленный шлак с высоким сопротивлением и разогревает плавильную ванну. При этом оплавляются края детали, и полностью расплавляется присадочная проволока, заполняя зазор.

Стабильность процесса электросварки зависит от глубины шлаковой ванны и правильно подобранного размера зазора между деталями. При малой ширине ванны процесс плавления флюса нарушается, образуются вспышки дуги.

Если под электродом вместо стыка сплошная поверхность, происходит электрошлаковая наплавка. Сущность ее в соединении металлов с разными механическими свойствами или увеличение ее размера.

Какие применяются флюсы

Использование флюсов определяется их электропроводностью и вязкостью в жидком состоянии. Качественное и быстрое сваривание среднеуглеродистых и низколегированных сталей проходит под фторидными флюсами, обладающими высокой электропроводностью. Для работы с малыми токами, например сварка высоколегированных сталей, он не подходит из-за высокой вязкости. Он быстро застывает, мешает продвижению электрода, отжимает ползуны.

Цвета побежалости показывают, что прогрев детали вокруг шва не имеет переходных зон.

На отделяемость корки после охлаждения соединения, влияет марганец. Чем меньше его, тем легче удалить шлак. Безмарганцевые низкокремнистые составы применяют для разжигания дуги, их могут засыпать в начале шва. Затем по ходу сварки рекомендуется применение флюсов, образующих хорошее покрытие шва и гарантирующего постепенное остывание:

  • низкокремнистые марганцевые,
  • высококремнистые марганцевые.

Легированные металлы склонны к образованию трещин при резком остывании. Для них лучше всего использовать высококремнистые марганцевые флюсы, которые обеспечат работу на малых токах и медленное остывание без доступа воздуха.

Начальник ОТК завода СВЭЛ, член аттестационной комиссии сварщиков Братищев А.И.: «При ЭШС следует применять флюсы, изготовленные по ГОСТ 9087-81. Перед работой их следует просушить в печах при температуре 110⁰ – 120⁰C, выдержав не менее 2 часов на 100 мм минимального сечения упаковки, в которой он находится. В противном случае оставшаяся в шлаке влага увеличит электропроводность флюса, уменьшит его нагрев, образует поры в материале шва».

Подготовка изделия

Кромки стыкуемых деталей не обязательно зачищать. Раскрой металла производится газовым резаком. Допускаются неровности и выступы размером до 3 мм при толщине листа до 200 мм. Отклонение от параллельности кромок сопрягаемых деталей может быть в пределах 4 мм на высоту.

При соединении боковых плоскостей проката, его следует очистить от окалины и ржавчины. Для этого используется обдирочный аппарат или ручная зачистка болгарками с крупнозернистыми кругами.

Литье и поковки в месте соединения должны обрабатываться механическим способом на станках. Если для наращивания глубины ванны применяются медные или стальные пластины, варить можно без обработки.

Перед сваркой деталей разной толщины, кромки выравнивают, сняв под углом часть большей или наращивая полосой металла тонкую.

Осуществление возбуждения ЭШ процесса

При холодном старте стык между свариваемыми деталями заполняется флюсом. В него вставляется мундштук и возбуждается ток. Под флюсом возникает дуга, и он плавится, превращаясь в жидкий шлак с большим электрическим сопротивлением.

Сварочная дуга после расплавления первой порции флюса угасает. Шлак, через который проходит ток, выделяет большое количество тепла и плавит следующую порцию флюса, присадочную проволоку и края свариваемых деталей.

Горячий способ применяется реже. В ванну, образованную медными пластинами по бокам в начале шва, заливают предварительно расплавленный в печи флюс.

Применяемое оборудование и материалы

Для электрошлаковой сварки применяют автоматические и полуавтоматические установки. Они включают в себя:

  • сварочный аппарат,
  • направляющие для его перемещения,
  • бункер для флюса,
  • ползуны, принудительно формирующие шов,
  • катушку с проволокой и механизм ее подачи,
  • источник питания.

Специальные приборы контролируют сварочный процесс и положение ванны. Область плавления и образования шва должна заключаться в пространстве между охлаждающимися медными пластинами.

Преимущества и недостатки

Электрошлаковая сварка имеет свои плюсы и минусы в областях применения. К положительным характеристикам относится:

  • относительно малый ток,
  • отсутствует разбрызгивание металла,
  • возможность наплавки поверхности металлом с другим химическим составом,
  • возможность сваривать толстые стыки за один проход,
  • отсутствие переходной зоны при нагреве,
  • металл шва и детали не смешиваются,
  • сварка в несколько проходов осуществляется на одном режиме без удаления шлака,
  • нет усадочных раковин,
  • простая подготовка кромок.

К недостаткам относится:

  • большое выделение вредных веществ при кипении флюса,
  • лист тоньше 1,6 мм ЭШС не варят,
  • детали для сварки необходимо выкладывать и кантовать,
  • трудно варить радиальные стыки.

При случайной остановке сварки, шов получится с большим количеством дефектов. Его нельзя доваривать. Необходимо полностью выбрать уже положенный металл и проварить все сначала.

Электрошлаковая сварка позволяет быстро с небольшими затратами сваривать большие детали. Для соединения электродуговым способом необходима разделка, тщательная зачистка и наложение многослойного шва.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector