Электрошлаковая сварка относится к одному из видов соединения металлических конструкций, однако по своему принципу существенно отличается от электродуговой, которую каждый себе способен представить.
Причем отличается не только сущность процесса соединения деталей, но и область применения этой сварки. Общим является только то, что кромки деталей сильно нагреваются.
Но природа передачи количества теплоты здесь иная.
Электрический ток, проходя по электроду, разогревает и плавит шлак, являющийся флюсом. Такой способ сварки, хоть и не является тривиальным, зато имеет преимущество при ведении сварки в вертикальных плоскостях. Можно указать и еще одну область применимости электрошлаковой сварки. Примером служит ситуация, когда толщина деталей составляет десятки миллиметров.
- Технология
- Типы
- Используемые флюсы
- Особенности
Технология
Расплавленный шлак в устройстве является своеобразным теплоносителем. Между краями деталей, которые необходимо соединить, образуется пространство, оно выполняет роль ванны, в которой плавится шлак. По бокам зазоры закрываются медными ползунами.
Ползуны отводят тепло, поэтому оснащаются трубками с водой. Снизу формируется специальный «карман». В течение процесса ползуны перемещаются вдоль всего шва. После того, как шлак засыпан, останется подать ток через мундштук на электрод.
Электрическая цепь замыкается через электрод на саму привариваемую деталь.
Важнейшим условием сварки является высокая температура в ванне, которая может достигать 1700°C градусов. Значение взято условно, так как важно, чтобы эта температура существенно превышала температуру плавления материала заготовки и металла электрода.
Изначально образуется электрическая дуга, но она сразу гаснет после плавления проволоки-электрода. Далее наблюдается элементарное тепловое действие электрического тока, который пропускается через шлак. Основной процесс сварки можно назвать бездуговым.
Для того, чтобы представить себе схему устройства электрошлаковой сварки, достаточно познакомиться со словесным описанием процесса. В процессе плавления электрода и металла на кромках расплавленная субстанция погружается на дно шлаковой ванны, образуя при этом металлическую ванну.
Из этой ванны при дальнейшей кристаллизации будет формироваться шов. Электрод должен подаваться в направлении «сверху вниз». Благодаря приведенной технологии, образовавшаяся ванна называется принудительной. Ее как раз и применяют при работе с вертикальными швами.
Неотъемлемым этапом этой технологии служит искусственное охлаждение металлической ванны.
Теперь рассмотрим, какую роль в процессе играет сам шлак, он служит теплоносителем и преобразователем. Электрическая энергия превращается в тепловую и передается участкам свариваемых поверхностей. Одно из требований к составу шлака – высокая степень электропроводности.
Способность шлака проводить электрический ток зависит от состояния вещества. В кристаллическом виде шлак обладает высоким сопротивлением, которое постепенно падает при нагревании и плавлении.
Зависимость сопротивления от температуры обычно не нашла практического применения, поэтому главная задача разработчиков процесса заключается в обеспечении постоянной температуры флюса.
Разные по составу шлаки обладают различной проводимостью. Шлак с примесями титана проводит ток даже в нерасплавленном состоянии. Еще одна составляющая, которая часть применяется, — фтористый кальций. Такие примеси позволяют рационализировать процесс, так как снижают затраты на этапе трансформации дуговой фазы в электрошлаковую.
Типы
Для определения способа классификации следует выделить тот параметр, который будет обладать отличительными свойствами. В случае ведения электрошлаковой сварки (ЭШС) нет однозначности. К примеру, можно разделить процессы по методу формирования ванны. В таком случае сварка делится на два типа: со свободным формированием ванны и с принудительным.
Чаще всего классификация связана с различием электродов, а также с различными способами их погружения.
- Сварка с проволокой. Электрод в виде проволоки постепенно подается в зону шлаковой ванны. По мере расплавления ее необходимо постоянно добавлять. Сам электрод подвижен, он может поступательно перемещаться в горизонтальной плоскости. Кромки свариваемых деталей прогреваются равномерно по всей толщине. Специалисты отмечают сложность процесса, так как он требует достаточного опыта.
- Сварка с пластинами. При неизменном принципе данный вид сварки отличается тем, что электроды выполнены в виде пластин. Их подача в ванну осуществляется в определенные интервалы времени. Количество расплавленного металла должно быть достаточным, чтобы перекрыть зазор, сформировав качественный шов. Сам аппарат имеет более простую конструкцию, так как электроды-пластины не приводятся в движение по горизонтали. Сюда же следует отнести сварку электродами большого диаметра. Сечение такого стержня может быть любым и выбирается, исходя из геометрии заготовки.
- Сварка с плавящимся мундштуком. Если рассмотреть принципиальную схему данного процесса, то она представляет собой комбинацию двух описанных типов сварки. В качестве электрода используется подающаяся проволока. Она фиксируется в зазоре и остается неподвижной на плоскости. Расплавленного металла достаточно, чтобы наполнить металлическую ванну. Подобный тип сварки используют при работе со сложными конструкциями, так как по толщине кромок и по длине шва практически нет ограничений.
Устройства электрошлаковой сварки имеют сложное строение, но каждый функциональный элемент выполнен по стандарту ГОСТ 15164, в котором определены параметры сварки. При работе с деталями, имеющими толстые кромки, применяют устройства ЭШС с колебательными движениями электродов, обеспечивающих равномерное прогревание, либо устройства с пластинами и электродами большого диаметра.
При использовании проволоки можно получать швы толщиной от 20 до 600 мм. Пластинчатая установка позволяет получать более широкие швы, однако длина шва не должна превышать 1,5 м. В некоторых случаях могут быть использованы чугунные электроды.
Используемые флюсы
Как было упомянуто выше, шлак может иметь различный состав, определяющий его физические свойства. Они учитываются при работе с тем или иным материалом. Различают несколько видов флюсов для ЭШС.
- Флюс АН-348А характерен высоким содержанием железа с валентностью, равной 3. Данный шлак применяют при сварке нелегированных сталей.
- Флюс ФЦ-7. По своим характеристикам похож на предыдущий. Нашел применение в процессах, где образуется шлаковая ванна небольшой глубины.
- Флюсы АН-8, ФЦ-21 или АН-22 рассматриваются в одной категории, как низкокремнистые марганцевые смеси. Применяются для сварки углеродистых и среднелегированных сталей, а также сталей перлитного класса.
- АН-9 и АН-25 – безмарганцевые флюсы. Были разработаны еще в довоенное время. Именно они использовались при сварке танковой брони.
- Нержавейку приходится сваривать с использованием флюса АНФ-5.
Особенности
Здесь можно выделить не только отличительные характеристики полученных результатов, но и подчеркнуть все достоинства и недостатки данного вида сварки.
При ведении дуговой сварки выделение газов приводит к такому неприятному последствию, как разбрызгивание металла. В этом плане ЭШС имеет явное преимущество. Шлаковую ванну не нужно закрывать защитными листами.
В процессе сварки шлак дозируется небольшими порциями. В итоге повышается производительность процесса при одновременном снижении энергозатрат.
Если продолжать сравнение, то станет очевидно, что кромки заготовки, которые начинают частично плавиться, находятся на значительном расстоянии от электрода. В дуговой сварке электрод расположен гораздо ближе к поверхности.
Следует отметить и экономию материала. От всей доли наплавленного металла шлак составляет только 5%. Флюс при дуговой сварке расходуется в десятки раз быстрее.
ЭШС незаменима в отрасли тяжелого машиностроения, где часто приходится иметь дело с массивными деталями. За один проход можно соединить две заготовки толщиной до 200 мм. Но этим возможности установки не ограничиваются.
При наличии нескольких электродов толщина может быть существенно выше.
Сам процесс также обладает определенными преимуществами. Сварка не требовательна к колебаниям электрического тока. Нет такой необходимости в его регулировке, как при ведении работ при дуговой сварке. На подготовительном этапе не нужно обрабатывать кромки.
К недостаткам можно отнести ограничение по направлению сварки. ЭШС позволяет формировать только вертикальные швы. В качестве исключения рассматриваются случаи с небольшим отклонением шва от вертикали.
Другим недостатком считается невозможность прерывания процесса. Шов должен быть наложен за один проход. Отрицательные температуры окружающей среды не позволят вести сварку.
Отсутствие обработки кромок компенсируются затратами времени на изготовления кармана и крепление ползунов.
Электрошлаковая сварка: сущность процесса, области применения, оборудование, плюсы и минусы, наплавка металла на детали
Процесс соединения деталей, при котором плавление присадочной проволоки и краев деталей происходит благодаря нагреву расплавленного флюса до высокой температуры, назвали электрошлаковая сварка.
Шлак имеет высокое сопротивление и при прохождении через него тока нагревает все вокруг себя. В результате жидкие металлы соединяются. Шлак всплывает наверх и образует защитную пленку.
Обеспечивает равномерное охлаждение.
Область применения
Сущность процесса и область применения сварки под слоем флюса состоит в соединении деталей больших размеров. Наиболее часто это листы толщиной от 40 мм до 500 мм. Шов накладывается за один проход и практически не имеет ограничения по длине.
Наиболее популярная область применения в тяжелой промышленности для изготовления стендовых плит большой площади, сваривании деталей с разными по толщине элементами. При строительстве трубопроводов повышенной ответственности применяется автоматическое оборудование для соединения труб с предварительной подготовкой и последующей термообработкой и изоляцией.
Разновидности
При соединении 2 деталей, между поверхностями зазора которых имеется зазор, производится сварка. Она разделяется на виды по типу токоподающего элемента, его формы и конструкции. Различают разновидности:
- одноэлектродная,
- многоэлектродная,
- с проволокой,
- пластинами,
- плавящимся мундштуком,
- плоские.
Сварка одной токоподающей проволокой применяется для соединения тонких листов на автоматах и полуавтоматах.
С проволокой
Проволочных электродов может быть от 1 до 3. Они с постоянной скоростью подаются в шлаковую ванну. При соединении стыка большой ширины могут совершать зигзагообразное перемещение перпендикулярно оси шва.
Ток подается непосредственно на саму проволоку и проходит через флюс, нагревая его и расплавляя сам провод-электрод.
С пластинами
С плавящимся мундштуком
Мундштук представляет собой пластину, погруженную в шлак, по каналам внутри которой подается проволока в плавильную ванну. Она движется с постоянной скоростью. В зависимости от ширины шва, отверстий для проволоки может быть 2 или 3.
Технология
Технология электрошлаковой сварки это процесс соединения деталей расплавлением их кромок и присадочной проволоки в сварочной ванне. Основным источником нагрева является жидкий шлак – расплавленный флюс, через который проходит электрический ток. Расплав в ванне имеет высокое электрическое сопротивление и сильно греется.
На свариваемую деталь или обе, подключают минус, к электроду плюс. Ток проходит через расположенный между ними расплавленный шлак с высоким сопротивлением и разогревает плавильную ванну. При этом оплавляются края детали, и полностью расплавляется присадочная проволока, заполняя зазор.
Если под электродом вместо стыка сплошная поверхность, происходит электрошлаковая наплавка. Сущность ее в соединении металлов с разными механическими свойствами или увеличение ее размера.
Какие применяются флюсы
Использование флюсов определяется их электропроводностью и вязкостью в жидком состоянии. Качественное и быстрое сваривание среднеуглеродистых и низколегированных сталей проходит под фторидными флюсами, обладающими высокой электропроводностью. Для работы с малыми токами, например сварка высоколегированных сталей, он не подходит из-за высокой вязкости. Он быстро застывает, мешает продвижению электрода, отжимает ползуны.
Что из себя представляет профессия сварщика?
Цвета побежалости показывают, что прогрев детали вокруг шва не имеет переходных зон.
На отделяемость корки после охлаждения соединения, влияет марганец. Чем меньше его, тем легче удалить шлак. Безмарганцевые низкокремнистые составы применяют для разжигания дуги, их могут засыпать в начале шва. Затем по ходу сварки рекомендуется применение флюсов, образующих хорошее покрытие шва и гарантирующего постепенное остывание:
- низкокремнистые марганцевые,
- высококремнистые марганцевые.
Легированные металлы склонны к образованию трещин при резком остывании. Для них лучше всего использовать высококремнистые марганцевые флюсы, которые обеспечат работу на малых токах и медленное остывание без доступа воздуха.
Подготовка изделия
Кромки стыкуемых деталей не обязательно зачищать. Раскрой металла производится газовым резаком. Допускаются неровности и выступы размером до 3 мм при толщине листа до 200 мм. Отклонение от параллельности кромок сопрягаемых деталей может быть в пределах 4 мм на высоту.
При соединении боковых плоскостей проката, его следует очистить от окалины и ржавчины. Для этого используется обдирочный аппарат или ручная зачистка болгарками с крупнозернистыми кругами.
Литье и поковки в месте соединения должны обрабатываться механическим способом на станках. Если для наращивания глубины ванны применяются медные или стальные пластины, варить можно без обработки.
Перед сваркой деталей разной толщины, кромки выравнивают, сняв под углом часть большей или наращивая полосой металла тонкую.
Осуществление возбуждения ЭШ процесса
При холодном старте стык между свариваемыми деталями заполняется флюсом. В него вставляется мундштук и возбуждается ток. Под флюсом возникает дуга, и он плавится, превращаясь в жидкий шлак с большим электрическим сопротивлением.
Как заправить бытовой газовый баллон пропаном?
Сварочная дуга после расплавления первой порции флюса угасает. Шлак, через который проходит ток, выделяет большое количество тепла и плавит следующую порцию флюса, присадочную проволоку и края свариваемых деталей.
Горячий способ применяется реже. В ванну, образованную медными пластинами по бокам в начале шва, заливают предварительно расплавленный в печи флюс.
Применяемое оборудование и материалы
Для электрошлаковой сварки применяют автоматические и полуавтоматические установки. Они включают в себя:
- сварочный аппарат,
- направляющие для его перемещения,
- бункер для флюса,
- ползуны, принудительно формирующие шов,
- катушку с проволокой и механизм ее подачи,
- источник питания.
Специальные приборы контролируют сварочный процесс и положение ванны. Область плавления и образования шва должна заключаться в пространстве между охлаждающимися медными пластинами.
Преимущества и недостатки
Электрошлаковая сварка имеет свои плюсы и минусы в областях применения. К положительным характеристикам относится:
- относительно малый ток,
- отсутствует разбрызгивание металла,
- возможность наплавки поверхности металлом с другим химическим составом,
- возможность сваривать толстые стыки за один проход,
- отсутствие переходной зоны при нагреве,
- металл шва и детали не смешиваются,
- сварка в несколько проходов осуществляется на одном режиме без удаления шлака,
- нет усадочных раковин,
- простая подготовка кромок.
К недостаткам относится:
- большое выделение вредных веществ при кипении флюса,
- лист тоньше 1,6 мм ЭШС не варят,
- детали для сварки необходимо выкладывать и кантовать,
- трудно варить радиальные стыки.
Электрошлаковая сварка позволяет быстро с небольшими затратами сваривать большие детали. Для соединения электродуговым способом необходима разделка, тщательная зачистка и наложение многослойного шва.
Загрузка…
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.
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.
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.
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.
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.
- Рекомендуемое число проволочных электродов для сварки заготовок определенной толщины выбирают с помощью таблицы.
| Число проволочных электродов | Толщина свариваемых листов | |
| без поперечных колебаний, мм | с поперечными колебаниями, мм | |
| 1 | 40-60 | 60-150 |
| 2 | 60-100 | 100-300 |
| 3 | 100-150 | 150-500 |
Особенности применения электрошлаковой сварки
Электродная сварка, получившая широкое распространение благодаря своей относительной простоте, не всегда способна обеспечить стабильное качество структуры сварного шва.
Между тем, при изготовлении некоторых видов продукции именно эта характеристика имеет важное значение.
Для того чтобы устранить существующий технологический недостаток, была разработана методика электрошлаковой сварки. Сокращённо её называют ЭШС.
Зри в корень
Сущность процесса заключается в том, что в подготовленный зазор между соединяемыми деталями помещают специальный химический состав – сварочный флюс, на который воздействуют с помощью электрической дуги.
В результате нагрева флюс расплавляется, превращаясь в шлак, который защищает зону обработки от воздействия атмосферного воздуха. При использовании этой технологии расплавленный металл остывает медленно, что создаёт благоприятные условия для формирования качественной структуры соединительного шва.
Понять, что такое электрошлаковая сварка, посмотрев видео, довольно сложно. Ведь в этом случае зрители получают представление лишь о внешней стороне процесса.
Понятие процесса
Сущность процесса электрошлаковой сварки (ЭШС) состоит в том, что в зазор между торцами соединяемых деталей помещают шлаковую массу, которую расплавляют путем включения электрической дуги между электродом и самой деталью.
В расплавленную массу шлака подается присадочный металл, который, в свою очередь, начинает плавиться вместе с металлом по краям соединяемых деталей.
Проволока и прутки для сварки нержавеющей стали
Жидкий металл тяжелее жидкого шлака, поэтому он опускается вниз, вытесняя шлаковую массу. В нижней части зазора он застывает, а расплавленная масса поднимается вверх — так заваривается вертикальный шов.
В отличие от более традиционных видов электросварки здесь первоначальному нагреву и расплавлению электрической дугой подвергается именно шлак, а не присадочный и основной металл. Температура плавления шлака должна быть существенно выше температуры плавления металла.
После того, как шлак расплавляется, он шунтирует (гасит) электрическую дугу, но подача тока не прекращается. Прохождение тока через шлаковую массу с оптимально подобранными параметрами тепло- и электропроводности вызывает стабильный и равномерный прогрев ее до высоких температур.
Отличить шлак от металла очень легко по его цвету и консистенции. В конце процесса сварки он легко отделяется от монолитного соединения.
Во избежание вытекания расплава на зазоры ставят защитное ограждение — ползуны, постоянно охлаждаемые водой. Во время электрошлакового сварочного процесса они медленно поднимаются вверх.
Общие принципы
Понять сущность электрошлаковой сварки проще, если рассмотреть этот процесс в упрощённом виде. Всё происходит следующим образом:
- Соединяемые детали устанавливают с некоторым зазором, величина которого варьируется в зависимости от размеров изделия, химического состава материала и параметров сварочного тока. В этот зазор помещают химическое вещество, именуемое флюсом, к которому подводят электрод.
- Подаваемый на электрод ток проходит через флюс, состав которого может быть различен. В результате нагрева образуется так называемая шлаковая ванна, внутри которой и поддерживается необходимая для расплавления металла температура. Более лёгкий, чем металл, шлак всегда находится сверху, блокируя поступление атмосферного воздуха к зоне формирования шва и увеличивая время остывания расплавленного металла.
- Чтобы удержать расплавленные материалы от вытекания, зону обработки ограждают охлаждаемыми водой подвижными ползунами, изготовленными из меди. В некоторых случаях допускается использование остающихся на уже готовой детали ограждающих пластин.
Сущность электрошлаковой сварки
Методика электрошлаковой сварки основана на применении тепла, которое вырабатывается в процессе расплава материала. Получаемая термическая энергия и выступает тем самым фактором, который обеспечивает сварочную операцию. В качестве материала, который подвергается расплавке, применяют шлаковую основу.
Возбудителем процесса расплава является электрический ток, поэтому в организации процесса используется специальный генератор. К особенностям процесса можно отнести тот факт, что сварка электрошлаковая может выполняться только в условиях вертикального размещения заготовок.
Под действием вырабатываемого тепла жидкий металл, который образуется в ходе оплавления электродных проволок и свариваемых элементов, заполняет собой пространство между деталями. Чтобы удержать жидкую ванну шлака и металла от излишнего перетекания, с разных сторон рабочей ванны устанавливаются охлаждаемые водой ползуны.
По мере заварки шва они поднимаются и не дают рабочей массе вытекать.
Особый подход
Оборудование для электрошлаковой сварки имеет свои особенности. В частности, для удобства выполнения работ принято использовать не цилиндрические, а плоские или ленточные электроды. Для оптимизации рабочего процесса и достижения заданных характеристик сварного шва используются флюсы различного состава.
- АН-348А. Отличающийся повышенным содержанием трёхвалентного железа, он относится к высококремнистым марганцевым составам и хорошо подходит для соединения нелегированных или низколегированных сталей.
- ФЦ-7. Близкий по характеристикам и условиям применения с АН-348А он обеспечивает лучшую стабильность процесса в шлаковых ваннах малой глубины.
- Флюсы АН-8, ФЦ-21, АН-22 относятся к группе низкокремнистых марганцевых смесей. Для теплоустойчивых сталей перлитного класса лучше подходит ФЦ-21, для углеродистых и низколегированных – АН-8, а для среднелегированных – АН-22.
- Для сварки легированных сталей хорошо подходят низкокремнистые безмарганцевые составы, имеющие маркировку АН-9 и АН-25, пришедшие на смену разработанному ещё перед началом Второй мировой войны флюсу АН-2. Именно благодаря последнему крепко соединялись листы брони отечественных танков.
- Также стоит упомянуть составы, относящиеся к группе фторидных. С помощью АНФ-5 изготавливают детали из нержавеющей стали, а использование АНФ-14 оправданно в том случае, когда идёт речь о сварке или наплавке чугуна.
Разумеется, это далеко не полный перечень флюсов, а лишь отдельные примеры, иллюстрирующие, каким образом химический состав используемых для создания шлаковой ванны веществ может влиять на параметры процесса электрошлаковой сварки.
Применяемое оборудование и материалы
Обычно оборудование для ЭШС продаётся в комплекте: сварочный аппарат плюс вспомогательные приборы. Этот набор носит название установки для электрошлаковой сварки. Это удобно, так как не нужно будет выяснять сочетаемость этих элементов между собой.
Выбрать флюс сложнее. Прежде всего, он должен быть плавленым. Для разных сталей и сплавов подходят разные марки.
Например, электрошлаковая сварка высокоуглеродистой стали или сталей с высоким содержанием никеля и хрома пройдёт лучше с флюсами АН-8, АН-22 и так далее.
Обратите внимание на АН-47, он дороже, чем универсальные флюсы, но после него остаются аккуратные швы при неизменном процессе сварки.
Жаропрочные, окалиностойкие и коррозионностойкие стали хорошо сочетаются с флюсом марок АНФ-1,7 и 48-ОФ-6. Сталь с легирующими примесями варится при помощи АН-9. Для создания чугунных конструкций возьмите в качестве флюса АНФ-14 или АН-75.
Если у вас есть свои предпочтения насчет материала, это не критично. Но важно знать, соответствует ли ваш флюс правилам материала для ЭШС.
Бура бурой, а ковка по расписанию
Его текстура и свойства не должны меняться при увеличении силы тока или напряжения, чтобы процесс электрошлаковой сварки не срывался.
Флюс должен иметь высокую теплопроводность, чтобы плавить края элементов и создавать прочное соединение без трещин и пор.
Также смотрите, чтобы флюс не был слишком жидким, не стекал в промежуток. Шлак, который образуется при нагревании флюса, должен легко очищаться с готового изделия.
Перед тем как начать, прокалите материал грелкой или в плавильной печи при температуре 400-600 градусов. Не стоит делать это больше двух часов, а, перед тем, как выбрать температуру, ознакомьтесь с инструкцией к флюсу.
Достоинства
У электрошлаковой сварки есть ряд несомненных достоинств, которыми нельзя пренебрегать при организации производственных процессов.
- Возможность обеспечения стабильной и качественной структуры шва при соединении деталей, имеющих значительную массу и толщину.
- Нет нужды в предварительном снятии фасок на кромках и последующей обработке готового изделия для удаления шлака.
- В случае одновременного использования нескольких электродов появляется возможность наложения сварочного шва по всей длине за один проход, что существенно сокращает сроки работ и ускоряет производство.
Недостатки
Более широкому распространению технологии мешают её недостатки, а точнее – специфические особенности процесса.
- Таким способом удаётся сваривать только вертикальные швы, что допустимо только при изготовлении деталей относительно простой формы.
- Для создания необходимых условий плавления флюса и поддержания температуры шлака на заданном уровне требуется специальное оборудование.
- Метод не применим, если толщина листов соединяемого металла менее 16 мм. На самом деле, даже в этом случае экономическая эффективность электрошлаковой сварки остаётся под вопросом. Действительно оправданной она становится при работе с металлом толщиной 40 мм и более, а наивысшей эффективности достигает, когда этот показатель превышает 100 мм.
Важно знать!
Собираясь использовать эту технологию, нужно сначала здраво оценить все её достоинства и недостатки. Обязательно следует учесть ряд важных моментов.
- Поверхность металла в месте соединения необходимо тщательно очищать от грязи и окислений. В противном случае процесс плавления внутри шлаковой ванны будет протекать нестабильно.
- Для обеспечения наилучшего качества сварного соединения температура металла должна быть максимально приближена к температуре плавления.
- Появление дугового разряда в глубине шлаковой ванны или между её свободной поверхностью и электродом является распространённой причиной дефектов шва. Именно поэтому следует уделять особое внимание регулированию дуги.
Новые возможности
Нетрудно догадаться, что требующая наличия квалифицированного персонала, использования специального оборудования и имеющая ряд жёстких технологических ограничений, электрошлаковая сварка не может быть осуществлена в домашних условиях. Тем не менее, многие предприятия активно и вполне успешно применяют эту методику. Причин этому несколько.
- При правильной организации процесса структура соединительного шва максимально приближается к структуре соединяемого материала, благодаря чему обеспечивается высокая прочность готовых изделий.
- Эта прочность настолько велика, что во многих случаях технология электрошлаковой сварки позволяет отказаться от использования сложного оборудования, необходимого для отливки и ковки заготовок, а также их последующей обработки.
- По сравнению с другими способами сварки существенно снижается расход материалов. Это важно, поскольку именно стоимость материалов составляет значительную часть стоимости конечного продукта.
Технологический процесс
Начинается сварочный процесс с возбуждения дуги, которая будет образовываться между деталями и электродными проволоками. Тепловая энергия дуги расплавляет флюс, после чего и создается та самая шлаковая ванночка, уровень которой будет подниматься.
Благодаря свойству электропроводности, плавленый флюс начинает шунтировать дугу, останавливая ее горение. При этом расплавление и нагрев флюса продолжаются за счет теплового воздействия, источником которого выступит ток, подаваемый к жидкому шлаку.
То есть технология электрошлаковой сварки основывается на передаче тепла от шлака, который не только выделяет энергию под действием тока, но и может напрямую передавать ее рабочим деталям.
Электрод и целевой металл связываются между собой именно посредством шлаковой ванны. Далее формируется и металлическая ванна. Для этого могут потребоваться разные промежутки времени, в зависимости от характеристик материала.
Главное заключается в том, что металлическая жидкая основа лежит по уровню ниже шлаковой ванны, но также требует подключения формовочных ползунков, сдерживающих вытекание. Для этого используют медные ползунки, охлаждаемые водой.
Загрузка...
