10.1. Сущность процесса электрошлаковой сварки. Особенности и способы электрошлаковой сварки
При электрошлаковой сварке процесс начинается как и при дуговой сварке. Сварочную дугу зажигают между электродом и основным металлом в начале будущего шва, засыпанного флюсом. После образования шлаковой ванны глубиной 25…35мм и более дуга гаснет – дуговой процесс переходит в электрошлаковый (рис. 10.1), бездуговой. При этом процесс плавления основного и электродного металла происходит за счет тепла, выделяемого расплавленным шлаком при прохождении через него электрического тока, в соответствии с законом Джоуля-Ленца.
Рис. 10.1. Принципиальная схема электрошлаковой сварки:
1 – свариваемые детали; 2 – медные формирующие ползуны; 3 – сварной шов; 4 – ванна жидкого металла; 5 – шлаковая ванна; 6 – плавящиеся электроды (один или несколько)
Применяют этот способ при сварке металлов толщиной более 20 мм в вертикальном положении деталей (изделий) с использованием искусственного охлаждения и принудительного формирования шва.
Для предотвращения вытекания жидких металла и шлака из сварочной ванны (плавильного пространства) по обе стороны собранных под сварку деталей (1) располагают медные формирующие ползуны (2), охлаждаемые проточной водой. В образованное ползунами, деталями и уже полученным сварным швом или стартовой деталью (входной планкой – см. рис. 10.3) пространство подаются один или несколько электродов (6), которые при расплавлении вместе с частью деталей основного металла заполняют металлом зазор между кромками деталей. При прохождении электрического тока через слой расплавленного шлака (5) выделившееся тепло нагревает сварочную ванну до температуры Т=25000С и выше. Вследствие отвода тепла свариваемыми деталями и медными охлаждаемыми ползунами металлическая жидкая ванна 4 затвердевает, образуя сварной шов 3 по мере перемещения формирующих ползунов. Формирующие ползуны с системой охлаждения и электродная проволока связаны с ходовой частью электрошлаковой установки, которая перемещается со скоростью сварки υсв. по мере заполнения зазора металлом шва. В конце процесса выполнения шва шлаковая и металлическая ванна выходят на выводные планки.
Входные детали и выводные планки служат для выведения за пределы шва дефектов (непровары, усадочные раковины и трещины, шлаковые включения и рыхлости наплавленного металла). После сварки их удаляют газовыми резаками или механическим способом.
К основным преимуществам электрошлаковой сварки толстого металла по сравнению со сваркой под флюсом относят:
1. Возможность получения за один проход сварных соединений практически любой толщины деталей;
2. Отсутствие необходимости специальной подготовки кромок свариваемых деталей;
3. Уменьшение расхода флюса в десятки раз, в связи с чем большая часть выделяющегося тепла идет на плавление металла, что сокращает расход электроэнергии;
4. Сварочная ванна длительное время находится в жидком состоянии, что способствует хорошему выделению газов из металла и практически отсутствию пор;
5. Равномерное прогревание свариваемого металла по толщине исключает угловые деформации сварных соединений;
6. Отсутствие дугового разряда практически исключает разбрызгивание металла и шлака;
7. Производительность электрошлаковой сварки в 5…15 раз (в зависимости от толщины деталей) выше по сравнению с многослойной автоматической сваркой под флюсом.
К недостаткам электрошлаковой сварки относят:
1. Сварка возможна в вертикальном или близком к нему положении свариваемых деталей;
2. Необходимость изготовления и установки перед сваркой технологических деталей (входных и выводных планок, формирующих устройств, соединительных скоб и др.);
3. Получающаяся крупнозернистость металла шва и зоны термического влияния и связанная с этим низкая ударная вязкость металла сварных соединений при низких температурах требует термической обработки после сварки.
Электрошлаковой сваркой можно выполнять прямолинейные, криволинейные и кольцевые швы.
В строительной индустрии электрошлаковая сварка применяется для изготовления толстостенных кожухов доменных печей, воздухонагревателей и других толстостенных конструкций и узлов.
В машиностроении она используется при изготовлении барабанов паровых котлов высокого давления, станин мощных прессов, валов крупных турбин, гребных валов судов и других сварнолитых и сварнокованых конструкций.