Технология выполнения электрошлаковой сварки

Появившаяся в середине прошлого столетия новая разновидность сварки плавлением – электрошлаковая сварка – стала незаменимым технологическим процессом для качественного соединения металлических изделий неограниченной толщины. Ее применение открыло новые возможности в создании узлов и конструкций тяжелого машиностроения.

С помощью ЭШС (электрошлаковой сварки) вместо тяжелых, сложных, дорогих цельнокованых и литых элементов производят сварные конструкции из требуемой комбинации толстолистового проката и заготовок, полученных литьем или ковкой. Конструкция готовых изделий и технология их получения значительно упрощаются, снижается вес и себестоимость.

Аппарат электрошлаковой сварки в работе

Особенность электрошлакового способа сварки плавлением

Сущность рассматриваемого метода заключается в выделении тепла во время прохождения электротока от электрода, через токопроводящую жидкую ванну шлака, к изделию (без горения дуги). Энергии нагрева достаточно для расплавления материалов электрода и кромок свариваемых деталей. Шлаковую ванну, выступающую в роли проводника, получают при первоначальном расплавлении флюса.

Процесс ЭШС предполагает получение только вертикальных сварных швов (возможен их незначительный наклон). Поэтому, при заполнении полости будущего шва расплавом, жидкий металл всегда будет в верхней части, что помогает отведению из шва неметаллических включений и газов. В результате качество получаемого шва повышается – снижается вероятность шлаковых включений, металл получается плотным, возрастает устойчивость к образованию околошовных трещин.

Технология выполнения ЭШС

Представление о технологии процесса помогает получить следующая схема.

Схема электрошлаковой сварки

Свариваемые детали (1) выставляют так, чтобы между ними образовался требуемый зазор. Затем их взаимное расположение фиксируют технологическими П-образными скобами (на схеме не показаны), которые приваривают вдоль будущего шва через равные промежутки. Внизу зазора устанавливают начальную (2), а вверху на заготовках выводные (3) планки, которые помогают вывести усадочную раковину шва выше уровня готового изделия. Снаружи полость зазора ограничена боковыми медными ползунами (4).

В зазор вводится флюс, между электродом (7) и начальной планкой возбуждается дуга – она является источником тепла. Выделяемая энергия плавит флюс, формируется жидкая шлаковая ванна (5), уровень которой поднимается и шунтирует горение дуги. Теперь при бездуговом процессе тепловой энергии достаточно для расплавления материалов подаваемого в зазор электрода и кромок свариваемых деталей. Расплавленная масса стекает вниз и под слоем шлака образует металлическую ванну (8). Вытеканию металла препятствуют охлаждаемые ползуны. Далее в процессе сварки уровень жидкого металла поднимается, а в нижних слоях расплав кристаллизуется, формируя необходимый соединительный шов.

При заполнении зазора также перемещаются медные ползуны. Их верхний край всегда должен быть выше уровня шлаковой ванны. Во все время процесса металлическая ванна защищена от контакта с ползунами тонкой шлаковой пленкой. Это способствует улучшению качества шва, препятствует образованию кристаллизационных трещин.

Практическое применение метода ЭШС

Основная область применения электрошлаковой сварки – изготовление толстостенных изделий и конструкций в отраслях тяжелого машиностроения, энергетики, судостроения, строительства. Примеры использования данной технологии: сварка крупногабаритных валов; барабанов котлов высокого давления; судовых корпусов; станин прессов и габаритных станков; различных тяжелых профилей и другого оборудования; ремонт и восстановление любых крупных узлов и конструкций.

Сварка стыка толстостенной кольцевой заготовки

Преимущества ЭШС

Востребованность данной сварочной технологии объясняется следующими преимуществами:

  • Соединения большой толщины получают за один проход.
  • Не требуется трудоемкая механическая разделка кромок заготовок перед сваркой.
  • ЭШС очень экономична. Если сравнивать со сварочным процессом под флюсом, то расход последнего снижается до 20 раз, а электрической энергии – до 25%.
  • Процесс является высокопроизводительным. Скорость сварки повышается еще до 3 раз благодаря следующим способам: сопутствующее охлаждение околошовной зоны, применение специальных порошковых присадок, увеличение рабочего вылета электрода.
  • Получаемые швы отличаются качеством. Физическая структура металла в местах соединения может дополнительно улучшаться локальной термической обработкой.
  • Данный метод позволяет соединять детали из черных и цветных металлов различных марок, их сплавов.
  • Возможность заваривания зазоров сложной конфигурации с помощью плавящегося мундштука.
  • Качество и параметры сварочного шва регулируются электрическими и механическими режимами работы оборудования, количеством электродов.

Недостатки электрошлаковой сварки

Основные минусы ЭШС:

  • Возможность работы только в вертикальной плоскости и с деталями толще 16 мм.
  • Недопустимость прерывания процесса. В этом случае соединение разрывают и вновь сваривают.
  • Может потребоваться термообработка для устранения крупнозернистости металла в области высокотемпературного воздействия.

Необходимое оборудование и материалы

Для соединения определенных металлов выбирается требуемая сварочная проволока по ГОСТ 2246-70. Состав и характеристики флюсов различных марок, а также рекомендации по их применению приведены в ГОСТ 9087-81. АН-8 и АН-22 – самые распространенные флюсы для электрошлаковой сварки. Также может потребоваться глина для уплотнения зазоров.

Автоматы для ЭШС – довольно сложные устройства.

Схема конструкции аппарата рельсового типа

По способу перемещения вдоль шва различают оборудование: рельсовое (его схема представлена на рис.4); безрельсовое – механически крепится к изделию и перемещается по нему во время технологического процесса; шагающее – движение обеспечивают электромагниты.

Аппараты могут отличаться механизмом подачи электрода в зависимости от их количества и вида.

Варианты подачи электродов

Рекомендуемое число проволочных электродов для сварки заготовок определенной толщины выбирают с помощью таблицы.

Число проволочных электродовТолщина свариваемых листов
без поперечных колебаний, ммс поперечными колебаниями, мм
140-6060-150
260-100100-300
3100-150150-500
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector