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.
Содержание
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.
[stextbox id=’warning’]Плоские электроды применяются для наплавки металла на поверхность детали. Ток подающая грань у них плоская, широкая, расположены в шлаковой ванне параллельно плоскости детали. Плоский электрод за один проход закрывает наплавляемым металлом широкую полосу детали.[/stextbox]
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
Широкие пластины по размеру зазора применяют для сварки больших деталей. Присадочная проволока подается сбоку или прокладывается по дну шва. Электрод опускается в ванну и перемешается вдоль шва, погруженный в флюс.
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.
[stextbox id=’warning’]Мундштук может быть широким только в нижней части и иметь любую форму. Проволока подается по стержню, установленному на основании плавящегося мундштука перпендикулярно. Внешне деталь представляет собой перевернутую букву Т с одной или несколькими ножками. Скорость сварки при этом не уменьшается.[/stextbox]
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.
[stextbox id=’info’]Стабильность процесса электросварки зависит от глубины шлаковой ванны и правильно подобранного размера зазора между деталями. При малой ширине ванны процесс плавления флюса нарушается, образуются вспышки дуги.[/stextbox]
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.
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.
[stextbox id=’info’]Начальник ОТК завода СВЭЛ, член аттестационной комиссии сварщиков Братищев А.И.: «При ЭШС следует применять флюсы, изготовленные по ГОСТ 9087-81. Перед работой их следует просушить в печах при температуре 110⁰ – 120⁰C, выдержав не менее 2 часов на 100 мм минимального сечения упаковки, в которой он находится. В противном случае оставшаяся в шлаке влага увеличит электропроводность флюса, уменьшит его нагрев, образует поры в материале шва».[/stextbox]
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.
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.
При случайной остановке сварки, шов получится с большим количеством дефектов. Его нельзя доваривать. Необходимо полностью выбрать уже положенный металл и проварить все сначала.
Электрошлаковая сварка позволяет быстро с небольшими затратами сваривать большие детали. Для соединения электродуговым способом необходима разделка, тщательная зачистка и наложение многослойного шва.
