Технологические процессы сварки плавлением с использованием не дуговых источников нагрева.

1 – детали

2 – водоохлаждаемые ползуны

3 – сварочный шов

4 – металлическая ванна

5 – шлаковая ванна

6 – электрод

7 входной карман

8 – выводные планки

Рис.. Электрошлаковая сварка:

а — сборка под сварку, б — схема процесса сварки

Рис. Электрошлаковая сварка:

1 — начальная скоба для возбуждения про­цесса сварки, 2—металлическая (сварочная) ванна, 3 — токоподводящий мундштук, 4— подающие ролики, 5 — электродная проволо­ка, 6 — шлаковая ванна, 7 — медные форму­ющие ползуны, 8 — сварной шов, 9 — сбороч­ная скоба, 10 — свариваемые детали.

Сущность: ЭШС – сварка плавлением, при которой используется теплота, выделяющаяся при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак. Расплавленный шлак удерживается в колодце, который образован кромками детали и специальными формирующими водоохлаждаемыми устройствами – ползунами. За счет разности плотности электродный металл опускается на дно сварочной ванны, образуя металлическую ванну. Капли электродного металла, проходя через расплавленный шлак улучшают химический состав. Расплавленный шлак, находясь в верхней части ванны исключает воздействие окружающей среды. Электродная проволока вводится прямо в шлаковую ванну и там плавится, дуговой разряд отсутствует. По мере повышения уровня металлической ванны за счет расплавленного электродного металла, повышается уровень и шлаковой ванны. Поднимаются водоохлаждаемые ползуны на специальной подвеске и подающий механизм электрода. В нижней части металлической ванны жидкий металл охлаждается, за счет теплоотвода в основном металле и водоохлаждаемые ползуны, и кристаллизуется. Процесс начинается во входном кармане, а заканчивается на выводных планках, которые затем срезаются, так как в начале и конце шва могут быть дефекты.

Особенности процесса ЭШС.

1. Отсутствие дугового разряда, что исключает разбрызгивание металла и шлака.

2. Подготовка кромок достаточно проста, требует скоса, что сокращает отходы.

3. За один проход можно сварить металл любой толщины (сегодня 2 метра).

4. Мало расходуется флюс, благодаря чему больше теплоты идет на плавление металла, что сокращает расход электроэнергии.

5. Свариваемый металл прогревается равномерно по всей толщине, поэтому не происходит угловой деформации.

6. Производительность сварки повышается с увеличением толщины металла.

7. Температура расплава 2 – 2,5 тыс. С, что превращает температуру плавления жидкого металла и способствует получению качественного сплавления.

8. вертикальное положение шва наличие в верхней части шлаковой ванны способствует полному удалению газа и неметаллических включений. Именно эта способность послужила основой для разработки нового способа получения особо чистого металла – электрошлакового переплава.

Применение.

Основной областью применения ЭШС является тяжелое машиностроение, где с помощью ЭШС изготавливаются барабаны паровых котлов высокого давления, кожухи доменных печей, станины больших станков, валы гидротурбин и так далее.

Классификация способов:

Способы ЭШС обычно классифицируются от количества и вида электродов. Бывают:

• одноэлектродные (проволочные),

• трех электродные (трех фазовый ток),

• многоэлектродные (кратны трем),

• пластинчатые (для коротких швов),

• плавящиеся мундштуки.

Основные соединения и швы.

Регламентируются ГОСТ 15164-78. Предусматривается три типа соединений: стыковые, угловые, тавровые, начиная с толщины 16 мм. По стандарту обозначается:

ШЭ – электрошлаковая

ШМ – с мундштук

ШП – сварка пластинчатым электродом.

Подготовка кромок, сборка.

При ЭШС торцы свариваемых деталей как правило, обрабатываются под углом 90, способ зависит от толщины и химического состава металла.

До 200мм для низкоуглеродистой – газокислородная резка. Для больших толщин и легированных сталей применяют механическую обработку.

Сборка осуществляется по следующей схеме:

Рис.. Сборка соединяемых частей под сварку (размеры указаны в мм):

1 — свариваемые детали, 2 — входной карман, 3 — выход­ные планки

Существует расчетный и сборочный зазор. Практика показала, что для надежной компенсации деформации соединяемых частей и сохранения в процессе сварки заданного зазора – сварку осуществляют с клиновым зазором:

=(b_В-b_Н/h)=1 – 2

25мм на 1м длины шва.

Для фиксации соединяемых частей применяют скобы, их приваривают вдоль стыка с одной стороны на расстоянии 500 – 800мм с таким расчетом, чтобы под скобами прошел ползун.

Параметры режима ЭШС и их влияние на форму шва.

1. Ширина зазора (зависит от толщины).

S, [мм]	16 – 30	30 – 80	80 – 500	500 – 1000	1000–2000
Bрасч	18	22	26	30	30
Bсб	19 – 20	24 – 25	28 – 32	36 – 40	40 – 42

При уменьшении сборочного зазора объем шлаковой ванны уменьшается, уменьшается температура разогрева металла, уменьшается глубина проплавления торцевых кромок, ухудшается форма ванны и возникает вероятность появления осевых трещин.

2. Диаметр электрода. Стандартные 2,5 – 3 мм.

3. Количество электродов. Зависит S деталей.

при S<50, n=1, Vк=0

S150, n=0, Vк0

S=100300, n=23, Vк=0

S=150450, n=3, Vк0

Если количество электродов больше 2, то рассчитывается расстояние между электродами для получения более равномерного провара:

d_n-n=(S+₁-2₂)/n

S – толщина,

₁=18

₂=45 при g_п=2,5;

₂=0 при g_п=810.

4. Напряжение шлаковой ванны выбирают в зависимости от толщины металла по графику:

Рис. 6. Зависимость скорости сварки (1) и напряжения (2) от толщины соединяемого металла

1 – зависимость скорости сварки от толщины металла

2 – зависимость U от S

При увеличении U на шлаковой ванне увеличивается теплота, увеличивается глубина проплавления торцов, уменьшается возможность появления осевых трещин, улучшается форма. При чрезмерном возрастании U – кипение шлаковой ванны, возможность появления дугового разряда.

При уменьшении U – могут возникнуть непровары, даже замыкания.

5. Сила сварочного тока.

I_св=А+В^.S/n_э;

А=220280

В=3,24

I_св=2,2V_пп+90

V_пп – скорость подачи электродной проволоки.

При увеличении Iсв, увеличивается глубина проплавления торцов, возрастает подача электродов, возрастает скорость сварки.

6. Скорость подачи электродов.

V_пэ=Iсв(1,62,2)

V_пэ=Uсв^.F_н / F_dэ

F_н=S^.b [см²]

b – расчетная

7. Скорость сварки (по графику) или по формуле:

=7,85 г/см²

k_у=1,051,1

8. Глубина шлаковой ванны: 40 – 50мм. При увеличении глубины шлаковой ванны уменьшается глубина проплавления торцов, стабильность процесса увеличивается. При чрезмерном увеличении глубины шва могут возникнуть непровары.

9. Род тока – переменный трехфазный.

10. Сухой вылет электрода – расстояние от места токоподвода до шлаковой ванны. lc=6080.

При увеличении lc, увеличивается скорость плавления, увеличивается скорость подачи проволоки, увеличивается скорость сварки, но изменяется мундштук.

11. Скорость колебания электродов (Vкэ40 м/ч). зависит от скорости подачи проволоки. При увеличении Vкэ глубина проплавления торцов уменьшается и наоборот. Для равномерного распределения металла электроды должны задерживаться у края ванны, время задержки электрода t_п=45с.

12. Флюс – расходуется очень мало, поэтому шов легировать с помощью флюса нельзя.

Оборудование для электрической сварки плавления.

Сварочные автоматы.

Сварочная установка – это комплекс технологически связанного между собой оборудования для выполнения механизированной дуговой сварки, в которой входит источник питания. Сварочный аппарат, механическое оборудование и приспособление, обеспечивающие точность сварки и качество шва.

Сварочный аппарат – комплекс механизмов и приборов, необходимых для автоматизации и механизации приемов и операций при выполнении сварочного соединения.