ОСНОВЫ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка (ЭШС) - сварка плавлением, при ко­торой для нагрева используется теплота, выделяющаяся при прохо­ждении электрического тока через расплавленный шлак.

При ЭШС основным источником тепла служит расплавленный шлак, разогретый сварочным током, проходящим от электрода к заго­товкам. Дуга при сварке отсутствует.

Схема ЭШС приведена на рис. 2.25. Процесс сварки начинается с образования шлаковой ванны 3 в пространстве между кромками за­готовок 7 и медными водоохлажаемыми формирующими устройства­ми (ползунами) 8. Вода для охлаждения ползунов подается через шту­церы 11. Шлаковая ванна образуется за счет расплавления флюса 2 электрической дугой, возбуждаемой между сварочной проволокой 4 и вводной планкой 10. После накопления достаточного количества жид­кого шлака дуга шунтируется шлаком и гаснет, а подача проволоки и подвод тока через мундштук 5 продолжаются. При прохождении тока через расплавленный шлак (электропроводящий электролит), в нем выделяется теплота, достаточная для поддержания высокой темпера­туры шлаковой ванны (~2000°С) и расплавления кромок заготовок и сварочной проволоки. Сварочная проволока необходима для подвода тока и пополнения сварочной ванны 1 расплавленным металлом. Обычно ЭШС выполняют в вертикальном положении свариваемых заготовок. Мундштук и ползуны перемещаются вверх по мере запол­нения зазора между заготовками, оставляя после себя, сварной шов 9.

Металл кромок заготовок расплавляется одновременно по всему пе­риметру шлаковой ванны, что позволяет вести сварку металла боль­шой толщины за один проход, а, следовательно, повышается произво­дительность ЭШС по сравнению с дуговой сваркой.

На начальном и конечном участках сварного шва образуются сварочные дефекты. На начальном участке - непровар кромок. На ко­нечном - усадочная раковина и посторонние включения. Поэтому сварку начинают на вводной планке, а заканчивают - на выходных планках 6. По окончании сварки, планки срезают газовой резкой.

Наибольшее развитие получили три способа ЭШС: сварка про­волочным электродом; сварка плавящимся мундштуком; сварка элек­тродом большого сечения.

При ЭШС проволочным электродом используют от одной до трех проволок диаметром 3.5 мм. Для равномерного разогрева шла­ковой ванны по всей толщине, электроду придают поперечные коле­бания в зазоре между заготовками (сварка заготовок толщиной от 20 до 150 мм). Заготовки толщиной 150. 500 мм сваривают электродом, составленным из нескольких проволок (45 .60 мм толщины заготовки на одну проволоку).

При ЭШС плавящимся мундштуком в зазор между заготовками неподвижно устанавливают специальный мундштук. Мундштук вы­полняет несколько функций: является направляющей для электродной проволоки; подводит к ней электрический ток и расплавляется вместе с проволокой. Этот способ позволяет выполнять все основные виды сварных соединений заготовок толщиной до 2000 мм.

При ЭШС электродом большого сечения, в качестве электродов используют пластины, стержни, трубы (получают шов ограниченной длины) или рулонную металлическую ленту (шов неограниченной длины). Этот способ позволяет сваривать заготовки толщиной от 30 до 1000 мм.

Необходимость установки заготовок вертикально или с неболь­шим наклоном (не более 15. 20о) предопределяет большую высоту сварочного оборудования, до 8.10 м.

По степени механизации, сварочные установки делят на три ти­па:

41. Установки, у которых механизированы или автоматизированы все сборочно-сварочные операции, а так же операции по переналадке установки с одного вида изделия на другое. Цеховые краны исполь­зуются только для установки заготовок и снятия изделия.

42. Установки, у которых автоматизированы только сварочные опе­рации. Установка заготовок, сборка и снятие изделия осуществляется цеховыми кранами.

43. Установки, у которых частично механизированы и автоматизи­рованы сварочные операции. У них собственно сварка занимает 10% от общего цикла производства. Остальное время приходится на вспо­могательные и подготовительные работы.

Установки первого типа сокращают подготовительное время на 30. 35%, однако они имеют большую стоимость. Поэтому наиболь­шее распространение получили установки второго типа.

ЭШС имеет ряд преимуществ по сравнению с автоматической сваркой под флюсом: Повышенная производительность, обусловлен­ная непрерывностью процесса сварки, выполнением сварного шва за один проход при большой толщине заготовок и увеличением свароч­ного тока в 1,5.2 раза. Лучшая макроструктура сварного шва полу­чается в результате отсутствия многослойности и более однородного однослойного шва. Плотная макроструктура металла шва без порис­тости и зональной ликвации получается за счет направления снизу вверх кристаллизации металла с небольшой ее скоростью, соответст­вующей термическому циклу. Снижение затрат на сварку достигается за счет повышения производительности, упрощения процесса подго-

товки кромок заготовок, уменьшения сечения сварного шва, умень­шения расхода сварочной проволоки, флюса и электроэнергии.

К недостаткам ЭШС можно отнести: Большие вертикальные га­бариты установок. Крупнозернистая структура сварного шва и око - лошовной зоны, получаемые вследствие замедленного нагрева и ох­лаждения сварного шва. После сварки необходимо провести отжиг и нормализацию готовой детали для измельчения зерна металла сварно­го соединения.

ЭШС широко применяется в машиностроении для изготовления ковано-сварных или лито-сварных конструкций (станины и детали мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых двигателей, ро­торы и валы гидротурбин.).