10.3. Электрошлаковая сварка

Способ предназначен для сварки особо толстостенных (до 2000 мм) массивных заготовок массой до 100 т. При этом основной и электродный металл расплавляют за счет тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через электропроводную (с большим электросопротивлением) шлаковую ванну (рис. 10.4). Сварка заготовок производится только в вертикальном положении (иногда под небольшим наклоном) без разделки кромок. Перед сваркой заготовки раздвигают на расстояние 20–50 мм, а боковые торцы закрывают водоохлаждаемыми медными плитами – кристаллизаторами. По мере затвердевания ванны жидкого металла кристаллизаторы двигаются кверху и получили второе название – ползуны. Процесс сврки начинают снизу, вне свариваемых заготовок – в зоне вводных технологических планок. В зазор между заготовками и ползунами засыпают порошкообразный электрошлак. Затем сверху или сбоку с помощью механизма подачи вводят одну или несколько (до 8) сварочных проволок. К вводным планкам и сварочной проволоке подключают электрический ток. (постоянный или переменный). Сила тока – 2000 А.С помощью механизма подачи сварочная проволока автоматически подается в зазор между заготовками, пронизывает электрошлак и касается нижней части вводных планок. В месте контакта возбуждается элетрическая дуга, под действием которой плавится электродная проволока и порошкообразный электрошлак. Образуется ванна жидкого металла, а поверх него – ванна жидкого электропроводного электрошлака.

После накопления определенного количества жидкий шлак касается электродной проволоки, дуга шунтируется и гаснет, а дальше расплавление электродной проволоки и торцев заготовок продолжается за счет выделения тепла в электрошлаке. Температура шлака – до 2000 С. Сварочная проволока подается в зону расплавленного электрошлака автоматически. Для выравнивания температуры и химсостава по всему сечению сварного шва электродная проволока перемещается (возвратно-поступательное движение) параллельно свариваемым торцам заготовок, либо используется (при сварке особо толстых заготовок) много электродных проволок (до 8 шт). Для повышения производительности в качестве электродного материала применяют стальную ленту, либо специальные электродные пластины, либо плавящийся мундштук.

По мере накопления металла в зазоре и его затвердевания ползуны перемещаются кверху. Процесс сварки заготовок производится за один проход. Сварка заканчивается выше верхних торцев свариваемых заготовок – в зоне выходных технологических планок. Входные технологические планки необходимы для исключения непровара в начале сварного шва, выходные технологические планки – для избежания образования усадочной раковины и шлака в врхней части сварного шва. После сварки и охлаждения сварной конструкции вводные и выходные технологические планки удаляют ацетилено-кислородной резкой или механическим способом. Естественно, что планки усложняют и удорожают технологический процесс сварки, но их применение – неизбежно.

Для электрошлаковой сварки используется сварочные аппараты трех типов: рельсовые (перемещаются по вертикальным направляющим вдоль шва), безрельсовые (перемещаются по свариваемому изделию непосредственно), а также шагающие магнитные (перемещаются с помощью электромагнитов). Диаметр сварочной проволоки – 2–3 мм. Свариваемые материалы – сталь углеродистая и легированная, а также сплавы на основе алюминия, магния, титана.

Примеры изделий: сварно-литые и сварно-кованые в тяжелом машиностроении (станины и детали прессов и станков), коленчатые валы судовых двигателей, роторы и валы гидротурбин, котлы высокого давления, цилиндр шагающего экскаватора, станина прокатного стана, баба бесшаботного молота).

Технологический процесс применяется также при наплавочных работах.

Достоинства процесса: возможность сварки особо толстостенных (до 2000 мм) массивынх заготовок; нет необходимости в разделе кромок; высокая производительность (благодаря высоким сварочным токам и применения нескольких электродных проволок); высокое качество сварного шва (направленная кристаллизация сварного шва, непрерывность процесса сварки); неограниченная высота сварного шва.

Недостатки: сварка возможна только в вертикальном положении; необходиомсть в вводных и выходных технологических планках; необходимость в термообработке (отжиг, нормализация) сварных изделий из-за перегрева прилегающих зон (рост зерна, снижение прочности и пластичности).