Сварка

Сварка. Электрические виды сварки

1. Дуговая сварка

Источником теплоты при дуговой сварке служит электрическая дуга, которая горит между электродом и заготовкой. В зависимости от материала и числа электродов, а также способа включения электродов и заготовки в цепь электрического тока различают следующие виды дуговой сварки (рис. 1):

  • сварку неплавящимся электродом (графитовым или вольфрамовым) дугой прямого действия, при которой соединение выполняется путём расплавления только основного металла либо с применением присадочного металла;
  • сварку плавящимся электродом (металлическим) дугой прямого или обратного действия с одновременным расплавлением основного металла и электрода, который пополняет сварочную ванну жидким металлом;
  • сварку косвенной дугой, горящей между двумя, как правило, неплавящимися электродами; при этом основной металл нагревается и расплавляется теплотой столба дуги;
  • сварку трёхфазной дугой, при которой дуга горит между электродами, а также между каждым электродом и основным металлом.

Схемы дуговой сварки

Рис. 1. Схемы дуговой сварки1 – электрод; 2 – дуга; 3 – основной металл; 4 – присадочный металл; 5 – косвенная дуга; 6 – трёхфазная дуга; а) – сварка неплавящемся электродом дугой прямого действия; б) – сварка плавящемся электродом дугой прямого действия; в) – сварка косвенной дугой; г) – сварка трёхфазной дугой.

Питание дуги осуществляется постоянным или переменным током. При применении постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярностях. Прямая полярность: электрод минус, металл плюс.

Кроме того, виды дуговой сварки различают также по способу защиты дуги и расплавленного металла и степени механизации процесса.

2. Электрические и тепловые свойства дуги

Дуга – мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация (превращение нейтральных атомов и молекул в ионы – электрически заряженные частицы) дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе его горения.

Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает четыре этапа (рис. 3):

Возможно зажигания дуги без короткого замыкания (при сварке неплавящимся электродом) используя источник высокочастотного переменного тока высокого напряжения осциллятор.

Полная тепловая мощность дуги, Дж/с (с учётом потерь):

Q = K IсвUд

К – коэффициент не синусоидальности напряжения и тока

Схема процесса зажигания дуги

Рис. 3. Схема процесса зажигания дуги

Эффективная тепловая мощность:

q = η×Q:

где η – КПД дуги, зависит от способа сварки, вида и состава сварочных материалов.

Для оценки затрат тепловой энергии на образование единицы длины шва или единицы площади соединения при однопроходной сварке используют величины:

Погонная энергия q/Uсв Удельная погонная энергия – q/Uсвδ,

где δ – толщина заготовки, см., Uсв – скорость сварки, см/с.

Электрические свойства дуги описываются статической вольтамперной характеристикой, представляющей собой зависимость между напряжением и током дуги в состоянии устойчивого горения рис. 4. Характеристика состоит из трёх участков: Ι – характеристика падающая, ΙΙ – жёсткая, ΙII – возрастающая.

Самое широкое применение нашла дуга с жёсткой и возрастающей характеристикой. Дуга с падающей характеристикой малоустойчива и имеет ограниченное применение. В последнем случае для поддержания горения дуги необходимо постоянное включение в сварочную цепь осциллятора (колебательная система).

Рис. 4. Статистическая вольтамперная характеристика дуги (а) и зависимость напряжения дуги Uд от её длины Lд (б)

Каждому участку характеристики дуги соответствует определённый характер переноса расплавленного электродного металла в сварочную ванну: I и II – крупнокапельный, III – мелкокапельный или струйный.

Из приведённой зависимости рис.5, б следует, что для сохранения напряжения дуги неизменным необходимо длину дуги поддерживать постоянной.

В дальнейшем рассмотрена главным образом дуга с жёсткой характеристикой как наиболее распространённая при сварке.

Источники сварочного тока для питания сварочной дуги должны иметь специальную внешнюю характеристику. Внешней характеристикой источника называется зависимость напряжения на его выходных клеммах от тока в электрической цепи.

Внешние характеристики источника могут быть следующих основных видов рис. 5:

  1. падающая;
  2. жёсткая;
  3. возрастающая.

Внешние вольтамперные характеристики источников питания дуги

Рис. 5 Внешние вольтамперные характеристики источников питания дуги

Источник тока выбирают в зависимости от вольтамперной характеристики дуги, соответствующей принятому способу сварки.

Для питания дуги с жёсткой характеристикой применяют источники с падающей или пологопадающей внешней характеристикой (ручная дуговая сварка, автоматическая под флюсом, сварка в защитных газах неплавящимся электродом).

Режим горения дуги определяется точкой пересечения характеристик дуги и источника тока. Режим холостого хода характеризуется повышенным напряжением (60 – 80 В). Короткое замыкание характеризуется малым напряжением, стремящемся к нулю, и повышенным, но ограниченным током.

Источники сварочного тока с падающей характеристикой необходимы для облегчения зажигания дуги за счёт повышенного напряжения холостого хода, обеспечения устойчивого горения дуги и практически постоянной проплавляющей способности дуги, так как колебания её длины и напряжения (особенно значительные при ручной сварке) не приводят к значительным изменениям сварочного тока, а также для ограничения тока короткого замыкания, чтобы не допустить перегрева токоподводящих проводов и источников тока.

Для обеспечения устойчивости горения дуги с возрастающей вольтамперной характеристикой применяют источники сварочного тока с жёсткой или возрастающей характеристикой (сварка в защитных газах плавящемся электродом и автоматическая под флюсом током повышенной плотности).

Для питания сварочной дуги применяют источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источники постоянного тока (сварочные выпрямители и генераторы).

Источники переменного тока более распространены, так как обладают рядом технико-экономических преимуществ. Сварочные трансформаторы проще в эксплуатации, значительно долговечнее и обладают более высоким КПД, чем выпрямители и генераторы постоянного тока. Однако в некоторых случаях (сварка на малых токах покрытыми электродами и под флюсом) при питании переменным током дуга горит неустойчиво, так как через каждые 0,01 сек. напряжения и ток дуги проходит через нулевые значения, что приводит к временной деионизации (отмена образования ионов) дугового промежутка.

Постоянный ток предпочтителен в технологическом отношении:

  • при его применении повышается устойчивость горения дуги;
  • улучшаются условия сварки в различных пространственных положениях;
  • появляется возможность вести сварку на прямой и обратной полярностях и т.д.

Последнее вследствие большого тепловыделения в анодной области дуги позволяет проводить сварку сварочными материалами с тугоплавкими покрытиями и флюсами.

Сварочные трансформаторы (рис. 6; рис. 7), как правило, имеют падающую внешнюю характеристику, их используют для дуговой ручной сварки и автоматической сварки под флюсом. Для плавного регулирования сварочного тока изменяют расстояния между обмотками трансформатора.

Устройство трансформатора ТСК – 500

Рис. 6. Устройство трансформатора ТСК – 500

Схема сварочного трансформатора

Рис. 7 Схема сварочного трансформатора

Сварочные трансформаторы, как правило, имеют падающую внешнюю характеристику, их используют для дуговой ручной сварки и автоматической сварки под флюсом. Широко применяют трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием и подвижной вторичной обмоткой (типов ТС и ТД). В этих трансформаторах первичная 1 и вторичная 2 обмотки раздвинуты относительно друг друга, что обуславливает их повышенное индуктивное сопротивление вследствие появления магнитных потоков рассеяния.

Сварочные выпрямители (рис. 8) бесшумны, имеют высокий КПД, удобны в эксплуатации.

Они обеспечивают высокую стабильность горения дуги, особенно на малых токах. Для нормальной работы выпрямителей требуется интенсивное охлаждение, так как полупроводники нагреваются при работе. Поэтому выпрямители снабжены вентиляторами. Нагрев полупроводников иногда ограничивает мощность выпрямителей.

На рисунке 9 изображено устройство и принципиальная схема сварочного выпрямителя.

Рис. 8. Сварочный универсальный выпрямитель

Типовой сварочный выпрямитель

Рис. 9 Типовой сварочный выпрямитель

Сварочные агрегаты состоят из двигателя внутреннего сгорания и сварочного генератора постоянного тока. Агрегаты монтируют на подвижные платформы и используют в монтажных и полевых условиях для ручной сварки (рис. 10).

Устройство сварочного агрегата

Рис. 10 Устройство сварочного агрегата

3. Ручная дуговая сварка

Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами (рис. 11, а), которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки.

В процессе сварки металлическим покрытым электродом дуга 8 горит между стержнем электрода 7 и основным металлом 1. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в металлическую ванну 9. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 6, образуя газовую защитную атмосферу 5 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 4 на поверхности расплавленного металла. Металлическая и шлаковая ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов 3. Жидкий шлак после остывания образует твёрдую шлаковую корку 2.

В перегретой сварочной ванне протекает ряд металлургических процессов:

  • испарения или окисление (выгорание) некоторых легирующих элементов, например углерода, марганца, кремния, хрома и др.;
  • насыщение расплавленного металла кислородом, азотом и водородом из окружающего воздуха.

В результате возможно изменение состава сварного шва по сравнению с электродным и основным металлом, а также понижение его механических свойств, особенно вследствие насыщения шва кислородом. Для обеспечения заданных состава и свойств шва в покрытие вводят легирующие элементы и элементы раскислители.

Рис. 11. Схема процесса сварки металлическим покрытым электродом (а)1 – основной металл; 2 – шлаковая корка; 3 – сварной шов; 4 – шлаковая ванна; 5 – газовая защитная атмосфера; 6 – покрытие электрода; 7 – стержень электрода; 8 – дуга; 9 – расплавленная металлическая ванна

Столбчатые кристаллы в сварном шве (б)1 – сварочная ванна; 2 – изотерма кристаллизации шва; 3 – стобчатые кристаллы

Сварной шов (рис. 11, б). Кристаллизация сварного шва начинается от границ оплавленного основного металла и протекает путём роста столбчатых кристаллов к центру шва. При этом оси кристалла, как правило, остаются перпендикулярными к поверхности движущийся сварочной ванны, в результате чего кристаллиты изгибаются и вытягиваются в направлении сварки. Вследствие дендритной ликвации примеси располагаются по границам кристаллитов, где они могут образовывать легкоплавкие эвтектики и неметаллические включения. Это снижает механические свойства шва и в отдельных случаях может быть причиной образования горячих трещин.

Электроды для ручной сварки представляют собой стержни с нанесёнными на них покрытиями (рис. 12).

Схема электрода

Рис. 12 Схема электрода

Стержень изготовляют из сварочной проволоки повышенного качества. Стандарт на стальную сварочную проволоку предусматривает 77 марок проволоки диаметром 0,2 – 12 мм. Сварочную проволоку всех марок в зависимости от состава разделяют на три группы:

  • низкоуглеродистую (Св-08А; Св-08ГС и др.);
  • легированную (Св-18ХМА; Св-10Х5М и др.);
  • высоколегированную (Св-06Х19Н10М3Т; Св-07Х25Н13 и др.).

Сварочную проволоку используют также при автоматической дуговой сварке под флюсом, сварке плавящемся электродом в среде защитных газов и как присадочный материал при дуговой сварке неплавящемся электродом и газовой сварке.

Покрытие электродов предназначены для обеспечения стабильного горения дуги, защиты расплавленного металла от воздействия воздуха и получения металла шва заданного состава и свойств. В состав покрытия электродов входят стабилизирующие, газообразующие, шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие составляющие.

Электроды классифицируют по назначению и виду покрытия.

По назначению стальные электроды подразделяют на пять классов:

  • для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с σв <600 МПа;
  • легированных конструкционных сталей с σв > 600 МПа;
  • легированных жаропрочных сталей;
  • высоколегированных сталей с особыми свойствами;
  • для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами. Электроды для сварки конструкционных сталей делят на типы Э38,

Э42…Э150. Цифры в обозначении типа электрода означают σв наплавленного металла в 10-1 МПа.

В обозначение типов электродов для сварки жаропрочных и высоколегированных сталей и наплавочных входит марочный состав наплавленного металла (Э-09МХ, Э-10Х5МФ, Э-08Х20Н9Г2Б, Э- 10Х20Н70Г2М2В, Э-120Х12Г2СФ, Э-350Х26Г2Р2СТ, и др.).

По виду покрытия электроды делят на электроды с кислым, рутиловым, основным и целлюлозным покрытиями.

Рутиловые покрытия – применяют для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Основные покрытия – применяют для сварки ответственных конструкций из сталей всех классов.

Целлюлозное покрытие – создают хорошую газовую защиту и образуют малое количество шлака. Особенно пригодны для сварки на монтаже в любых пространственных положениях на переменном и постоянном токе.

4. Режим ручной дуговой сварки

Основным параметром режима ручной дуговой сварки является сварочный ток (А), который выбирают в зависимости от диаметра и типа металла электрода:

Iсв = kdэ,

где k – опытный коэффициент (35 – 60), А/мм; d – диаметр стержня электрода, мм.

Диаметр электрода выбирают исходя из толщины стали, δ:

δ, мм………….1 -2 3 – 5 4 – 10 12 – 24 и более.

dэ, мм………….2 -3 3 – 4 4 – 5 5 – 6

При толщине стали до 6 мм сваривают по зазору без разделки кромок заготовки. При больших толщинах металла выполняют одностороннюю или двустороннюю разделку кромок под углом 60о. Разделка необходима для обеспечения полного провара по толщине. Металл толщиной свыше 10 мм сваривают многослойным швом. Ручная сварка удобна при выполнении коротких и криволинейных швов в любых пространственных положениях – нижнем, вертикальном, горизонтальном, потолочном, при наложении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы (рис. 13). Ручная сварка обеспечивает хорошее качество сварных швов, но обладает более низкой производительностью, например, по сравнению с автоматической дуговой сваркой под флюсом.

Возможные пространственные положения при ручной дуговой сварке

Рис. 13. Возможные пространственные положения при ручной дуговой сварке

Производительность процесса в основном определяется сварочным током. Однако ток при ручной сварке покрытыми электродами ограничен, так как повышение тока верх рекомендованного значения приводит к разогреву стержня электрода, отслаиванию покрытия, сильному разбрызгиванию и угару расплавленного металла. Ручную сварку постепенно заменяют полуавтоматической в атмосфере защитных газов.

5. Автоматическая дуговая сварка под флюсом

Для автоматической дуговой сварки под флюсом используют непокрытую электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха. Подача и перемещение электродной проволоки механизированы. Автоматизированы процессы зажигания дуги и заварки кратера в конце шва (рис. 14).

Схема процесса автоматической дуговой сварки под флюсом

Рис. 14. Схема процесса автоматической дуговой сварки под флюсом1 – токопровод; 2 – механизм подачи; 3 – проволока; 4 – ванна жидкого шлака; 5 – слой флюса; 6 – шлаковая корка; 7 – сварочный шов; 8 – основной металл; 9 – ванна жидкого металла; 10 – дуга

Для сварки под флюсом характерно глубокое проплавление основного металла.

Преимущества автоматической сварки под флюсом: повышение производительности процесса сварки в 5 – 20 раз; увеличивается качество сварных соединений; уменьшается себестоимость 1 м сварного шва.

Повышение производительности достигается за счёт использования больших сварочных токов (до 2000 А) и непрерывности процессов сварки. Применение непокрытой проволоки позволяет приблизить токопровод на расстояние 30 – 50 мм от дуги и тем самым устранить опасный разогрев электрода при большой силе тока. Плотная флюсовая защита сварочной ванны предотвращает разбрызгивание и угар расплавленного металла. Увеличение силы тока позволяет сваривать металл большой толщины (до 20 мм) за один проход без разделки кромок.

Флюсы служат для изоляции сварочной ванны от атмосферы воздуха, обеспечения устойчивого горения дуги, формирования поверхности шва и получения, заданных состава и свойств наплавленного металла. Флюсы классифицируют по назначению, химическому составу и способу изготовления.

Автоматическую сварку под флюсом применяют в серийном и массовом производствах для выполнения длинных прямолинейных и кольцевых швов в нижнем положении на металле толщиной 2 – 100 мм. Под флюсом сваривают стали различных классов. автоматическую сварку широко применяют при изготовлении котлов, резервуаров для хранения жидкостей и газов, корпусов судов, мостовых балок и других изделий. Она является одним из основных звеньев автоматических линий для изготовления сварных автомобильных колёс и станов для производства сварных прямошовных и спиральных труб.

6. Дуговая сварка в защитном газе

(рис. 15). При сварке в защитном газе электрод, зона дуги и сварочная ванна защищены струёй защитного газа. В качестве защитных газов применяют инертные газы (аргон и гелий) и активные газы (углекислый газ, азот, водород и др.), иногда – смеси двух газов и более. В нашей стране наиболее распространено применение аргона Аr и углекислого газа СО2.

Аргонодуговой сваркой можно сваривать неплавящимся и плавящимся электродами. Сварку неплавящимся электродом применяют, как правило, при соединении металла толщиной 0,5 – 6 мм; плавящимся электродом – от 1,5 мм и более. В аргоне неплавящимся вольфрамовым электродом (Т = 3370 оС) можно сваривать с расплавлением только основного металла (толщиной до 3 мм), а при необходимости получения усиления шва или заполнения разделки кромок (толщина более 3 мм) – и присадочного материала (прутка или проволоки).

Сварку неплавящемся электродом ведут на постоянном токе прямой полярности. В этом случае дуга легко зажигается и горит устойчиво при напряжении 10 – 15 В. При обратной полярности возрастает напряжение дуги, уменьшается устойчивость её горения и снижается стойкость электрода. Однако дуга обратной полярности обладает одним важным технологическим свойством: при её действии с поверхности свариваемого металла удаляются оксиды. Указанное свойство дуги обратной полярности используют при сварке алюминия, магния и их сплавов, применяя для питания дуги переменный ток.

Сварку в углекислом газе выполняют только плавящимся электродом на повышенных плотностях постоянного тока обратной полярности.

Преимущества по сравнению с ручной дуговой сваркой и автоматической под флюсом:

  • высокая степень защиты расплавленного металла от воздействия воздуха;
  • отсутствие на поверхности шва при применении аргона оксидов и шлаковых включений;
  • возможность ведения процесса во всех пространственных положениях;
  • возможность визуального наблюдения за процессом формирования шва и его регулирования;
  • более высокая производительность;
  • относительно низкая стоимость сварки в углекислом газе.

Виды сварки в защитных газах

Рис. 15. Виды сварки в защитных газах1 – присадочный пруток или проволока; 2 – сопло; 3 – токоподводящий мундштук; 4 – корпус горелки; 5 – неплавящийся вольфрамовый электрод; 6 – рукоять горелки; 7 – атмосфера защитного газа; 8 – сварочная дуга; 9 – ванна расплавленного металла; 10 – кассета с проволокой; 11 – механизм подачи; 12 – плавящийся металлический электрод (сварочная проволока)

Применение: сваривают узлы летательных аппаратов, элементы атомных установок, корпуса и трубопроводы химических аппаратов и т.п. Аргонодуговую сварку применяют для цветных (алюминия, магния, меди) и тугоплавких (титана, ниобия, ванадия, циркония) металлов и их сплавов, а также легированных и высоколегированных сталей.

В углекислом газе сваривают конструкции из углеродистой и низколегированной сталей (газо- и нефтепроводы, корпуса судов и т.д.). Преимущества полуавтоматической сварки в СО2 с точки зрения её стоимости и производительности часто приводит к замене её ручной дуговой сварки покрытыми электродами.

На рис. 16 приведена схема сварки в защитных газах.

На рис. 17 показан рабочий момент сварки в защитном газе.

Схема сварки в защитных газах

Рис. 16. Схема сварки в защитных газах

Сварка в защитном газе

Рис. 17. Сварка в защитном газе

7. Плазменная сварка

Плазменная струя, применяемая для сварки, представляет собой направленный поток частично или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10000 – 20000оС.

Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ через столб сжатой дуги. Дуга горит в узком канале сопла горелки, через который продувают газ. При этом столб дуги сжимается, что приводит к повышению в нём плотности энергии и температуры. Газ, проходящий через столб дуги, нагревается, ионизируется и выходит из сопла в виде высокотемпературной плазменной струи. В качестве плазмообразующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси. Газ выбирают в зависимости от процесса обработки и вида обрабатываемого материала.

Применяют два основных плазменных источника нагрева:

  • плазменную струю, выделенную из столба косвенной дуги, рис. 18, а;
  • плазменную дугу, в которой дуга прямого действия совмещена с плазменной струёй, рис. 18, б.

Плазменную струю применяют для сварки и резки тонких металлических листов и неэлектропроводных материалов, а также напыление тугоплавких материалов на поверхность заготовки.

Плазменная дуга, обладающая большей тепловой мощностью, используется, для сварки, высоколегированной стали, сплавов титана, никеля, молибдена, вольфрама и других материалов, а также для резки материалов, особенно тех, резка которых другими способами затруднена, например, меди, алюминия и др.

Преимущества:

  • плазменная сварка является более концентрированным источником теплоты и вследствие этого обладает большей проплавляющей способностью (до 10 мм без разделки кромок; уменьшаются сварочные деформации).
  • плазменная дуга обладает более высокой стабильностью горения, что обеспечивает повышенное качество сварных швов. Это позволяет выполнять так называемую микроплазменную сварку металла, толщиной 0,025 – 0,8 мм на токах 0,5 – 10 А.
  • увеличивая ток и расход газа, можно получить так называемую проникающую плазменную дугу (процесс резки).

плазменная струя, выделенная из дуги плазменная дуга

Рис. 18. Принципиальная схема и схемы получения плазменных источников нагрева: а – плазменной струи, выделенной из дуги; б – плазменной дуги, совмещённой с плазменной струёй

Плазменный сварочный аппарат

Рис. 19. Плазменный сварочный аппарат «Горыныч»

Аппарат способен разрезать любой известный на Земле материал! Температура факела 6500 град., сваривать углеродистые и легированные стали, чугун, цветные металлы и сплавы, нержавеющие стали и сплавы алюминия непосредственно на воздухе толщиной до 8 мм, осуществлять процессы пайки и пайкосварки практически любых металлов в различных сочетаниях. Уверенно разрезает любые материалы толщиной до 10 мм. Сварочный аппарат «Горыныч» способен сваривать многие цветные металлы: алюминий, медь, латунь, бронзу, чугун, нержавейку в любом сочетании, обрабатывать стекло, ПВХ, керамику и камень, очень эффективен при монтаже и последующем ремонте трубопроводов различного назначения, систем отопления, вентиляции, сантехники и различного электрооборудования. Быстро плавит металл в тигле, разогревает небольшие детали для последующей ковки, крутки и обработке. Работать им можно также как газоаргонной сваркой, используя те же флюсы и присадки. Качество шва соответствует газосварке, но в отличие от нее, за счет более высокой температуры струи, разогрев локальный и быстрый, поэтому он не коробит тонкие металлы и не отпускает металл, а варит в три раза быстрее. Минимальная толщина металла при пайке 0,5 мм. Широко применятся в автосервисах при кузовном ремонте, сварке блоков цилиндров и крышек клапанов, для пайки радиаторов и печек, восстановления литых дисков, при ремонте силуминовых деталей автомобиля.

Недостатки плазменной сварки – недолговечность горелок вследствие частого выхода из строя сопел и электродов.

8. Электрошлаковая сварка

(рис. 20). При электрошлаковой сварке основной и электродный металлы расплавляются теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через шлаковую ванну.

Процесс электрошлаковой сварки начинается с образования шлаковой ванны в пространстве между кромками основного металла и формирующими устройствами (ползунами), охлаждаемыми водой, подаваемой по трубам, путём расплавления флюса электрической дугой, возбуждаемой между сварочной проволокой и вводной планкой. После накопления определённого количества жидкого шлака дуга шунтируется шлаком и гаснет, а подача проволоки и подвод тока продолжается. При прохождении тока через расплавленный шлак, являющийся электропроводящим электролитом, в нём выделяется теплота, достаточная для поддержания высокой температуры шлака (до 2000оС) и расплавления кромок основного металла и электродной проволоки. Проволока вводится в зазор и подаётся в шлаковую ванну с помощью мундштука. Проволока служит для подвода тока и пополнения сварочной ванны расплавленным металлом. Как правило, электрошлаковую сварку выполняют при вертикальном положении свариваемых заготовок. По мере заполнения зазора между ними мундштук для подачи проволоки и формирующие ползуны передвигаются в вертикальном направлен, оставляя после себя затвердевший сварной шов.

В начальном и конечном участках шва образуются дефекты. В начале шва – непровар кромок, в конце шва – усадочная раковина и неметаллические включения. Поэтому сварку начинают на вводной, а заканчивают на выходной планках, которые затем удаляют газовой резкой.

Шлаковая ванна – более распределённый источник теплоты, чем электрическая дуга. Основной металл расплавляется одновременно по всему периметру шлаковой ванны, что позволяет вести сварку металла большой толщины (до 150 мм) за один проход.

Преимущества по сравнению с автоматической сваркой под флюсом:

  • повышенная производительность, меньше затрат на выполнение 1 м сварного шва;
  • макроструктура шва лучше, так как отсутствует многослойность шва (шов однопроходной);
  • уменьшаются затраты вследствие повышения производительности, упрощения подготовки кромок заготовок, уменьшения сечения шва, а также расходов на проволоку, флюсы и электроэнергию.

Схема процесса электрошлаковой сварки

Рис. 20. Схема процесса электрошлаковой сварки

Недостатки – образования крупного зерна в шве и околошовной зоне вследствие замедленного нагрева и охлаждения. После сварки необходима термическая обработка (отжиг или нормализация) для измельчения зерна в металле сварного соединения.

Применение – в тяжёлом машиностроении для изготовления ковано-сварных и лито-сварных конструкций, таких, как станины и детали мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых дизелей, роторы и валы гидротурбин, котлы высокого давления и т.п. Толщина свариваемого металла составляет 50 – 2000 мм.

На рис. 21. изображён рабочий момент электрошлаковой сварки кованой конструкции.

Электрошлаковая сварка кованых конструкций

Рис. 21. Электрошлаковая сварка кованых конструкций

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *