ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА

Этот способ широко используют в промышленности для соедине­ния металлов повышенной толщины: стали и чугуна различного состава, меди, алюминия, титана и их сплавов. К преимуществам способа относится возможность сварки за один проход металла практически любой толщины, что не требует удаления шлака и соответствующей настройки сварочной установки перед сваркой последующего прохода, как при других способах сварки. При этом сварку выполняют без снятия фасок на кромках. Для сварки можно использовать один или несколько проволочных электро­дов или электродов другого увеличенного сечения. В результате этого достигается высокая производительность и экономичность процесса, повышающиеся с ростом толщины свариваемого металла.

К недостаткам способа следует отнести то, что електрошла­ковая сварка технически возможна при толщине металла более 16 мм и за редкими исключениями экономически выгодна при сварке металла толщиной более 40 мм. Способ позволяет свари­вать только вертикальные швы. При сварке некоторых металлов образование в металле шва и околошовной зоны неблагоприятных структур требует последующей термообработки для получения необходимых свойств сварного соединения.

Сущность способа. Известно, что расплавленные флюсы об­разуют шлаки, которые являются проводниками электрического тока. При этом в объеме расплавленного шлака при протекании сварочного тока выделяется теплота. Этот принцип и лежит в основе электрошлаковой сварки (рис. 55). Электрод 1 и основ­ной металл 2 связаны электрически через расплавленный шлак 3

(шлаковая ванна). Выде­ляющаяся в шлаковой н. шпе теплота перегревает его выше температуры 2-

плавления осиовного и электродного металлов.

И результате металл элек - 4

трода и кромки основного у

металла оплавляются и ввиду большей плотности металла, чем шлака, сте­кают на дно расплава, образуя ванну расплав­ленного металла 4 (метал - рИс. 55. Схема процесса электрошлаковой

лическую ванну). сварки

Электродный металл в виде отдельных капель, проходя через жидкий шлак, взаимодействует с ним, изменяя при этом свой состав. Шлаковая ванна, находясь над поверхностью расплавленного металла, препятствует его взаимодействию с воздухом. При правильно подобранной скорости подачи электрода зазор между торцом электрода и поверхностью металлической ванны остается постоянным.

Свариваемый металл, шлаковая и металлическая ванны удср - зкиваются от вытекания обычно специальными формирующими устройствами — подвизкными или неподвижными медными ползу­нами 5, охлаждаемыми водой 6, или остающимися пластинами. Верхняя кромка ползуна располагается несколько выше зеркала шлаковой ванны. Кристаллизующийся в нижней части метал­лической ванны расплавленный металл образует шов 7. Шлаковая ванна, находясь над поверхностью металлической ванны, сопри­касаясь с охлаждаемыми ползунами, образует на них топкую шлаковую корку, исключая тем самым непосредственный контакт расплавленного металла с поверхностью охлаждаемого ползуна и предупреждая образование в металле шва кристаллизационных трещин.

Расход флюса при этом способе сварки невелик и обычно не превышает 5% массы наплавленного металла. Ввиду малого коли­чества шлака легирование наплавленного металла происходит в основном за счет электродной проволоки. Доля основного металла в шве может быть снижена до 10—20%. Вертикальное положение металлической ванны, повышенная температура ее верхней части и значительное время пребывания металла в рас­плавленном состоянии способствуют улучшению условий удале­ния газов и неметаллических включений из металла шва. По сравнению со сварочной дугой шлаковая ванна — менее концент­рированный источник теплоты. Поэтому термический цикл элек­трошлаковой сварки характеризуется медленным нагревом и ох­лаждением основного металла. Отклонение положения оси свари­
ваемого шва от вертикали возможно не более чем на 15е в плос­кости листов и на 30—45° от горизонтали.

Так как выделение теплоты в шлаковой ванне происходит главным образом в области электрода, максимальная толщина основного металла, свариваемого с использованием одной элек­тродной проволоки, обычно ограничена 60 мм. При сварке метал­ла большей толщины электроду в зазоре между кромками сооб­щают возвратно-поступательное движение (до 150 мм) или исполь­зуют несколько неподвижных или перемещающихся (рис. 56) электродов. В этом случае появляется возможность сварки ме­талла сколь угодно большой толщины.

Техника сварки. Электрошлаковый процесс устойчиво про­текает при плотностях тока около 0,1 А/мм2 (при дуговой сварке порядка 20—30 А/мм2). Поэтому возможна замена проволочных электродов на пластинчатые (рис. 57) или ленточныо электроды. Однако, если невозможно использование механизма подачи плас­тинчатых электродов (недостаток места над изделием и др.) и при сварке изделий сложного сечения (пластинчатый электрод дол­жен быть неподвижен) для компенсации недостатка металла для заполнения пространства между электродами и электродами и кромками основного металла используют способ сварки пла­вящимся мундштуком. В этом случае пластинчатый электрод по форме может повторять форму свариваемых кромок и быть сос­тавным (рис. 58).

Токоподвод к электродной проволоке осуществляется через скользящий контакт с пластинчатым расплавляющимся электро­дом (мундштуком). Один из приемов наплавки плоских поверх­ностей показан на рис. 59, а. При контактно-шлаковой сварке (рис. 59, б) стержней различного поперечного сечения после обра-

Глс. 5(5. Схемы процесса многоэлектрод­ной плектрошлаковой сварки:

а — тремя электродами (стрелками указано воз­можное возвратно-иоступательпое движение элек­тродов); С — десятью неподвижными электродами

•чования металлической ванны требуемого объема происходят выключение сварочного тока и осадка верхнего стержня. Этим способом можпо приваривать стержни к плоской поверх­ности.

Устойчивость электрошлакового процесса, форма шва и глу­бина проплавлення основного металла зависят от параметров режима сварки. К основным параметрам относятся: скорость сварки нгп, сварочный ток /св, скорость подачи электродов кп п, напряжение сварки UCB, толщина металла, приходящаяся на один электрод, расстояние между электродами z. Вспомогатель­ные составляющие режима: зазор между кромками Ьр, состав флюса, глубина шлаковой ванны hm „, скорость возвратно-посту­пательных движений электрода, его «сухой» вылет /:„ сечение

Рпс. 59. Схемы электро - шлаковой наплавки (и) и контактной шлаковой сварки (б). Стрелками обозначено:

Л ■— направление перемеще­ния формулирующего пол­зуна, Б — возвратно-посту­пательные движения элек­тродов; В — направление подачи стержня в шлако - уую ванну

электродов и др. Глубина шлаковой ванны в зависимости от силы сварочного тока изменяется от 25 до 70 мм. Скорость возвратно­поступательного движения электрода 25—40 м/ч. Сухой вылет электрода 00—80 мм. Влияние некоторых параметров режима сварки на ширину провара показано на рис. 60, б — е.

С увеличением силы тока увеличивается скорость расплавле­ния электрода и растет глубина металлической ванны /гм в. Ши­рина шва изменяется незначительно (рис. 60, б). С увеличением скорости подачи электрода нпр (обычно составляет 100—500 м/ч) конец электрода погружается в шлаковую ванну более глубоко. Это уменьшает напряжение сварки £/св, глубину металлической ванны hM в и ширину шва Ьпр (рис. 60, в и д). Коэффициент формы шва (формы металлической ванны) ф — бпр//гм в уменьшается с ростом силы тока и повышается с увеличением диаметра элек­трода и напряжения сварки.

Число электродных проволок, их диаметр и сечение пластин­чатых электродов или плавящихся мундштуков, скорость их по­дачи и другие параметры выбирают таким образом, чтобы полу­чить скорость и напряжение сварки, обеспечивающие устойчи­вость процесса и требуемые размеры и форму шва.

Применение электрошлаковой сварки вносит коренные измене­ния в технологию производства крупногабаритных изделий. Появляется возможность замены крупных литых или кованых

Рис. 62. Электрогалаковая сварка кольцевого шва:

а — вырезка дефектов в начале сварки; б ■— замыкание шва; стрелки;

А — направление вращения изделия; Б — перемещение авто­мата

деталей сварно-литыми или сварно-ковапыми из более мелких поковок или отливок.

Заготовки под сварку следует собирать с учетом усадки стыка после сварки. Для плотного прилегания ползунов и формирую­щих устройств к кромкам стыка последние зачищают от заусен­цев, окалины и т. д. на ширину до 100 мм. Для вывода за пределы шва усадочной раковины в конце шва (рис. 61) устанавливают выходные, а вывода непроваров в начале шва — входные планки, которые после сварки удаляют резкой. Для начала сварки в кар­ман, образованный входными планками, засыпают флюс, который плавится сварочной дугой до получения шлаковой ванны требуе-

мых размеров. После этого дуга шунтируется шлаком, и процесс переходит в бездуговой — электрошлаковый.

Перед началом сварки можно заливать шлак, расплавленный в специальном кокиле. Для наведения электрошлаковой ванны можно использовать специальные флюсы, электропроводные в твердом состоянии. Оригинален процесс сварки кольцевых швов (рис. 62). Сварку начинают на входной планке 1. В процессе даль­нейшей сварки при вращении изделия (рис. 62, а) дефектный учас­ток в начале шва 2 вырезают для замыкания шва. При замыкании шва вращение изделия прекращается и начинается перемещение сварочной установки вверх (стрелка Б на рис. 62, б), как при обычной сварке прямолинейного шва. Замыкание шва и вывод усадочной раковины осуществляют с иомощыо специального кармана из пластин 3 или кокиля. Типы сварных соединении и вид сварных швов, получаемых при электрошлаковой сварке, показаны на рис. 63.