Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 68. Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка разработана Институтом электросварки им. Е. О. Патона и является высокопроизводительным способом автоматической сварки.

Схема электрошлаковой сварки показана на рис. 102. Свариваемые детали 1 располагаются вертикально со значительным зазором между кромками. С двух сторон зазор закрыт медными ползунами 2, охлаждаемыми водой, циркулирующей по трубкам 7. В зону сварки с помощью механизма специальной сварочной головки непрерывно и автоматически подаются сварочная проволока 4 и флюс. Дуга между проволокой и металлом горит только в начале процесса. В дальнейшем при образовании достаточно большого слоя жидкого шлака дуга гаснет и ток проходит только через расплавленный шлак 3.

Тепло, выделяющееся при прохождении тока через жидкий шлак, обеспечивает расплавление флюса, проволоки и кромок свариваемого металла. Сварочная головка перемещается по свариваемым листам снизу вверх вместе с ползунами 2, которые формуют жидкий металл 5 шва 6. Сварочная зона расположена около верхней части ползунов. Количество тепла, выделяемое при прохождении тока через слой расплавленного шлака, определяется по формуле

где Q — количество тепла, ккал/сек;

U — падение напряжения в шлаковом пространстве, в;

I — ток, идущий от электрода к изделию через шлак, а.

Напряжение, необходимое для электрошлакового процесса, составляет 30—45 в, что несколько выше напряжения горения дуги между металлическими электродами.

Применяется также многоэлектродная сварка с подачей в зону сварки одновременно от 3 до 18 проволок или присадочных стержней, что повышает производительность процесса сварки. При сварке толстых листов концу электродной проволоки придается колебательное движение параллельно свариваемым кромкам, что обеспечивает более равномерный их прогрев.

На рис. 103 показаны способы шлаковой сварки несколькими электродами. Многоэлектродным способом (рис. 103) сваривают металл толщиной до 2000 мм.

Электрошлаковой сваркой можно выполнять также кольцевые швы, используя для этой цели специальные сварочные головки и ползуны соответствующей формы.

Основные преимущества электрошлаковой сварки перед ручной сваркой и автоматической сваркой под флюсом следующие:

1. Сваривают детали очень большой толщины.

2. Значительно повышается производительность сварки; например, при сварке металла толщиной 100—110 мм производительность электрошлаковой сварки выше производительности автоматической сварки под флюсом в 5—6 раз; ручной в 19 раз.

3. Упрощается выполнение трудоемких операций по подготовке изделий под, сварку: исключается необходимость скоса кромок и возможна замена строжки на кромкострогальных станках обрезкой кромок кислородом под прямым углом к поверхности листа. Исключаются операции по последующей подрубке и заварке корня шва.

4. Повышаются механические свойства наплавленного металла, ликвидируются такие внутренние дефекты, как шлаковые включения, непровары, трещины, газовые поры и пр. благодаря использованию способа принудительного формирования шва, надежной защите жидкого металла от окружающей среды и особенно благоприятным условиям кристаллизации металла сварочной ванны.

5. Возможна замена сварочной проволоки пластинами большого сечения, что повышает производительность процесса.

6. Сокращается удельный расход электроэнергии, флюса и присадочного металла.

7. Возможно легирование наплавленного металла посредством электродных проволок, керамических флюсов и легирующих добавок.

8. Возможна сварка закаливающихся сталей (хромоникельмолибденовой, хромокремнемарганцевой и др.) без образования трещин в околошовной зоне.

9. Удешевляется стоимость изготовления и обеспечивается экономия металла вследствие замены цельнолитых и цельнокованых изделий сварнолитыми, сварноковаными и сварнопрокатными конструкциями.

Применение способа электрошлаковой сварки на заводах тяжелого машиностроения, строительстве доменных печей и других объектах позволило увеличить выпуск и сократить сроки изготовления

тяжелого прокатного кузнечно-прессового и энергетического оборудования, снизить расход энергии и сварочных материалов, повысить качество сварных изделий. Например, изготовление Ново-Краматорским заводом сварных ковочных прессов усилием 4000 и 6300 tn со станинами из проката толщиной 80—160 мм взамен цельнолитых сократило цикл изготовления на два месяца, снизило вес станины со 115 до 92 т и высвободило значительные мощности литейного и механических цехов.

Методы электрошлаковой сварки все время совершенствуются и применение ее непрерывно расширяется. В ближайшие годы производство конструкций, выполненных электрошлаковой сваркой, должно возрасти не менее чем в два раза.

Флюс для электрошлаковой сварки должен образовывать при плавлении шлаки, обладающие требуемой вязкостью и электропроводностью. Слишком жидкие шлаки могут вытекать через зазоры между ползунами и металлом, а слишком вязкие и тугоплавкие могут отжимать ползуны и вызывать образование подрезов у поверхности шва. Газопроницаемость флюса должна быть минимальной, иначе шлак будет разбрызгиваться и нарушится процесс сварки. При излишне высокой электропроводности флюсов тепловыделение может быть недостаточным, что приводит к появлению непроваров. Слишком низкая электропроводность ухудшает устойчивость процесса сварки.

Для электрошлаковой сварки применяют специальные флюсы марок ФЦ-7, АН-8, АН-22 и др. (см. табл. 23). Для получения мелкозернистой структуры металла шва при электрошлаковой сварке в его состав вводят модификаторы — титан, алюминий, ванадий, а также применяют термическую обработку изделия после сварки (нормализацию или закалку с последующим отпуском).

Сварку ведут в вертикальном положении. Кромки листов обрезают перпендикулярно их поверхности без скоса. Листы собирают под сварку с зазором от 20 до 35 мм в зависимости от их толщины. Снизу приваривается временная начальная планка, а сверху — две конечные. При сварке швов значительной длины к листам привариваются также крепежные скобы. После сварки планки и скобы срубают.

Важное значение при электрошлаковой сварке имеет уровень расплавленного шлака, а следовательно, и глубина шлаковой ванны, от чего зависит устойчивость и характер процесса сварки, а также качество сварного шва

Поэтому в установках для электрошлаковой сварки применяются специальные устройства, автоматически регулирующие уровень сварочной ванны. В ползуне на уровне расплавленного металла имеется охлаждаемый щуп. При удалении щупа от металла в шлак изменяется напряжение между щупом и металлом, что вызывает

соответствующее изменение скорости перемещения сварочного автомата по шву,

В табл. 34 приведены технологические режимы электрошлаковой сварки. С помощью электрошлаковой сварки можно сваривать стыковые, тавровые и угловые соединения, используя соответствующую форму башмаков, ограничивающих поверхности шва (рис. 104).

Наиболее часто электрошлаковым способом сваривают толстостенные барабаны паровых котлов высокого давления из теплоустойчивой низколегированной стали. Барабан сваривается из двух продольных половин, каждая из которых имеет в сечении форму полуокружности. Обе половины собираются вместе, соединяются

скобами и устанавливаются вертикально на специальный стенд (рис. 105). В этом положении оба продольных шва барабана соединяют электрошлаковой сваркой двумя автоматами, работающими одновременно.

вверх страницы