Termokings.ru

Домашний Мастер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Особенности применения электрошлаковой сварки

Особенности применения электрошлаковой сварки

Способ сварки плавлением, характеризующийся нагреванием металла с помощью теплоты от прохождения электротока через расплавленный электропроводящий шлак, называется электрошлаковой сваркой. В данном процессе электрическая мощность практически полностью передается в ванну со шлаком, а от нее уже – к электроду, затем – к основному металлу. Причем расплав флюса одновременно является как средством влияния не металлургический процесс, происходящий в расплаве металла, так и его защитой от неблагоприятного воздействия атмосферной среды. Благодаря меньшей плотности, чем у металла, слой расплавленного шлака, образующийся на поверхности ванны, препятствуя попаданию в нее окружающего воздуха, также очищает капли металла электрода от нежелательных примесей.

ГОСТы

Требования, технические условия, типы соединений и другая информация, относящаяся к электрошлаковой сварке, содержится в ГОСТах, обязательных для выполнения. Некоторые стандарты:

  1. Процессы сварки: ГОСТ 30482-97 – правила технологического процесса проведения работ проволочным электродом или плавящимся мундштуком низколегированных и углеродистых сталей.
  2. Сварочные материалы: ГОСТ 9087-81, ГОСТ 30756-2001 – технические условия на флюсы сварочные плавленые для электрошлаковой сварки и технологий.
  3. Сварные соединения: ГОСТ 15164-78 – типы, элементы, размеры.

Возбуждение электрошлакового процесса

Возбуждение элсктрошлакового процесса заключается в расплавлении флюса и нагреве образовавшейся шлаковой ванны до рабочей температуры.

В производстве находят применение следующие способы наведения шлаковой ванны: «твердый старт», когда сварочный флюс вначале плавится теплом электрической дуги во входной планке, а затем шунтируется подсыпаемым и расплавляющимся флюсом, и «жидкий старт», когда в пространство, образуемое свариваемыми деталями и формирующими водоохлаждаемыми устройствами, заливают жидкий флюс, который предварительно расплавляют в отдельной печи.

При «твердом старте», желательно принимать более высокое сварочное напряжение (в процессе горения дуги), чем при стабильном электрошлаковом процессе. Для более легкого возбуждения дуги на дно входной планки засыпают металлический порошок, стружку, термитные смеси или устанавливают металлические вставки.

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.
Читать еще:  Аргонная сварка литых автомобильных дисков

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.

Какие применяют флюсы

Флюсы и шлаки для электрошлаковой сварки это одно и тоже. Данная субстанция является ведущей, и она должна соответствовать определённым условиям:

  • обеспечение старта реакции в максимально короткий промежуток времени и с любым напряжением;
  • проплавление кромок на высоком уровне;
  • высокие атрибуты и прочность готового шва;
  • простота очистки излишков по завершению действий.

Также для каждой процедуры требуется выбирать свою разновидность вещества. Например, для низколегированных или углеродистых типов железа предназначен АН-8. Режимы его прокалки составляют 400-500 °С. В химический состав гранул входят оксиды кремния, марганца, кальция, магния, алюминия. В наплавленном металле будет содержаться 0,12% фосфора и 0,1% серы.

Для высоколегированных предназначен АН-22. Эта материя похожа на стекловидное строение жёлтого цвета. Что касается режима прокалки, то он должен доходить 650-800 °С.

Флюс для электрошлаковой сварки

При обработке нержавейки используются флюсы АН-45 и его аналоги. Однако при расплавлении данного вещества наблюдается большое выделение фтористых газов, что является главным недостатком. Технологические свойства имеют следующий характер:

  1. Хорошее образование шва с плавным переходом к основе изделия.
  2. Низкая склонность к образованию сколов и трещин.
  3. Размер зёрен может быть 0,25-3,0 мм.
  4. Удовлетворительная определимость шлаковой корки.

Встречаются и менее популярные разновидности. Например, АН-9, АНФ-1, АНФ-7. Каждый из компонентов отличается химическим составом, температурой плавления и внешним видом, которые должны ещё и соответствовать ГОСТу.

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.

Читать еще:  Что выбрать: сварочный трансформатор или сварочный инвертор

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.

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.
Читать еще:  TIG сварка: что это такое, особенности и преимущества

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.

Сущность процесса и область применения

Что же такое электрошлаковая сварка? Нагрев металла в шлаковой массе, разогреваемой электрической дугой переменного тока. Она возникает между электродом и деталью. Другого не дано. Шлаковая ванна выполняет роль защитной атмосферы. С обеих сторон от расползания он сдерживается двумя параллельно расположенными бегунами. Они ограничивают площадь разогрева деталей. Электрод или присадочную проволоку опускают во флюс. При прохождении тока он плавится, образуя с металлом ванну расплава.

В сущности, электрошлаковая сварка – это бездуговая вертикальная сварка, в процессе задействован температурный потенциал разогреваемого током шлака. Он остается в зоне шва благодаря ползунам. Фокус заключается в том, что вертикальным способом можно за один проход проварить толстый слой сплава.

В процессе разогрева жидкий металл за счет большой плотности оседает вниз, заполняя зазор, а легкие шлаковые образования всплывают, захватывая с собой пузырьки воздуха из расплава. Ванна расплава четко разграничена на две фракции: металл/неметалл благодаря высоте сварочной зоны.

Область использования метода ЭШС ограничена:

  • не применяется для тонкостенных элементов, они под шлаком расплавятся полностью;
  • не образует разнонаправленных швов;
  • размер деталей не должен выходить за рамки возможностей установки ползунов.

Метод удобен для сварки массивных элементов из различных стальных сплавов от чугуна до высоколегированных.

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.

  • Сварочные работы выполняются лишь в вертикальной плоскости или с минимальным уклоном.
  • Не допускается остановка сварочного процесса, в противном случае не исключаются дефекты, требующие обязательного устранения. Обычно подобные соединения приходится разрывать и сваривать повторно.
  • Сварной шов, зона термического воздействия обладают крупнозернистой структурой.
  • Перед началом выполнения работ нужно подготовить технологические элементы (изготовить, установить): стартовый карман, планку, формирующие компоненты.

Несмотря на эти недостатки, все разновидности электрошлаковой сварки являются достаточно востребованными.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×