Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 35. Сущность процесса и разновидности электрошлаковой сварки (ЭШС)

Сущность процесса. Схема электрошлакового процесса показана на рис. 88. При сварке изделий электрошлаковым способом оплавление основного 1 и расплавление электродного 2 металлов осуществляется за счет выделения тепла при прохождении электрического тока через расплавленный, обладающий электрической проводимостью флюс, который удерживается в колодце, образованном кромками свариваемых деталей 1 и специальными формирующими водоохлаждаемыми устройствами 3 типа ползунов или пластин.

За счет разницы в плотности электродный металл (плотность металла значительно больше плотности любого входящего в состав флюса компонента) опускается на дно расплава, образуя металлическую ванну 5, а расплавленный флюс находится в верхней части расплава, образуя шлаковую ванну 4.Электродный металл каплями, проходящими через слой шлака, опускается в металлическую ванну. Капли электродного металла, проходя через жидкий шлак, взаимодействуют с ним, улучшая при этом свой химический состав. Шлаковая ванна, постоянно находясь в верхней части расплава, исключает воздействие окружающего воздуха на жидкий металл.

Для получения гарантированного сплавления температура шлаковой ванны должна превышать температуру плавления основного и электродного металлов.

Схема электрошлакового процесса

Вертикальное положение шва и постоянное наличие в верхней его части жидкой металлической ванны при ЭШС значительно облегчает удаление газов и неметаллических включений из металла шва. Именно эти особенности электрошлакового процесса послужили основой для разработки прогрессивного способа получения особо чистых металлов и сплавов — электрошлакового переплава.

Минимальная толщина деталей, которые можно сваривать встык этим способом без технологических затруднений, находится в пределах 30—40 мм.

Наиболее экономически целесообразно применение электрошлаковой сварки при изготовлении толстостенных конструкций.

Благодаря возможности сварки швов сложной конфигурации электрошлаковая сварка получила также широкое распространение и в ремонтном производстве.

К преимуществам электрошлаковой сварки относят: возможность получения за один проход сварных соединений практически любой толщины;

отсутствие необходимости специальной подготовки кромок свариваемых деталей;

получение неразъемных соединений за один проход, что не требует зачистки шлака после наложения каждого слоя, как это производится при электродуговой сварке;

расход флюса в десятки раз меньший, чем при обычной электродуговой сварке под слоем флюса;

возможность применения электродов самой различной формы; малую вероятность возникновения трещин и пор; незначительное содержание газов в шве; отсутствие подрезов;

малую зависимость зазора между соединяемыми деталями от толщины свариваемого металла, поэтому при увеличении толщины соединяемых элементов этот способ по сравнению с другими дает значительную экономию электродных материалов; позволяет устранить шлаковые включения; сокращение расхода электроэнергии. К недостаткам электрошлаковой сварки можно отнести: возможность производства сварки только в вертикальном или почти вертикальном положении свариваемых плоскостей;

высокую степень перемешивания основного и электродного металлов, а также большой процент перехода загрязнений из основного металла в металл шва;

наличие крупнозернистой структуры в металле шва и переходной зоне;

необходимость изготовления и установки перед сваркой технологических деталей (планки, «стартовые карманы», формирующие устройства и др.).

Разновидности ЭШС. ЭШС применяют при изготовлении конструкций из малоуглеродистых, среднеуглеродистых, низколегированных, среднелегированных и высоколегированных сталей, чугуна и цветных металлов, а также для наплавки различных сплавов на малоуглеродистые и низколегированные стали.

Электрошлаковая сварка может быть осуществлена различными способами и приемами (рис. 89).

Сварка проволочными электродами (ШЭ, рис. 90) может осуществляться: одной, двумя, тремя и более проволоками с неподвижной осью и с постоянной скоростью подачи к шлаковой ванне; наряду с подачей к шлаковой ванне проволоки совершают в зазоре возвратно-поступательное движение в направлении толщины свариваемых листов.

Сварка пластинчатыми электродами (ШП) характеризуется тем, что вместо проволоки электродами являются пластины, непрерывно подаваемые к месту сварки.

Схема рационального применения ЭШС при изготовлении изделий с применением стыковых, угловых и тавровых соединений

Рис. 90. Схема процесса электрошлаковой сварки. Рис. 91. Схема ЭШС плавящимся мундштуком (ШМ) прямолинейных стыков

Сварка плавящимся мундштуком (ШМ, рис.91) заключается в том, что мундштук плавится вместе с электродной проволокой. В данном случае мундштук делается примерно из того же материала, что и заготовки, или другого, обеспечивающего требуемые прочностные показатели сварного соединения.

Схема ЭШС пластинчатыми электродами (ШП) заготовок переменного сечения

Схема ЭШ подплавляющимся мундштуком кольцевого стыка

Сварку пластинчатыми электродами большого сечения прямолинейных и переменного сечения стыков (рис. 92) выполняют с применением электродов того же химического состава, что и свариваемые заготовки. Два утолщенных пластинчатых электрода 2, установленных между свариваемыми кромками, закрепляют неподвижно в зазоре с помощью диэлектрических скоб и изоляторов, а других два электрода 1 с помощью подающего механизма перемещаются совместно в шлаковую ванну.

Поскольку способ предназначен для сварки слитков и поковок, выполненных электрошлаковым переплавом диаметром до 3000 мм, то питание током производят от мощного трансформатора ТШП-10-1 по бифилярной схеме, позволяющей снизить индуктивное сопротивление силового контура и повысить электротехнические характеристики сварочной установки.

Схема контактно-шлаковой сварки
Сварка подплавляющимся мундштуком (рис. 93) от сварки плавящимся мундштуком отличается тем, что расплавляемая часть мундштука составляет небольшую долю шва, а также возможностью сварки с колебаниями, что позволяет уменьшить количество подающих механизмов в сравнении со сваркой плавящимся мундштуком. Питание подплавляющегося мундштука обычно происходит от одной фазы трансформатора.

Схема сварки ленточным электродом

Схема сварки ленточным электродом

Контактно-шлаковая сварка (рис. 94) может применяться, при сварке стержней значительных диаметров, при приварке торцов стержней к плоским поверхностям. При этом способе сварки присадочный металл отсутствует; ток пропускают между свариваемыми частями.

Сварка ленточными электродами (рис. 95) отличается от сварки плавящимся мундштуком тем, что вместо проволоки в сварочную ванну по направляющей кассете подают один или несколько ленточных электродов из стали толщиной1—2 мм.

Условные обозначения основных типов сварных соединений, выполняемых ШЭ и ШМ

вверх страницы