Сварка

Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка принципиально новый способ получения неразъемного соединения металлов. В отличие от других способов сварки плавлением при электрошлаковой сварке источником нагрева служит тепло, выделяющееся в ванне расплавленного флюса при прохождении через нее тока от электрода к изделию.

Электрошлаковый процесс реализуется следующим образом (рис. 1). Шлаковая ванна 4 образуется в результате расплавления сварочного флюса, который находится в этом состоянии в течение всего процесса сварки. Сварочный ток, проходя через шлаковую ванну

4 между погруженными в нее электродами 3 и металлической ванной 5, поддерживает высокую температуру и теплопроводность шлака. Объем и глубину шлаковой ванны сохраняют, как правило, постоянными. Для этого зазор между свариваемыми кромками закрывают с боков водоохлаждаемыми ползунами 6. Металлическая ванна 5, кристаллизуясь, образует сварной шов.

Схема электрошлаковой сварки

Рисунок 1 — Схема электрошлаковой сварки: 1 – свариваемые детали шириной s; 2 – мундштук для подачи электрода; 3 – электрод; 4 – шлаковая ванна глубиной hs; 5 – металлическая ванна глубиной hM; 6 – формующий ползун; bсв – зазор между деталями; lсв – сухой вылет электродов

При электрошлаковой сварке почти вся электрическая мощность передается шлаковой ванне, а от нее электроду и свариваемым кромкам. Устойчивый процесс возможен только при постоянной температуре шлаковой ванны. Рабочая температура шлаковой ванны может достигать под электродом 1900-2000 0С.

Общее количество генерируемого в шлаковой ванне тепла расходуется следующим образом: 20-25 % на плавление электродной проволоки; 55-60 % на плавление и нагрев основного металла; 4-6 % на плавление флюса и поддержание шлаковой ванны в жидком состоянии; 12-16 % – потери тепла через ползуны и теплоотвод в массу металла.

Электрошлаковая сварка проволочными электродами получила наибольшее применение в машиностроительных отраслях. Этот способ реализуется в соответствии со схемами (рис. 2).

Электрошлаковая сварка проволочными электродами

Рисунок 2 — Электрошлаковая сварка проволочными электродами: а – одной проволокой без колебаний; б – одной, двумя или тремя проволоками с колебаниями; в – одной проволокой без введения мундштука в зазор; г – проволокой с увеличенным «сухим» вылетом; д – с использованием сопутствующего принудительного охлаждения; е – с присадкой порошкообразного материала

Наибольшее применение получили способы а, б (рис. 2). Этими способами можно сваривать металл толщиной от 20 до 450 мм, используя преимущественно 3-мм проволоку. Способом в можно сваривать металл толщиной до 120 мм. Способ г обеспечивает повышение скорости сварки в 1,5-2,0 раза по сравнению со способами а, б. Способ д можно рекомендовать для электрошлаковой сварки низколегированных сталей толщиной до 100 мм без последующей высокотемпературной термической обработки сварного соединения.

Способ е используется при монтаже крупногабаритных изделий, сварные соединения которых не подвергаются последующей высокотемпературной термической обработке. Толщина свариваемого металла до 60 мм. Способ характеризуется повышенной скоростью сварки и значительно лучшими механическими свойствами соединения. Все перечисленные способы осуществляются на стандартной сварочной аппаратуре.

Электрошлаковой сваркой можно получить стыковые, угловые и тавровые типы соединений и практически все виды швов. Прямолинейные швы встречаются в сварных соединениях всех типов и выполняются в вертикальном положении (рис. 3 а, б). Возможный наклон не должен превышать 15…20° (рис. 3 б). Кольцевые швы можно выполнять не только на цилиндрической поверхности (рис. 3 г), но и на конической (рис. 3 д), а так же сферической (рис. 3 е).

Виды сложных швов, выполняемые электрошлаковой сваркой

Рисунок 3 — Виды сложных швов, выполняемые электрошлаковой сваркой: а и б – прямолинейные на вертикальной и наклонной плоскостях; в – пространственной формы; г, д и е – кольцевые на цилиндрической, конической и шаровой поверхностях

Основными технологическими параметрами электрошлаковой сварки являются: падение напряжения на участке электрода; сила сварочного тока; скорость перемещения поверхности металлической ванны; глубина шлаковой ванны; скорость поперечного перемещения (колебания) электрода; количество электродов; зазор между кромками; расстояние между электродами, толщина свариваемого металла.

Достоинства электрошлаковой сварки. Электрошлаковая сварка – высокопроизводительный способ соединения металла практически неограниченной толщины. По скорости плавления присадочного материала он не имеет равных. Так, коэффициент наплавки при электрошлаковой сварке составляет 20…30 г/(А∙ч), при дуговой автоматической – 14…18 г/(А∙ч), а при дуговой ручной – всего 8…12 г/(А∙ч).

Выполнение в подавляющем большинстве случаев сварного соединения за один проход полностью исключает наиболее распространенный дефект многошовной сварки – шлаковые включения, а вертикальное положение оси шва значительно облегчает всплывание газовых пузырей, шлака, примесей и удаление их из металла.

Расход флюса при электрошлаковой сварке в 10…20 раз меньше, чем при дуговой сварке, и составляет около 5 % расхода электродной проволоки. Расход электроэнергии на плавление равных количеств электродного металла в 1,5…2 раза меньше, чем при автоматической сварке под флюсом и в 4 раза меньше, чем при ручной сварке.

Экономичность и эффективность электрошлаковой сварки возрастает с увеличением толщины свариваемого металла: при толщине 40…60 мм можно рекомендовать использование электрошлаковой сварки, а при 100…200 мм и более электрошлаковая сварка остается наиболее рациональным способом сварки в условиях как серийного, так и мелкосерийного производства.

Недостатком электрошлаковой сварки является необходимость последующей высокотемпературной термической обработки сварного соединения для восстановления высоких служебных характеристик сварной конструкции. Известно, что в процессе электрошлаковой сварки металл шва и околошовной зоны подвергается значительному перегреву. Это способствует снижению пластических свойств сварного соединения, особенно при отрицательных температурах. Весь опыт электрошлаковой сварки показывает, что вопросы необходимости применения высокотемпературной термической обработки, повышения качества сварных соединений и производительности процесса следует решать комплексно путем рационального выбора свариваемых и сварочных материалов, приемов и режимов сварки.

Электрошлаковая сварка получила широкое распространение в тяжелом, энергетическом, химическом машиностроении, судо- и авиастроении.

Электрошлаковым способом сваривают стали практически всех классов и марок, чугун, жаропрочные и никелевые сплавы, титан, алюминий, медь и сплавы на их основе.

Использование электрошлаковой сварки в тяжелом машиностроении, где этот способ стал одним из ведущих технологических процессов, позволило заменить крупные литые и кованые конструкции, габаритные размеры и масса которых ограничены техническими возможностями оборудования, на сварно- литые, сварно-кованые и прокатно-сварные, значительно снизив при этом металлоемкость конструкций и трудоемкость изготовления.

Замена цельнолитых деталей сварно-литыми считается целесообразной и эффективной при снижении одного из следующих показателей:

  • массы сварно-литой металлоконструкции – не менее, чем на 10%;
  • трудоемкости машинной формовки литых заготовок – на 30…40 % по сравнению с трудоемкостью ручной формовки цельнолитой детали;
  • брака производства цельнолитых конструкций – на 10…15 %.

Сварно-литые детали считают наиболее экономичными. В сварном варианте изготавляют станины прокатных станов, рамы щековых дробилок, крупногабаритные бандажи цементных и обжиговых печей, рабочие колеса мощных гидротурбин, форштевни крупных кораблей и многие другие детали.

Большой технико-экономический эффект достигается также при изготовлении сварно-кованых конструкций вместо цельнокованых: разнообразных цилиндров, колонн, валов гидротурбин, подштамповых плит, «баб» бесшаботных молотов, роторов турбогенераторов и др.

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *