Свойства и применение электрошлаковой сварки

Электрошлаковая сварка

При сварке под флюсом источником тепла служит сварочная дуга в которой электрическая энергия преобразуется в тепловую. На ином принципе основана электрошлаковая сварка.

При этом способе превращение электрической энергии в тепловую происходит в шлаковой ванне, являющейся проводником электрического тока.

При прохождении электрического тока через жидкий шлак в последнем выделяется тепло, которое используется на плавление металла.

При электрошлаковой сварке в пространстве между кромками свариваемого изделия и формирующими устройствами находится ванна расплавленного шлака, в которую погружен металлический электрод. Проходя между электродом и основным металлом, электрический ток нагревает шлак в ванне.

Обратите внимание

Превращение электрического тока в теплоту происходит в шлаке, на контактных поверхностях шлак — металл и в самом металле. При этом расплавляются как погруженная в шлак часть электрода, так и кромки изделия. Расплавленные основной и электродный металлы собираются на дне шлаковой ванны в виде металлической, ванны.

При ее затвердевании образуется шов, соединяющий кромки изделия.

Электрод, по мере его расплавления, подается в шлаковую ванну, а уровень металлической ванны постепенно повышается. При этом зона сварки перемещается вверх до тех пор, пока изделие не будет полностью сварено. При электрошлаковой сварке металл сварочной ванны и расплавляемый электродный металл защищены от действия воздуха слоем жидкого шлака.

Во время сварки плавлением происходит взаимодействие между жидкими шлаком и металлом. Длительность этого взаимодействия обычно очень невелика. При электродуговой сварке она колеблется от 10 с до 1 мин.

При электрошлаковой сварке шлак и металл взаимодействуют значительно дольше — до нескольких минут. Из-за весьма небольшого расхода флюса при электрошлаковой сварке жидкий металл и шлак взаимодействуют слабо.

Электрошлаковый процесс принципиально отличается от электродугового, поэтому флюсы для электрошлаковой сварки тоже имеют характерные особенности, обусловленные, с одной стороны, необходимостью обеспечения устойчивости электрошлакового процесса, с другой — наличием устройств для удержания шлаковой и металлической ванн.

В связи с тем, что электрошлаковый процесс основан на электропроводности жидкого шлака, существенное влияние на него оказывает электропроводность шлакового расплава. Устойчивость электрошлакового процесса растет с повышением электропроводности жидкого шлака. Чем выше его электропроводность, тем при более низком напряжении тока должна вестись электрошлаковая сварка.

Однако при прохождении электрического тока через шлаки с высокой электропроводностью выделяется мало тепла, а поэтому для успешного осуществления процесса сварки требуются значительные электрические мощности. При небольших силах тока сварка с применением таких шлаков не обеспечивает необходимого оплавления кромок.

Электрошлаковую сварку обычно выполняют на переменном токе.

Способ электрошлаковой сварки широко используют в промышленности для соединения металлов повышенной толщины: стали и чугуна различного состава, меди, алюминия, титана и их сплавов.

Важно

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.

Важно

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 зоне неблагоприятных структур требует последующей термообработки для получения необходимых свойств сварного соединения.

Источник: http://weldering.com/elektroshlakovaya-svarka

Электрошлаковая сварка, сущность и схема процесса. Характеристика, области применения. Сварочные материалы

⇐ ПредыдущаяСтр 50 из 85Следующая ⇒

Сущность процесса заключается в следующем. В начальный период под флюсом возникает сварочная дуга, за счет теплоты дуги флюс расплавляется и образуется электропроводный шлак, который должен обладать значительным омическим сопротивлением.

Сварочная дуга после расплавления флюса с образованием электропроводного шлака угасает — шунтируется, а ток, проходя по электропроводному расплавленному шлаку, выделяет такое количество теплоты, которое достаточно для плавления последующей порции флюса, основного металла и проволоки.

Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь образует сварной шов (рис. 3, б).

Практически этот процесс (рис. 3, а) происходит между кромками основного металла 2, которые располагаются вертикально с большим зазором. Для формирования шва, т. е. для удержания расплавленного металла сварочной ванны, по обе стороны соединения устанавливаются медные ползуны 5, охлаждаемые водой.

Рис. 3. Схема электрошлаковой сварки:

1 — электрод, 2 — свариваемый металл, 3 — расплавленный флюс — электропроводный шлак, 4 — расплавленный металл, 5 — медные ползуны, 6 — подача воды для охлаждения ползунов, 7 — сварной шов, 8 — флюс; Vсв — скорость сварки

В зону сварки подается электродная проволока 1, которая под слоем флюса 8 и возбуждает горение сварочной дуги.

Преимущества этого вида сварки:

— возможность сварки за один проход металла большой толщины;

— не требуется удаление шлака и настройки режима сварки для выполнения последующего прохода, как это делается при других видах сварки;

— возможность выполнения сварки без разделки кромок и исключение разбрызгивания металла;

— возможность использования для сварки практически неограниченного количества электродов (проволок);

— исключение термической обработки сварного шва при сварке сталей, склонных к образованию усадочных трещин;

— высокая производительность и экономия флюса.

Недостатки этого вида сварки:

— возможность сварки металла толщиной не менее 16 мм;

— сварка практически возможна только в вертикальном положении;

— возможно образование неблагоприятных структур за счет термической обработки шва и зоны термического влияния.

По виду электрода электрошлаковая сварка делится на сварку проволочным, пластинчатым электродом и плавящимся мундштуком;

по наличию колебаний электрода — без колебаний и с колебаниями электрода;

по количеству электродов с общим подводом сварочного тока — на одноэлектродную, двухэлектродную и многоэлектродную.

Характеристика способов сварки давлением термомеханического класса.

К термомеханическому классу относятся виды сварки, при которых используютсятепловая энергия и давление: контактная, диффузионная и прессовая.

Основным видом термомеханического класса является контактная сварка – сваркас применением давления, при которой нагрев осуществляется теплотой, выделяемой припрохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части металла.

Основными видами контактной сварки являются точечная, шовная и стыковая. Рельефная сварка является разновидностью точечной сварки.

Высокочастотная контактная сварка – метод сварки металлов, использующий длянагрева свариваемых поверхностей токи высокой частоты.

Диффузионная сварка – сварка давлением, осуществляемая взаимной диффузиейатомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышеннойтемпературы и при незначительной пластической деформации.

При прессовых видах сварки соединяемые детали в месте сварки нагреваются пламенем газов, сжигаемых на выходе из сварочной горелки (газопрессовая), теплом электрической дуги (дугопрессовая), индукционным нагревом (индукционнопрессовая) и др.

⇐ Предыдущая45464748495051525354Следующая ⇒

Источник: https://stydopedya.ru/1_62927_elektroshlakovaya-svarka-sushchnost-i-shema-protsessa-harakteristika-oblasti-primeneniya-svarochnie-materiali.html

Электрошлаковая сварка

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

Электрошлаковая сварка разработана в Киевском институте сварки 
им. Е.О. Патона. При этом способе сварки плавление электродного металла и кромок свариваемого изделия происходит за счет тепла Q, которое выделяется на сопротивлении R жидкой шлаковой ванны в зазоре между свариваемыми деталями при прохождении тока I от электрода к изделию через расплавленный шлак за время t:

.

Этой сваркой в сочетании с принудительным формированием сварного шва можно сварить за один проход изделие практически неограниченной толщины (рис. 7.1).

Рис. 7.1.Схема электрошлаковой сварки: 1 — свариваемые детали; 2 — нижняя накладка; 3 — боковые накладки; 4 — плавящийся электрод; 5 — расплавленный шлак (флюс); 6 — расплавленный металл; 7 — металл сварного шва

Совет

Свариваемые детали устанавливаются с зазором 20…30 мм и между их торцами образуют полость с помощью нижней и боковых накладок. В эту полость засыпают сварочный флюс и расплавляют его электрической дугой.

После образования расплавленной шлаковой ванны дуговой процесс переходит в электрошлаковый, при котором электрод плавится в расплавленном шлаке.

Иногда жидкую шлаковую ванну получают заливкой из тигля с предварительно расплавленным шлаком.

Расплавленный электродный металл осаждается на дно шлаковой ванны и там кристаллизуется, образуя сварочный шов. Процесс сварки заканчивается после заполнения зазора между деталями расплавленным металлом. При сварке длинных швов боковые накладки выполняют в виде передвижных медных охлаждаемых водой ползунов, которые перемещаются вверх по мере формирования сварного шва.

В зависимости от типа применяемого электрода различают следующие способы электрошлаковой сварки: электродной проволокой, электродной пластиной, плавящимся мундштуком. Выбор способа сварки зависит от сечения свариваемых деталей и длины сварного шва.

Наибольшее распространение получила электрошлаковая сварка одной или несколькими проволоками диаметром 2.5…3.5 мм для деталей толщиной до 500 мм и длинных швов.

Электродная проволока подается в сварочную ванну автоматически, формирующие шов ползуны и механизм подачи проволоки перемещаются относительно кромок свариваемого изделия со скоростью сварки.

Вылет электродов над шлаковой ванной выбирают в пределах 60…70 мм, плотность тока в электродах – 15…160 А/мм2 (100…600 А на каждый электрод).

Обратите внимание

Сварку электродными пластинами применяют для швов шириной до 2000 мм и высотой до 1000 мм. Число пластин зависит от ширины сварного шва, применяют пластины толщиной 5…12 мм, их ширина обычно не превышает 150 мм.

Плотность тока в пластинах – 0.3…2.5 А/мм2. (400…2500 А на одну пластину). По мере плавления пластин они подаются в шлаковую ванну автоматически.

Для принудительного формирования шва применяют остающиеся или съемные неподвижные медные охлаждаемые водой накладки.

Для сварки швов сложной конфигурации применяют плавящиеся мундштуки, которые копируют форму сварочных стыков. Плавящийся мундштук представляет собой пластину, к которой приварены направляющие трубки, через которые подаются сварочные проволоки. Число трубок зависит от ширины сварного шва.

Мундштук устанавливается в свариваемом зазоре неподвижно. В процессе сварки расплавляются мундштук и сварочные проволоки, которые подаются механизмом подачи автоматически. Мундштук позволяет уменьшить расход электродной проволоки.

Допустимые плотности тока задаются в пределах 3…7 А, ток – 500…1500 А.

При электрошлаковой сварке больших сечений приходится вести борьбу с искажением зазора путем учета ожидаемых деформаций при сборке и противодействия им.

Резкое отклонение зазора от заданного (чрезмерное уменьшение зазора вплоть до заклинивания токоподводящих мундштуков или слишком большое раскрытие зазора, выжимание шлака и расплавленного металла из под ползунов) нарушает процесс сварки или ведет даже к его перерыву

При сварке узких и длинных элементов конструкции значительной величины могут возникать деформации изгиба, обусловленные неравномерным распределением температуры по ширине детали, что приводит к увеличению зазора вверху стыка.

Важно

Получить необходимые размеры и форму изделия при электрошлаковой сварке можно, зная ожидаемые деформации и обеспечивая в каждом конкретном случае либо необходимую сборку, либо такие условия закрепления деталей и противодействия перемещениям, которые приводят к ожидаемым деформациям.

При сборке можно создать переменный зазор, а противодействие возникающим перемещениям, которые закрывают зазор, получают следующими путями: упором свариваемых деталей друг в друга по всей длине стыка за счет металлической расплавляемой прокладки; постановкой жестких скоб, использование момента, возникающего от веса деталей при соответствующем расположении опор.

Читайте также:  Правила заточки и лужения жала паяльника

При открывании зазора для закрепления свариваемых деталей используют скобы и хомуты, которые привариваются к деталям перед сваркой шва и затем удаляются.

Эффективная мощность, которая выделяется в сварочной ванне

,

где U — падение напряжения в шлаковой ванне,

I — ток, протекающий в шлаковой ванне,

hэф. — эффективный КПД.

КПД зависит от теплоотвода в формирующие сварной шов устройства и лежит в пределах 0.6…0.9. При увеличении тока растет глубина металлической ванны, с увеличением напряжения растет ширина металлической ванны и немного возрастает ее глубина. Изменение скорости сварки требует регулирования параметров процесса сварки, в первую очередь – сварочного тока.

Большое влияние на стабильность процесс сварки оказывает влияние глубина шлаковой ванны, ее глубину поддерживают в пределах 30…90 мм.

Исполнительные устройства должны обеспечивать в процессе сварки постоянство глубины металлической и шлаковой ванны.

В настоящее время существует достаточно большое количество различных по конструкции и назначению автоматических аппаратов для электрошлаковой сварки. В зависимости от способа перемещения аппараты можно разделить на следующие типы: рельсовые, безрельсовые, магнитошагающие, подвесные.

Рельсовые аппараты перемещаются вдоль шва по рельсам, которые устанавливаются параллельно шву. Максимальная длина свариваемого шва ограничивается длиной рельсов и зубчатой рейки.

Универсальные рельсовые аппараты позволяют сваривать прямолинейные и круговые швы, стыковые и угловые соединения с использованием проволочных электродов (до 18 электродов), а также прямолинейные швы с использованием пластинчатых электродов. Максимальная толщина свариваемого металла проволочными электродами – 500 мм, пластинчатыми – 800 мм.

Безрельсовые аппараты перемещаются непосредственно по изделию при помощи двух тележек, расположенных по обе стороны свариваемого изделия. Тележки связаны между собой плоскими тягами, которые пропущены через зазор между свариваемыми деталями, и стянуты мощными пружинами. Безрельсовые аппараты позволяют сваривать швы практически неограниченной длины.

Магнитошагающие аппараты применяют для сварки вертикальных стыковых и угловых швов. Эти аппараты удерживаются на свариваемом изделии и перемещаются по нему при помощи двух постоянно включенных электромагнитов, связанных между собой кривошипным валом, который вращает электродвигатель. Магниты поочередно отрываются от изделия и переступают по нему вверх.

Существенным недостатком безрельсовых аппаратов является необходимость иметь над свариваемым стыком специальную площадку, имеющую толщину, равную толщине свариваемого металла, для выхода тележки вертикального перемещения.

Высота этой площадки равна примерно 1 м, что составляет в большинстве случаев половину или треть общей длины сварного шва.

Совет

Недостатком этих аппаратов является также невозможность их применения при использовании с обратной стороны шва медной охлаждаемой или привариваемой стальной подкладки.

Подвесные аппараты не имеют механизмов для вертикального перемещения. Сварка ведется обычно плавящимся мундштуком, по каналам которого подаются проволочные электроды.

Для электрошлаковой сварки различных металлов и сплавов применяют специально разработанные флюсы, которые должны отвечать следующим требованиям: образовывать расплавленные шлаки с необходимой электропроводностью; создавать высокую температуру шлаковой ванны, которая достаточна для плавления электрода и кромок свариваемого изделия; иметь высокую температуру кипения; не вытекать в зазоры и не отжимать ползуны от свариваемого изделия; легировать металл сварного шва; обеспечивать высокое качество сварных швов без пор, шлаковых включений, трещин; обеспечивать легкую отделимость шлаковой корки.

При электрошлаковой сварке в качестве электродного металла применяют проволоку, пластины, плавящиеся мундштуки примерно того же состава что и металл свариваемого изделия. В связи с малым объемом шлаковой ванны основное легирование металла сварного шва обеспечивается легирующими элементами электродного металла.

1.                   Электрошлаковой сваркой можно сварить за один проход детали любой толщины, что позволяет избавиться от шлаковых включений.

2.                   Подготовка кромок свариваемого изделия проста и не требует их скоса.

Зазор мало зависит от толщины свариваемого изделия, сварка ведется по зазору одинаковой ширины, что приводит к существенному уменьшению расхода электродного материала и снижению термических деформаций свариваемого изделия.

Благодаря симметрии разделки и симметричному положению в зазоре электродов практически отсутствуют угловые деформации в плоскости стыка.

3.                   Отсутствие дугового разряда обеспечивает спокойный процесс плавления металла, исключает разбрызгивание расплавленного металла и шлака при сварке на больших плотностях тока.

4.                   Сварочная ванна длительное время находится в расплавленном состоянии, что способствует более полному удалению газов из жидкого металла. Вертикальное положение сварного шва значительно облегчает всплывание газовых пузырей и удаление их из расплавленного металла. Все это способствует существенному уменьшению пористости сварного шва.

5.                   При электрошлаковой сварке расходуется мало флюса, уменьшается количество тепла для его плавления и, следовательно, уменьшаются затраты электроэнергии. Расход флюса составляет 2…5% от массы наплавленного металла. Расход электроэнергии в 1.5…2 раза меньше, чем при дуговой сварке под слоем флюса, и в 4 раза меньше, чем при ручной дуговой сварке.

Этот способ сварки технически возможен при толщине деталей больше 16 мм и экономически выгоден при сварке изделий толщиной более 40 мм, позволяет сваривать только вертикальные швы.

Как правило швы, выполненные электрошлаковой сваркой, имеют высокое качеств.

Однако с увеличением толщины свариваемого металла а также при сварке некоторых высоколегированных сталей в швах могут наблюдаться дефекты: газовые поры, непровары, несплавления и шлаковые поры, возможно образование в металле шва и в зоне термического влияния неблагоприятных структур, кристаллизационных (горячих) и холодных трещин, трещин–надрывов, трещин–отколов в зоне сплавления, а также трещин, возникающих под действием сварочных напряжений. Отсюда вытекает необходимость предварительного подогрева кромок свариваемого изделия, сложной высокотемпературной термообработки изделия после сварки, введения в расплавленный метал элементов –модификаторов (алюминия, титана, ванадия и др.).

Не допустимы вынужденные остановки процесса сварки, так как при этом образуются дефекты в сварном шве, которые при сварке толстостенного изделия практически не могут быть удалены.

Электрошлаковая сварка получила широкое распространение, оказала решающее влияние на характер и темпы технического прогресса в тяжелом, энергетическом, транспортном машиностроении.

Применение этой сварки позволило заменить крупные литые, кованные и штампованные конструкции, габариты и масса которых ограничены техническими возможностями существующего оборудования, сварно-литыми, сварно-коваными, прокатно-сварными. Свариваемые металлы используются в наилучших сочетаниях, что снижает металлоемкость и изготовления сварных изделий.

Электрошлаковую сварку целесообразно применять для изделий толщиной больше 40 мм, а при толщине более 100 мм и этот способ сварки остается наиболее эффективным.

Обратите внимание

В реально существующих конструкциях толщина стенки сварных изделий равна 400 мм, длина сварного шва достигает 8000 мм, диаметр кольцевых швов равен 2100 мм, рекордная толщина свариваемых изделий – 2600 мм.

Разработана техника и технология производства крупных сварных изделий из углеродистых и легированных сталей, а также из алюминиевых, медных, титановых сплавов, освоена сварка стыковых, угловых, тавровых, прямолинейных, кольцевых, переменного профиля сварных швов.

Высокую эффективность и уникальные возможности электрошлаковой сварки можно видеть при изготовлении мощных турбин гидроэлектростанций, атомных реакторов, мощных гидропрессов, станин массой 380 т, тяжелых летательных аппаратов.

Электрошлаковая сварка и наплавка находит применение для ремонтных работ при восстановлении массивных деталей, вышедших из строя в процессе эксплуатации.

Продолжаются исследования, направленные на расширение сферы применения электрошлаковой сварки и наплавки в машиностроении, на создание новых сталей и сплавов, сварочных материалов, обеспечивающих высокое качество сварных соединений без термообработки.

Совершенствуется техника и технология электрошлаковой сварки, например, в зону плавления вводят расплавленный или порошковый присадочный металл, что обеспечивает уменьшение удельных затрат на изготовление сварных изделий и высокое качество сварных швов.

Разрабатывается надежное и многофункциональное автоматическое оборудование, способное реализовать большие потенциальные возможности электрошлаковой сварки и наплавки.

Электрошлаковый процесс нашел также применение в металлургии для получения высококачественных сталей и сплавов.

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

Источник: https://www.zinref.ru/000_uchebniki/03400metalurg/002_00_Lektsii_po_svarke_Varukha_2009/009.htm

Электрошлаковая сварка

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.

Важно

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.

Важно

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.

Совет

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.

Читайте также:  Правила обозначения сварочных соединений на чертежах по госту

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/мм2 (при дуговой сварке порядка 20-30 А/мм2). 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.

Рис. 4. Схема электрошлаковой сварки плавящимся мундштуком: а — общий вид, б — положение составного планстинчатого электрода в зазоре свариваемого стыка Рис. 5. Схемы электрошлаковой наплавки (а) и контактной шлаковой сварки (6). Стрелками обозначено: А — направление перемещения формулирующего ползуна, Б — возвратно-поступательные движения электродов; В — направление подачи стержня в шлаковую ванну

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.

Обратите внимание

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=bпр/hм.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 сварке Рис. 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

Источник: http://oitsp.ru/welding_article/elektroshlakovaya-svarka

Особенности применения электрошлаковой сварки

Способ сварки плавлением, характеризующийся нагреванием металла с помощью теплоты от прохождения электротока через расплавленный электропроводящий шлак, называется электрошлаковой сваркой. В данном процессе электрическая мощность практически полностью передается в ванну со шлаком, а от нее уже – к электроду, затем – к основному металлу.

Причем расплав флюса одновременно является как средством влияния не металлургический процесс, происходящий в расплаве металла, так и его защитой от неблагоприятного воздействия атмосферной среды.

Благодаря меньшей плотности, чем у металла, слой расплавленного шлака, образующийся на поверхности ванны, препятствуя попаданию в нее окружающего воздуха, также очищает капли металла электрода от нежелательных примесей.

Технология электрошлаковой сварки

Сущность электрошлаковой сварки заключается в использовании данного процесса в качестве источника энергии. При этом достигается максимальная площадь нагрева при минимальной сосредоточенности энергии в месте нагревания.

Существует несколько вариантов сварки этим способом.

Наибольшее распространение получила сварка с помощью мундштука либо пластинчатых электродов, одним электродом из проволоки либо несколькими, с совершением колебательных движений и без них.

Электрошлаковая сварка схемой процесса подразумевает объединение в сварочную цепь металлов основного и электродного через шлаковый расплав с прохождением по ним электротока.

В ходе этой операции в шлаковой ванне образуется теплота, под действием которой металлы присоединяемых элементов и электрода, оплавляясь и стекая, опускаются на дно расплавленной массы, образуя таким образом сварочную ванну.

Начиная сварочные работы, зажигают электродугу, от воздействия которой в процессе расплавления флюсов образуется шлаковая ванна, заливающая дугу. Когда она гаснет,     начинается переход от дугового процесса к электрошлаковому.

Необходимое оборудование

Ряд особенностей оборудования для электрошлаковой сварки обусловливают ее преимущества, одним из которых является небольшой расход флюсов, составляющий в среднем около 5% массы наплавляемых металлов. Также данным способом можно сваривать заготовки любой толщины даже в один проход.

Причем он не требует разделывания кромок, а производительность такой сварки в разы превышает многослойную флюсовую сварку, осуществляемую с помощью автомата. Электрошлаковый способ еще способствует очищению шовного металла от посторонних включений с удалением из него газов.

Это происходит благодаря значительным температурам верхнего слоя металлической ванны, расположению ее по вертикали и продолжительному времени пребывания металлов в расплавленном виде.

К недостаткам в работе оборудования для электрошлаковой сварки относится существенное перегревание материалов в зоне около шва. Это может привести к ухудшению его пластических характеристик.

Важно

Для достижения сварным соединением требуемых механических свойств его дополнительно подвергают специальной высокотемпературной обработке. Также электрошлаковый способ осложнен потребностью в установке перед сваркой специальных технологических приспособлений (карманов, планок и т.п.).

Он эффективен лишь в вертикальном или близком к нему расположениях, а остановка его процесса до завершения сварки чревата появлением дефектов в швах.

Свариваемые установкой электрошлаковой сварки заготовки собираются вертикально без применения скоса кромок, причем размер зазора между ними обычно составляет от 2 до 4 см.

С помощью особых формирующих устройств, пластин или медных ползунов с водным охлаждением удерживают расплавленный металл со шлаком от вытекания до образования сварного соединения.

Шов формируется в ходе кристаллизации металлического расплава в нижней зоне металлической ванны.

Сварочный процесс производится с использованием специальных аппаратов, обеспечивающих требуемые режимы электрошлаковой сварки. Они способны подавать электроды в область сварки, поддерживать устойчивость электрошлаковых операций и их передвижение по мере необходимости вдоль линии шва.

Чаще всего для этих целей используют автоматы, так как более тяжелая аппаратура полуавтоматов труднее передвигается в вертикальном направлении.

Каждая автоматическая установка для сварки электрошлаковым способом составляется из самодвижущегося сварочного автомата, который имеет связь с медными башмаками, охлаждаемыми водой и формующими шов; кассет с находящейся в них электродной проволокой; бункера, наполненного флюсом; питающего источника с управляющей аппаратурой. Для выполнения сварки таким способом используют как обычные флюсы, так и специальные, способные образовывать электропроводный расплав.

Применение электрошлаковой сварки

Сущность процесса электрошлаковой сварки и область применения ее неразрывно связаны.

Поскольку технически данный вариант сварки осуществим лишь при толщинах материалов свыше 1,6 см, а экономическая выгода ощутима для заготовок толщиной 2,5-3 см, то наиболее целесообразно его применение в сооружении толстостенных конструкций.

Таким образом возможно соединение чугунов и сталей (легированных, низко- и среднеуглеродистых), а также цветных металлов, преимущественно меди и алюминия. Помимо этого, электрошлаковый процесс используют в целях наплавки на изделия из низколегированных или низкоуглеродистых сталей всевозможных сплавов.

Совет

Данный способ сварки позволяет выполнять как прямолинейные швы, так и криволинейные или кольцевые. С его помощью может быть выполнено не только стыковое соединение, но и тавровое либо угловое, хотя они встречаются редко. Это объясняется возможностью их замены на стыковые варианты.

Конфигурация получаемых при этом швов допускает переменную кривизну, кольцевое, прямолинейное и переменное сечение. Если купить установку для электрошлаковой сварки, то можно коренным образом изменить всю процедуру изготовления конструкций крупных габаритов.

Благодаря ей появится возможность заменить больших размеров кованые и литые заготовки на элементы меньших размеров, изготовленные сварно-кованым либо сварно-литым способом.

Читайте также:  Технологии сварки оцинкованных труб

Источник: https://promplace.ru/svarka-metallov-staty/electroshlakovaya-svarka-1558.htm

Электрошлаковая сварка

Главная / Библиотека / Виды сварки / Электрошлаковая сварка

Главной особенностью электрошлаковой сварки (ЭШС) является принципиальное различие процесса электрошлаковой сварки в его начале и дальнейшем протекании, когда сварочная цепь электрического тока проходит по электроду, жидкому шлаку и основному металлу, обеспечивая расплавление основного и присадочного металлов, а также постоянно поступающего в ванну специального флюса. Ванна расплавленного шлака за счет меньшей, чем у расплавленного металла плотности, постоянно находясь в верхней части расплава, исключает воздействие окружающего воздуха на жидкий металл и очищает капли электродного металла, проходящие через шлак, от вредных примесей.

Разработано несколько способов электрошлаковой сварки (рис. XII.1). Наибольшее практическое применение имеет электрошлаковая сварка проволочным электродом (одним или несколькими) с колебаниями или без колебаний, пластинчатым электродом большого сечения, плавящимся мундштуком.

XII.1.

Схема процесса и разновидности электрошлаковой сварки
а — одним проволочным электродом с неподвижной осью или с колебанием электрода; б — двумя проволочными электродами с их колебанием; в — пластинчатыми электродами; г — плавящимся мундштуком; 1 — свариваемая деталь; 2 — ванна расплавленного шлака; 3 — электрод; 4 — расплавленные электродный и основной металлы; 5 — сварной шов; 6 — пластинчатый электрод; 7 — мундштук; 8 — медные пластины

Электрошлаковая сварка имеет следующие технико-экономические достоинства: высокую устойчивость процесса, мало зависящую от рода тока, и нечувствительность (благодаря тепловой энергии шлаковой ванны) к кратковременным изменениям тока и даже его прерыванию; электрошлаковый процесс устойчив при плотностях тока 0,2—300 А/мм2 и возможен при использовании проволочных электродов диаметром 1,6 мм и менее и пластинчатых электродов сечением 400 мм2 и более;

высокую производительность. По скорости плавления присадочного металла электрошлаковая сварка вне конкуренции. Она позволяет допускать нагрузку на электрод до 10 000 А;

высокую экономичность процесса. На плавление равных количеств электродного металла при ЭШС затрачивается на 15—20% меньше электроэнергии, чем при дуговой сварке. Расход флюса меньше, чем при дуговой сварке, в 10—20 раз и составляет около 5% расхода электродной проволоки;

отсутствие необходимости в специальной подготовке кромок свариваемых деталей и малую чувствительность их к качеству обработки;

высокое качество защиты сварочной ванны от воздуха;

недефицитность и сравнительно низкую стоимость сварочных материалов;

возможность получения за один проход сварных соединений теоретически любой толщины.

Недостатками электрошлаковой сварки являются:

  • производство сварки только в вертикальном или в близком к вертикальному положению (отклонение от вертикали не более 30°) свариваемых плоскостей;
  • 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;
  • крупнозернистая структура в металле шва и зоне термического влияния и связанная с этим низкая ударная вязкость металла сварного соединения при отрицательных температурах;
  • необходимость изготовления и установки перед сваркой технологических деталей (планки, «стартовые карманы», формирующие устройства и др.).

Электрошлаковая сварка применяется при сварке прямолинейных, криволинейных и кольцевых швов. Минимальная толщина деталей, образующих стыковое соединение при ЭШС без технологических затруднений, находится в пределах 25—30 мм.

Экономически целесообразнее использовать ЭШС при изготовлении толстостенных конструкций, а также при изготовлении конструкций из низко- и среднеуглеродистых, низко-, средне- и высоколегированных сталей, чугуна и цветных металлов (алюминия, титана).

Кроме того, ЭШС применяют для наплавки различных сплавов на низкоуглеродистые и низколегированные стали.

Обратите внимание

Электрошлаковой сваркой могут быть выполнены стыковые, угловые и тавровые соединения с конфигурацией шва: прямолинейной, кольцевой, переменного сечения, переменной кривизны.

Самым распространенным и простым с точки зрения техники сварки является стыковое соединение. Угловые и тавровые соединения встречаются реже, поскольку по технологическим или конструктивным соображениям их заменяют стыковыми соединениями.

Подготовка деталей к сборке и сварке

Пригодность деталей к ЭШС в основном определяется чистотой обработки торцевых поверхностей свариваемых кромок и состоянием боковых поверхностей кромок, по которым будут перемещаться устройства, формирующие шов.

Для сварки металла толщиной до 200 мм торцевые поверхности кромок подготовляют газорезательными машинами.

Величина отдельных гребешков и выхватов не должна превышать 2—3 мм, а максимальное отклонение от прямоугольности реза должна быть не более 4 мм.

При толщинах металла свыше 200 мм, а также для кольцевых швов и деталей из легированных сталей в большинстве случаев применяют механическую обработку.

Боковые поверхности деталей, выполненных из проката, обычно зачищают от ржавчины и окалины наждачными кругами.

Боковые поверхности литых и кованых деталей подвергают механической обработке на ширину 60—80 мм от торца кромки с чистотой R 80— R 40.

В тех случаях, когда применяют для сварки неподвижные формирующие устройства (медные водоохлаждаемые или стальные привариваемые), боковые поверхности литых деталей не обрабатывают.

При сборке стыковых соединений прямолинейных швов смещение кромок (депланация) не должно превышать 2—3 мм.

При сварке деталей разной толщины перед сборкой более толстую кромку сострагивают или на тонкую кромку устанавливают по всей длине стыка выравнивающую планку, которую после сварки сострагивают.

При сварке деталей разной толщины используют специальные ступенчатые ползуны. Случайные смещения кромок не должны превышать 1—2 мм.

Важно

Допуски на смещение кромок для кольцевых швов меньше. Максимальная разность диаметров стыкуемых деталей не должна превышать ±0,5 мм, а наибольшее смещение кромок при сборке должно быть не более 1 мм. При сварке кольцевых швов цилиндрических изделий большого диаметра с малой толщиной стенки, свальцованных из проката без механической обработки кромок, смещение кромок не должно превышать 3 мм.

При сборке под сварку для уменьшения депланации листов обычно используют шайбы-пластины с двумя круглыми отверстиями или другие приспособления. Эти пластины пропускают в зазор между листами, а в отверстия (диаметром ≈40 мм) забивают цилиндрические клинья со скосом.

Перед сваркой сборочные приспособления следует удалять и заменять закрепляющими устройствами, которыми чаще всего служат скобы, привариваемые с тыльной стороны стыка.

При большой толщине листов, когда скорость сварки невелика, вместо скоб можно применять пластины, привариваемые односторонними швами с лицевой стороны и удаляемые в процессе сварки, фиксирующие скобы или пластины устанавливают через 500—800 мм.

Пластины приваривают так, чтобы шов заканчивался за 60—80 мм от торцевой поверхности кромок.

Для получения точных размеров готового сварного изделия необходимо собирать детали с зазором, учитывающим деформации соединяемых деталей при сварке. Следует различать расчетный, сварочный и сборочный зазоры. Сварочный зазор обычно принимают на 1—12 мм больше расчетного.

В действительности изделие собирают с большим так называемым сборочным зазором. Сборочный зазор в нижней части стыка равен сварочному зазору. В верхней части стыка сборочный зазор следует увеличивать на 2—4 мм на каждый метр длины стыка.

Совет

Электрошлаковые швы формируют с помощью водоохлаждаемых ползунов или медных подкладок, а также приваривающимися подкладками или замковыми соединениями.

Для начала электрошлакового процесса и выведения его за пределы сварного соединения используют входной карман и выходные планки.

Возбуждение электрошлакового процесса

Возбуждение элсктрошлакового процесса заключается в расплавлении флюса и нагреве образовавшейся шлаковой ванны до рабочей температуры.

В производстве находят применение следующие способы наведения шлаковой ванны: «твердый старт», когда сварочный флюс вначале плавится теплом электрической дуги во входной планке, а затем шунтируется подсыпаемым и расплавляющимся флюсом, и «жидкий старт», когда в пространство, образуемое свариваемыми деталями и формирующими водоохлаждаемыми устройствами, заливают жидкий флюс, который предварительно расплавляют в отдельной печи.

При «твердом старте», желательно принимать более высокое сварочное напряжение (в процессе горения дуги), чем при стабильном электрошлаковом процессе. Для более легкого возбуждения дуги на дно входной планки засыпают металлический порошок, стружку, термитные смеси или устанавливают металлические вставки.

Сварочные материалы и оборудование

Флюсы для электрошлаковой сварки должны удовлетворять следующим требованиям:

  • быстро и легко устанавливать электрошлаковый процесс в широком диапазоне напряжений и сварочных токов;
  • обеспечивать достаточное проплавление кромок основного металла и удовлетворительное формирование поверхности шва без подрезов и наплывов;
  • расплавленный флюс не должен вытекать в зазоры между кромками и формирующими шов устройствами при существующей точности сборки и отжимать ползуны от свариваемых кромок;
  • образовывать шлак, легко удаляющийся с поверхности шва;
  • способствовать предотвращению пор, неметаллических включений и горячих трещин в металле шва.

Для ЭШС применяют плавленые флюсы. Лучшими технологическими свойствами при сварке углеродистых и низколегированных сталей обычной прочности обладают флюсы АН-8, АН-8М, АН-22. Флюсы ФЦ-7 и АН-348-А мало пригодны для сварки швов большой протяженности.

Процесс с применением этих флюсов характеризуется меньшей устойчивостью при повышенных скоростях подачи электродной проволоки. Положительные результаты при сварке углеродистых сталей дает флюс АН-348-В, обладающий большей электропроводимостью и меньшей температурой плавления по сравнению с флюсом АН-348-А.

Устойчивый электрошлаковый процесс и качественные швы на таких же сталях обеспечивает флюс АН-47.

Для сварки легированных сталей повышенной прочности типа 25ХНЗМФА, 20Х2М и других применяется флюс АН-9. Легированные и высоколегированные стали сваривают под флюсом АНФ-1, АНФ-7, 48-ОФ-6. Хорошие результаты получаются при сварке коррозионностойких и углеродистых сталей с использованием флюса АН-45.

Для начала электрошлакового процесса применяют флюс АН-25. Он электропроводен в твердом состоянии и имеет высокую электропроводимость в расплавленном состоянии.

Электрошлаковую сварку и наплавку чугуна ведут на флюсах АНФ-14 и АН-75.

Флюс перед употреблением прокаливают в электрической печи согласно требованиям паспорта или технических условий при 300— 700 °С в течение 1—2 ч. Толщина слоя флюса 80—100 мм.

При ЭШС электродным металлом может быть проволока, пластина, труба и лента. Как правило, используют проволоку сплошного сечения диаметром 3 мм, но можно применять проволоку и других диаметров (1—2 или 5—6 мм).

Обратите внимание

Химический состав электродного металла выбирают в соответствии с основным металлом и требованиями к служебным характеристикам металла шва. Лучшим вариантом ЭШС считается такой, когда металл шва и основной близки по химическому составу и механическим свойствам. Такая однородность сварного соединения обеспечивает наилучшие условия для изготовления сварного изделия и его эксплуатации.

Наиболее просто это достигается применением в качестве электродного металла пластин или стержней по химическому составу, аналогичных основному металлу.

При сварке плавящимся мундштуком, когда мундштуки представляют собой набор трубок из низкоуглеродистой стали, металл шва легируют, используя проволоку соответствующего состава.

Благодаря большой хорошо перемешивающейся ванне расплавленного металла электрошлаковую сварку возможно вести несколькими электродами, которые значительно отличаются один от другого по химическому составу, и получать металл заданного состава.

При ЭШС иногда применяют дополнительно присадочные металлические материалы, подаваемые в шлаковую ванну. Они расплавляются за счет теплоты в шлаке и попадают в металлическую ванну, участвуя в образовании шва. Дополнительное легирование металла шва возможно через покрытие плавящегося мундштука.

Для электрошлаковой сварки используют комплекс оборудования, включающий сварочную аппаратуру и вспомогательное оборудование. Такой комплекс называется сварочной установкой.

Установки для ЭШС подразделяют на универсальные и специальные. На монтаже в основном применяют универсальные установки.

Для каждого способа ЭШС существуют различные установки, которые укомплектованы сварочным аппаратом и источником сварочного тока.

Источник: http://www.deltasvar.ru/biblioteka/48-vidy-svarki/70-ehlektroshlakovaja-svarka

Ссылка на основную публикацию