Электрошлаковая сварка: сущность процесса и область применения, технология, оборудование, преимущества и недостатки

Электрошлаковая сварка относится к одному из видов соединения металлических конструкций, однако по своему принципу существенно отличается от электродуговой, которую каждый себе способен представить.

Причем отличается не только сущность процесса соединения деталей, но и область применения этой сварки. Общим является только то, что кромки деталей сильно нагреваются.

Но природа передачи количества теплоты здесь иная.

Электрический ток, проходя по электроду, разогревает и плавит шлак, являющийся флюсом. Такой способ сварки, хоть и не является тривиальным, зато имеет преимущество при ведении сварки в вертикальных плоскостях. Можно указать и еще одну область применимости электрошлаковой сварки. Примером служит ситуация, когда толщина деталей составляет десятки миллиметров.

• Технология
• Типы
• Используемые флюсы
• Особенности

Технология

Расплавленный шлак в устройстве является своеобразным теплоносителем. Между краями деталей, которые необходимо соединить, образуется пространство, оно выполняет роль ванны, в которой плавится шлак. По бокам зазоры закрываются медными ползунами.

Ползуны отводят тепло, поэтому оснащаются трубками с водой. Снизу формируется специальный «карман». В течение процесса ползуны перемещаются вдоль всего шва. После того, как шлак засыпан, останется подать ток через мундштук на электрод.

Электрическая цепь замыкается через электрод на саму привариваемую деталь.

Важнейшим условием сварки является высокая температура в ванне, которая может достигать 1700°C градусов. Значение взято условно, так как важно, чтобы эта температура существенно превышала температуру плавления материала заготовки и металла электрода.

Изначально образуется электрическая дуга, но она сразу гаснет после плавления проволоки-электрода. Далее наблюдается элементарное тепловое действие электрического тока, который пропускается через шлак. Основной процесс сварки можно назвать бездуговым.

Для того, чтобы представить себе схему устройства электрошлаковой сварки, достаточно познакомиться со словесным описанием процесса. В процессе плавления электрода и металла на кромках расплавленная субстанция погружается на дно шлаковой ванны, образуя при этом металлическую ванну.

Из этой ванны при дальнейшей кристаллизации будет формироваться шов. Электрод должен подаваться в направлении «сверху вниз». Благодаря приведенной технологии, образовавшаяся ванна называется принудительной. Ее как раз и применяют при работе с вертикальными швами.

Неотъемлемым этапом этой технологии служит искусственное охлаждение металлической ванны.

Теперь рассмотрим, какую роль в процессе играет сам шлак, он служит теплоносителем и преобразователем. Электрическая энергия превращается в тепловую и передается участкам свариваемых поверхностей. Одно из требований к составу шлака – высокая степень электропроводности.

Зависимость сопротивления от температуры обычно не нашла практического применения, поэтому главная задача разработчиков процесса заключается в обеспечении постоянной температуры флюса.

Разные по составу шлаки обладают различной проводимостью. Шлак с примесями титана проводит ток даже в нерасплавленном состоянии. Еще одна составляющая, которая часть применяется, — фтористый кальций. Такие примеси позволяют рационализировать процесс, так как снижают затраты на этапе трансформации дуговой фазы в электрошлаковую.

Типы

Для определения способа классификации следует выделить тот параметр, который будет обладать отличительными свойствами. В случае ведения электрошлаковой сварки (ЭШС) нет однозначности. К примеру, можно разделить процессы по методу формирования ванны. В таком случае сварка делится на два типа: со свободным формированием ванны и с принудительным.

Чаще всего классификация связана с различием электродов, а также с различными способами их погружения.

• Сварка с проволокой. Электрод в виде проволоки постепенно подается в зону шлаковой ванны. По мере расплавления ее необходимо постоянно добавлять. Сам электрод подвижен, он может поступательно перемещаться в горизонтальной плоскости. Кромки свариваемых деталей прогреваются равномерно по всей толщине. Специалисты отмечают сложность процесса, так как он требует достаточного опыта.
• Сварка с пластинами. При неизменном принципе данный вид сварки отличается тем, что электроды выполнены в виде пластин. Их подача в ванну осуществляется в определенные интервалы времени. Количество расплавленного металла должно быть достаточным, чтобы перекрыть зазор, сформировав качественный шов. Сам аппарат имеет более простую конструкцию, так как электроды-пластины не приводятся в движение по горизонтали. Сюда же следует отнести сварку электродами большого диаметра. Сечение такого стержня может быть любым и выбирается, исходя из геометрии заготовки.
• Сварка с плавящимся мундштуком. Если рассмотреть принципиальную схему данного процесса, то она представляет собой комбинацию двух описанных типов сварки. В качестве электрода используется подающаяся проволока. Она фиксируется в зазоре и остается неподвижной на плоскости. Расплавленного металла достаточно, чтобы наполнить металлическую ванну. Подобный тип сварки используют при работе со сложными конструкциями, так как по толщине кромок и по длине шва практически нет ограничений.

Устройства электрошлаковой сварки имеют сложное строение, но каждый функциональный элемент выполнен по стандарту ГОСТ 15164, в котором определены параметры сварки. При работе с деталями, имеющими толстые кромки, применяют устройства ЭШС с колебательными движениями электродов, обеспечивающих равномерное прогревание, либо устройства с пластинами и электродами большого диаметра.

При использовании проволоки можно получать швы толщиной от 20 до 600 мм. Пластинчатая установка позволяет получать более широкие швы, однако длина шва не должна превышать 1,5 м. В некоторых случаях могут быть использованы чугунные электроды.

Используемые флюсы

Как было упомянуто выше, шлак может иметь различный состав, определяющий его физические свойства. Они учитываются при работе с тем или иным материалом. Различают несколько видов флюсов для ЭШС.

• Флюс АН-348А характерен высоким содержанием железа с валентностью, равной 3. Данный шлак применяют при сварке нелегированных сталей.
• Флюс ФЦ-7. По своим характеристикам похож на предыдущий. Нашел применение в процессах, где образуется шлаковая ванна небольшой глубины.
• Флюсы АН-8, ФЦ-21 или АН-22 рассматриваются в одной категории, как низкокремнистые марганцевые смеси. Применяются для сварки углеродистых и среднелегированных сталей, а также сталей перлитного класса.
• АН-9 и АН-25 – безмарганцевые флюсы. Были разработаны еще в довоенное время. Именно они использовались при сварке танковой брони.
• Нержавейку приходится сваривать с использованием флюса АНФ-5.

Особенности

Здесь можно выделить не только отличительные характеристики полученных результатов, но и подчеркнуть все достоинства и недостатки данного вида сварки.

При ведении дуговой сварки выделение газов приводит к такому неприятному последствию, как разбрызгивание металла. В этом плане ЭШС имеет явное преимущество. Шлаковую ванну не нужно закрывать защитными листами.

В процессе сварки шлак дозируется небольшими порциями. В итоге повышается производительность процесса при одновременном снижении энергозатрат.

Если продолжать сравнение, то станет очевидно, что кромки заготовки, которые начинают частично плавиться, находятся на значительном расстоянии от электрода. В дуговой сварке электрод расположен гораздо ближе к поверхности.

Следует отметить и экономию материала. От всей доли наплавленного металла шлак составляет только 5%. Флюс при дуговой сварке расходуется в десятки раз быстрее.

ЭШС незаменима в отрасли тяжелого машиностроения, где часто приходится иметь дело с массивными деталями. За один проход можно соединить две заготовки толщиной до 200 мм. Но этим возможности установки не ограничиваются.

При наличии нескольких электродов толщина может быть существенно выше.

Сам процесс также обладает определенными преимуществами. Сварка не требовательна к колебаниям электрического тока. Нет такой необходимости в его регулировке, как при ведении работ при дуговой сварке. На подготовительном этапе не нужно обрабатывать кромки.

К недостаткам можно отнести ограничение по направлению сварки. ЭШС позволяет формировать только вертикальные швы. В качестве исключения рассматриваются случаи с небольшим отклонением шва от вертикали.

Другим недостатком считается невозможность прерывания процесса. Шов должен быть наложен за один проход. Отрицательные температуры окружающей среды не позволят вести сварку.

Отсутствие обработки кромок компенсируются затратами времени на изготовления кармана и крепление ползунов.

Источник: https://svarkoy.ru/teoriya/elektroshlakovaya-svarka.html

Что такое электрошлаковая сварка?

Существует множество небольших производств, где сварщиков немного, но при этом предприятие выпускает вполне качественную продукцию, да еще и большими партиями. Как им удается достичь этого? Все просто: существуют технологии сварки, отличающиеся повышенной производительностью и экономичностью, что позволяет применять их на производствах любого масштаба.

Одна из таких технологий — электрошлаковая сварка, она же ЭШС. Из этой статьи вы узнаете сущность электрошлаковой сварки, ее плюсы и минусы. Мы также расскажем, какое оборудование и расходные материалы применяются для ЭШС сварки.

Общая информация

ЭШС или электрошлаковая сварка — это метод соединения металлов, при котором тепло, плавящее металл, образуется в среде расплавленного шлака. Электрод погружается в шлак, пропуская электрический ток, который тем самым генерирует тепло в шлаке. Такой процесс не требует использования дуги. Зачастую ЭШС применяют при сварке вертикально расположенных деталей, шов ведут снизу вверх.

Разновидности

Существует несколько методов электрошлаковой сварки, их все вы можете видеть на картинке ниже. Метод «а» — ЭШС-сварка с применением одного неподвижного электрода или с небольшими колебаниями.

Метод «б» — сварка с применением двух электродов, совершающих колебательные движения. Метод «в» — сварка с применением пластинчатых электродов. Метод «г» — сварка с применением плавящегося мундштука.

Все эти методы имеет свои особенности, достоинства и недостатки, поэтому в рамках этой небольшой статьи мы не будет рассказывать обо всех видах ЭШС сварки. Скажем только, что самый популярный метод — с применением одного, реже двух электродов, которые могут быть неподвижны или совершать колебательные движения.

Технология

Технология электрошлаковой сварки крайне проста. Две детали устанавливают вертикально, оставляя между ними небольшой зазор. Зазор нужно с двух сторон закрыть ползунами, оснащенными трубками с водой для охлаждения. Ползуны нужно перемещать по ходу сварки, чтобы шов равномерно остывал. Снизу зазор нужно дополнительно закрыть специальным «карманом». Затем нужно засыпать флюс в зазор и погрузить в него электрод. Подвод тока осуществляется с помощью мундштука.

Ток проходит через электрод прямо во флюс, и тот начинает плавиться. В последствии образуется шлак, который за счет своей высокой теплопроводности как раз и является тем самым источником тепла, нагревающим металл. Шлак плавит электрод, кромки и способствует образованию сварочной ванны.

Дуги в этом процессе нет, как таковой. Флюс защищает сварное соединение от негативного влияния кислорода и улучшает его качественные характеристики. При этом он используется вполне экономично и его расход невелик. Можно использовать обычный флюс для дуговой сварки или флюс особый.

Но об этом мы поговорим далее.

Применяемое оборудование и материалы

Оборудование для электрошлаковой сварки стоит недорого и состоит из сварочного аппарата и приборов, выполняющих вспомогательные функции. Обычно оборудование для ЭШС продается в комплекте, что очень удобно. Такой комплект называется сварочной установкой для электрошлаковой сварки. Это, пожалуй, все, что можно сказать про применяемое оборудование.

А вот с флюсами все гораздо интереснее. Для ЭШС нужно применять плавленые флюсы. Если вы собираетесь варить углеродистую или низколегированную сталь, то мы рекомендуем использовать флюсы АН-8, АН-8М, АН-22. Также отдельно отметим флюс АН-47, при его применении швы получаются качественными, а процесс сварки всегда устойчив.

Если вам предстоит сварка легированной стали с повышенной прочностью, то лучше применять флюс АН-9. Для сварки высоколегированной стали отлично подходят флюсы АНФ-1, АНФ-7, 48-ОФ-6. Не забывайте и о флюсе АН-45, с его помощью можно очень качественно сварить стали с антикоррозийными свойствами.  Если нужно сварить чугун, то мы рекомендуем флюсы АНФ-14 и АН-75.

Вы можете применять и другие флюсы, если посчитаете нужным, но учитывайте что они должны соответствовать следующим требованиям:

• Выполнять свои функции при любом значении сварочного тока или напряжения, а также беспроблемно устанавливать ЭШС процесс.
• В достаточной степени плавить кромки деталей и способствовать улучшению качества шва, не образуя подрезы или наплывы, трещины, включения и прочие дефекты.
• Выбранный вами флюс не должен стекать через зазор между деталями.
• Флюс должен образовывать шлак, который можно потом легко удалить с металла.

Перед сваркой флюс нужно обязательно прокалить в печи. Температура прогрева может варьироваться от 300 до 700 градусов по Цельсию. Температура зависит от типа флюса и подбирается индивидуально, но в любом случае время прокаливая не должно превышать двух часов.

Достоинства и недостатки

У электрошлаковой сварки много достоинств. Во-первых, сама сварка крайне устойчива при любом роде тока. К тому же, она мало чувствительна к каким бы то ни было изменения тока или даже его кратковременным прерываниям. Вам даже не нужно иметь высокую квалификацию, чтобы выполнить шов качественно.

Во-вторых, такая сварка обеспечивает очень высокую производительность труда. Этого удается достичь за счет быстрого плавления электрода. А если у сварщика есть опыт, то ЭШС-сварка и вовсе будет вне конкуренции. Даже небольшой завод сможет производить большие партии разнообразной продукции.

В-третьих, электрошлаковая сварка крайне экономична. Флюс расходуется мало (в 15 раз меньше, чем при классической дуговой сварке), электроэнергия тоже (на 10-20% меньше, чем при дуговой сварке). К тому же, применяемое оборудование и расходники стоят недорого. Для небольших предприятий это очень важный плюс.

Но не обходится и без недостатков, хоть мы и не считаем их такими уж существенными. Прежде всего, с помощью ЭШС вы сможете варить только детали, расположенные вертикально или под небольшим углом (отклонение не более 30 градусов). Это существенно сужает возможности сварщика и делает невозможной труднодоступную сварку, например.

Также нет возможности оставить сварку, скажем, в середине процесса, и продолжить ее позже. Вы не сможете варить при минусовой температуре воздухе, иначе шов будет дефектным. Не стоит забывать, что хоть вам и не придется подготавливать кромки, вы все равно потратите время на изготовление «кармана», планок и прочего.

Вместо заключения

Мы постарались кратко, но понятно описать, что такое электрошлаковая сварка. Пользуясь этой статьей, вы сможете применить эту технологию в своей практике, поскольку теперь знаете все марки флюса и особенности проведения сварки.

Мы считаем, что ЭШС-сварка просто незаменима на мелких предприятиях, ведь она экономична, производительна и позволяет выпускать относительно качественную продукцию. А вы когда-нибудь прибегали к электрошлаковой сварке? Расскажите о своем опыте в х.

Желаем удачи в работе!

Источник: https://svarkaed.ru/svarka/vidy-i-sposoby-svarki/chto-takoe-elektroshlakovaya-svarka.html

Особенности применения электрошлаковой сварки

Способ сварки плавлением, характеризующийся нагреванием металла с помощью теплоты от прохождения электротока через расплавленный электропроводящий шлак, называется электрошлаковой сваркой. В данном процессе электрическая мощность практически полностью передается в ванну со шлаком, а от нее уже – к электроду, затем – к основному металлу.

Причем расплав флюса одновременно является как средством влияния не металлургический процесс, происходящий в расплаве металла, так и его защитой от неблагоприятного воздействия атмосферной среды.

Благодаря меньшей плотности, чем у металла, слой расплавленного шлака, образующийся на поверхности ванны, препятствуя попаданию в нее окружающего воздуха, также очищает капли металла электрода от нежелательных примесей.

Технология электрошлаковой сварки

Сущность электрошлаковой сварки заключается в использовании данного процесса в качестве источника энергии. При этом достигается максимальная площадь нагрева при минимальной сосредоточенности энергии в месте нагревания.

Существует несколько вариантов сварки этим способом.

Наибольшее распространение получила сварка с помощью мундштука либо пластинчатых электродов, одним электродом из проволоки либо несколькими, с совершением колебательных движений и без них.

Электрошлаковая сварка схемой процесса подразумевает объединение в сварочную цепь металлов основного и электродного через шлаковый расплав с прохождением по ним электротока.

В ходе этой операции в шлаковой ванне образуется теплота, под действием которой металлы присоединяемых элементов и электрода, оплавляясь и стекая, опускаются на дно расплавленной массы, образуя таким образом сварочную ванну.

Начиная сварочные работы, зажигают электродугу, от воздействия которой в процессе расплавления флюсов образуется шлаковая ванна, заливающая дугу. Когда она гаснет,     начинается переход от дугового процесса к электрошлаковому.

Необходимое оборудование

Ряд особенностей оборудования для электрошлаковой сварки обусловливают ее преимущества, одним из которых является небольшой расход флюсов, составляющий в среднем около 5% массы наплавляемых металлов. Также данным способом можно сваривать заготовки любой толщины даже в один проход.

Причем он не требует разделывания кромок, а производительность такой сварки в разы превышает многослойную флюсовую сварку, осуществляемую с помощью автомата. Электрошлаковый способ еще способствует очищению шовного металла от посторонних включений с удалением из него газов.

Это происходит благодаря значительным температурам верхнего слоя металлической ванны, расположению ее по вертикали и продолжительному времени пребывания металлов в расплавленном виде.

К недостаткам в работе оборудования для электрошлаковой сварки относится существенное перегревание материалов в зоне около шва. Это может привести к ухудшению его пластических характеристик.

Для достижения сварным соединением требуемых механических свойств его дополнительно подвергают специальной высокотемпературной обработке. Также электрошлаковый способ осложнен потребностью в установке перед сваркой специальных технологических приспособлений (карманов, планок и т.п.).

Он эффективен лишь в вертикальном или близком к нему расположениях, а остановка его процесса до завершения сварки чревата появлением дефектов в швах.

Свариваемые установкой электрошлаковой сварки заготовки собираются вертикально без применения скоса кромок, причем размер зазора между ними обычно составляет от 2 до 4 см.

С помощью особых формирующих устройств, пластин или медных ползунов с водным охлаждением удерживают расплавленный металл со шлаком от вытекания до образования сварного соединения.

Шов формируется в ходе кристаллизации металлического расплава в нижней зоне металлической ванны.

Сварочный процесс производится с использованием специальных аппаратов, обеспечивающих требуемые режимы электрошлаковой сварки. Они способны подавать электроды в область сварки, поддерживать устойчивость электрошлаковых операций и их передвижение по мере необходимости вдоль линии шва.

Чаще всего для этих целей используют автоматы, так как более тяжелая аппаратура полуавтоматов труднее передвигается в вертикальном направлении.

Каждая автоматическая установка для сварки электрошлаковым способом составляется из самодвижущегося сварочного автомата, который имеет связь с медными башмаками, охлаждаемыми водой и формующими шов; кассет с находящейся в них электродной проволокой; бункера, наполненного флюсом; питающего источника с управляющей аппаратурой. Для выполнения сварки таким способом используют как обычные флюсы, так и специальные, способные образовывать электропроводный расплав.

Применение электрошлаковой сварки

Сущность процесса электрошлаковой сварки и область применения ее неразрывно связаны.

Поскольку технически данный вариант сварки осуществим лишь при толщинах материалов свыше 1,6 см, а экономическая выгода ощутима для заготовок толщиной 2,5-3 см, то наиболее целесообразно его применение в сооружении толстостенных конструкций.

Таким образом возможно соединение чугунов и сталей (легированных, низко- и среднеуглеродистых), а также цветных металлов, преимущественно меди и алюминия. Помимо этого, электрошлаковый процесс используют в целях наплавки на изделия из низколегированных или низкоуглеродистых сталей всевозможных сплавов.

Данный способ сварки позволяет выполнять как прямолинейные швы, так и криволинейные или кольцевые. С его помощью может быть выполнено не только стыковое соединение, но и тавровое либо угловое, хотя они встречаются редко. Это объясняется возможностью их замены на стыковые варианты.

Конфигурация получаемых при этом швов допускает переменную кривизну, кольцевое, прямолинейное и переменное сечение. Если купить установку для электрошлаковой сварки, то можно коренным образом изменить всю процедуру изготовления конструкций крупных габаритов.

Благодаря ей появится возможность заменить больших размеров кованые и литые заготовки на элементы меньших размеров, изготовленные сварно-кованым либо сварно-литым способом.

Источник: https://promplace.ru/svarka-metallov-staty/electroshlakovaya-svarka-1558.htm

Электрошлаковая сварка

Существует множество видов сварки, в которых используются различные источники энергии, многие из которых являются необычными и редко используются. Электрошлаковая сварка относится к одним из таких вариантов.

Данная технология основана на том, что нагрев зоны соединения происходит при воздействии тепла шлаковой ванны. Ванна, состоящая из шлака, нагревается при помощи электрического тока.

Шлак используется в качестве защитной среды, так как он создает непроницаемую оболочку, сквозь которую внутрь не могут проникнуть водород и кислород, окисляющий зону кристаллизации.

Процесс электрошлаковой сварки

Одной из особенностей процесса является отсутствие электрической дуги для сварки. Здесь просто пускается электрический ток в шлак, который его беспрепятственно проводит.

Благодаря этому выделяется достаточное количество теплоты, которое и расплавляет кромки основного металла. Электрод, проводящий ток, погружают в шлаковую ванну.

Благодаря тому, что идет полное соприкосновение, электрическая дуга не горит, но поступление тока продолжается. Электричество протекает через расплавленный шлак.

Чаще всего сварочный процесс протекает в вертикальном положении, и шов создается снизу вверх. Между соединяемыми деталями допускается наличие зазора. Чтобы шов нормально формировался по обеим сторонам зазора, монтируются медные ползунки кристаллизирующими свойствами.

Данные свойства получаются за счет охлаждения ползунков водой. Когда шов сформирован в конкретном месте нахождения сварочной ванны, медные детали перемещаются по направлению дальнейшего пролегания шва.

Данные детали изготавливаются из меди, так как она имеет более высокую температуру плавления, чем основной металл.

Преимущества

Электрошлаковая сварка может использоваться для сварки чугуна, стали, алюминия, титана и других металлов, которые сложно поддаются свариванию.

Также эта методика отлично подходит для металлов большой толщины, которые не возьмет другая сварка. Здесь процесс соединения происходит при помощи одного прохода и не нужно рисковать с многослойным накладыванием швом.

Это ликвидирует необходимость в удалении шлака каждый раз после прохода.

Фаски на кромках не снимаются. Во время сваривания применяется как один, так и несколько проволочных электродов, причем сечение в них может быть разное. Это способствует достижению высокой производительности процесса и делает его более дешевым. Причем в сравнение с другими методами, при увеличении толщины заготовки данные показатели только растут.

  TIG сварка

Недостатки

Электрошлаковая сварка обладает определенными недостатками. Технически она может проводиться, только если толщина металла составляет от 1,6 см и выше.

Наиболее выгодным процесс сварки становится только при 4 см толщине, что далеко не всегда осуществимо в промышленной сфере.

Иногда требуется совершать дополнительную термообработку, чтобы металл шва и возле него принял те свойства, которые нужны для работы, так как они меняются под действием ЭШС.

Разновидности

Существует несколько основных разновидностей данного процесса, которые отличаются по своим особенностям.

Если рассматривать различия по типу используемого электрода, то выделяют сварку с проволочным электродом, плавящимся мундштуком и пластинчатым электродом.

Но это не единственные параметры, по которым происходит различие. По наличию колебаний, которые совершаются электродом, выделяют:

Также процесс может различаться по количеству используемых электродов:

• Одноэлектродная сварка;
• Двухэлектродная;
• Многоэлектродная.

Так же, электрошлаковую сварку разделяют на разновидности, изображенные на схеме ниже:

Схема электрошлаковой сварки

Технология

Сущность электрошлаковой сварки заключается в искусственном охлаждении поверхности свариваемого металла. Шлак пропорционально преобразовывает электрическую энергию в тепловую на месте своего нахождения. Главное здесь подобрать требуемый уровень напряжения, который бы смог обеспечить требуемую температуру, с учетом сопротивления металла и прочих факторов.

Настройки режима являются одним из самых сложных моментов работы. Чем выше температура окружающей среды, а также внутренняя в расплавленном металле, тем выше проводимость шлаков.

Исходя из этого, можно вычислить, что при снижении температуры до определенного значения, шлаки перестают быть проводниками или их сопротивление становится настолько высоким, что весь процесс становится невыгодным.

Технология электрошлаковой сварки

Одним из самых сложных моментов, которые возникают во время практического применения, является возможность возникновения дугового разряда между поверхностью металла и электродом.

Электрошлаковая сварка должна проводиться без применения дуги, но если она возникает в глубине шлаковой поверхности, то это может привести к появлению дефектов внутри шва. Дуга отличается неустойчивостью и во время сварки может появляться неоднократно, что сильно ухудшает целостность шва.

Чтобы не возникала дуга, следует задавать такие условия, которые в нормальном состоянии сделали бы ее максимально нестабильной, а при идеальных – вовсе не дали ей возникнуть. Она с меньшей вероятностью возникает в глубине шлаковой ванны. Также переменный ток делает дугу менее стабильной.

При снижении напряжения холостого хода, в комплексе с другими методами, создаются именно те условия, которые не дадут образоваться электродуге.

«Важно!

Если же будет не устойчивая подача напряжения, то это может привести к тому, что шлаковая ванна будет образовываться неравномерно или вовсе растекаться.»

Иногда процесс расплавления может стать нестабильным и тогда кристаллизация начнется раньше, чем это нужно. После этого нужно будет вновь расплавлять все, а при повторном воздействии может случиться образование дефектов.

Если во время расплавления, кромки металла расплавляются выше, чем находится сварочная ванна, то они быстрее остывают. Все это приводит к наплавлением.

Это означает, что кромки оплавились от  температуры, но не смешались с другими металлом, что не привело к появлению надежного соединения.

Это может случиться при слишком высоком напряжении или когда ванная залегает слишком глубоко и параметры режима оказываются недостаточными для такой толщины. Правильно подобранный режим делает электрошлаковую прослойку, которая делает шов более стабильным и надежным.

 

Заключение

Сварка данным методом обладает очень оригинальной технологией, которая достаточно сложна, если разбирать ее подробно. Но при поверхностном изучении можно сделать массу ошибок, которые приведут к появлению бракованных изделий. Сложность проведения работ делает ее востребованной только в самых ответственных областях применения.

Источник: https://svarkaipayka.ru/tehnologia/termicheskaya/elektroshlakovaya-svarka.html

Электрошлаковая сварка. Сущность способа, преимущества, недостатки, область применения

• Электрошлаковая сварка является самым высокопроизводительным способом автоматической сварки металла значительной толщины.
• При электрошлаковой сварки энергия, необходимая для нагрева и плавления металла, образуется за счет теплоты, выделяемой при плавлении шлака.
• Схема электрошлаковой сварки:

Применяя электрошлаковую сварку несколькими электродными проволоками или электродами в виде ленты, можно сваривать кромки изделия практически любой толщины.

Важным преимуществом электрошлаковой сварки является возможность сварки швов сложной конфигурации, при этом электродная проволока подается через плавящийся мундшук, форма которого соответствует форме свариваемого шва. Мундштук плавится вместе с электродной проволокой, заполняя свариваемый шов металлом.

Качество металла шва получается значительно выше, чем при автоматической сварке под флюсом. Это объясняется постоянным наличием над металлом шва жидкой фазы металла и нагретого шлака, что способствует более полному удалению газов и неметаллических включений. Резко снижается влияние на качество шва влажности флюса, ржавчины и различных загрязнений свариваемых кромок изделия.

Трудоемкость операций по подготовке изделия под сварку снижается за счет исключения работ по разделке и подготовке кромок к сварке. Кромки обрезают кислородной резкой под прямым углом к поверхности свариваемых листов.

Удельный расход электроэнергии, флюса и электродной проволоки сокращается, так как процесс протекает в замкнутой системе при небольшом количестве флюса и полном использовании электродного металла.

Увеличенный вылет электродной проволоки и значительные плотности тока обеспечивают высокую производительность наплавки, достигающую 27 кг/ч, в то время как при автоматической сварке под флюсом она составляет 12 кг/ч, а при ручной — только 2 кг/ч. Расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла уменьшается вдвое, а расход флюса — в 20-30 раз по сравнению с автоматической сваркой под флюсом.

Производительность электрошлаковой сварки превышает производительность автоматической сварки под флюсом в 7-10 раз, а при большой толщине свариваемых кромок она в 15-20 раз выше производительности многослойной автоматической сварки.

Постепенный подогрев свариваемых кромок и замедленный нагрев околошовной зоны уменьшают возможность образования в ней закалочных структур. Поэтому при электрошлаковой сварке самозакаливающихся сталей образование закалочных трещин менее вероятно.

Освоение электрошлаковой сварки позволило заменить громоздкие и тяжелые цельнолитые и цельнокованые станины и корпуса более легкими и компактными сварно-литыми и сварно-коваными.

Электрошлаковой сваркой можно выполнять не только стыковые, но и тавровые, угловые и кольцевые соединения.

Источник: https://studopedia.su/8_19907_elektroshlakovaya-svarka-sushchnost-sposoba-preimushchestva-nedostatki-oblast-primeneniya.html

Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка – принципиально новый способ получения неразъемного соединения металлов. В отличие от других способов сварки плавлением при электрошлаковой сварке источником нагрева служит тепло, выделяющееся в ванне расплавленного флюса при прохождении через нее тока от электрода к изделию.

Электрошлаковый процесс реализуется следующим образом (рис. 1). Шлаковая ванна 4 образуется в результате расплавления сварочного флюса, который находится в этом состоянии в течение всего процесса сварки. Сварочный ток, проходя через шлаковую ванну

4 между погруженными в нее электродами 3 и металлической ванной 5, поддерживает высокую температуру и теплопроводность шлака. Объем и глубину шлаковой ванны сохраняют, как правило, постоянными. Для этого зазор между свариваемыми кромками закрывают с боков водоохлаждаемыми ползунами 6. Металлическая ванна 5, кристаллизуясь, образует сварной шов.

Рисунок 1 – Схема электрошлаковой сварки: 1 – свариваемые детали шириной s; 2 – мундштук для подачи электрода; 3 – электрод; 4 – шлаковая ванна глубиной hs; 5 – металлическая ванна глубиной hM; 6 – формующий ползун; bсв – зазор между деталями; lсв – сухой вылет электродов

Общее количество генерируемого в шлаковой ванне тепла расходуется следующим образом: 20-25 % на плавление электродной проволоки; 55-60 % на плавление и нагрев основного металла; 4-6 % на плавление флюса и поддержание шлаковой ванны в жидком состоянии; 12-16 % – потери тепла через ползуны и теплоотвод в массу металла.

Электрошлаковая сварка проволочными электродами получила наибольшее применение в машиностроительных отраслях. Этот способ реализуется в соответствии со схемами (рис. 2).

Рисунок 2 – Электрошлаковая сварка проволочными электродами: а – одной проволокой без колебаний; б – одной, двумя или тремя проволоками с колебаниями; в – одной проволокой без введения мундштука в зазор; г – проволокой с увеличенным «сухим» вылетом; д – с использованием сопутствующего принудительного охлаждения; е – с присадкой порошкообразного материала

Наибольшее применение получили способы а, б (рис. 2). Этими способами можно сваривать металл толщиной от 20 до 450 мм, используя преимущественно 3-мм проволоку. Способом в можно сваривать металл толщиной до 120 мм.

Способ г обеспечивает повышение скорости сварки в 1,5-2,0 раза по сравнению со способами а, б.

Способ д можно рекомендовать для электрошлаковой сварки низколегированных сталей толщиной до 100 мм без последующей высокотемпературной термической обработки сварного соединения.

Способ е используется при монтаже крупногабаритных изделий, сварные соединения которых не подвергаются последующей высокотемпературной термической обработке. Толщина свариваемого металла до 60 мм. Способ характеризуется повышенной скоростью сварки и значительно лучшими механическими свойствами соединения. Все перечисленные способы осуществляются на стандартной сварочной аппаратуре.

Прямолинейные швы встречаются в сварных соединениях всех типов и выполняются в вертикальном положении (рис. 3 а, б). Возможный наклон не должен превышать 15…20° (рис. 3 б).

Кольцевые швы можно выполнять не только на цилиндрической поверхности (рис. 3 г), но и на конической (рис. 3 д), а так же сферической (рис. 3 е).

Рисунок 3 – Виды сложных швов, выполняемые электрошлаковой сваркой: а и б – прямолинейные на вертикальной и наклонной плоскостях; в – пространственной формы; г, д и е – кольцевые на цилиндрической, конической и шаровой поверхностях

Основными технологическими параметрами электрошлаковой сварки являются: падение напряжения на участке электрода; сила сварочного тока; скорость перемещения поверхности металлической ванны; глубина шлаковой ванны; скорость поперечного перемещения (колебания) электрода; количество электродов; зазор между кромками; расстояние между электродами, толщина свариваемого металла.

Достоинства электрошлаковой сварки. Электрошлаковая сварка – высокопроизводительный способ соединения металла практически неограниченной толщины. По скорости плавления присадочного материала он не имеет равных. Так, коэффициент наплавки при электрошлаковой сварке составляет 20…30 г/(А∙ч), при дуговой автоматической – 14…18 г/(А∙ч), а при дуговой ручной – всего 8…12 г/(А∙ч).

Выполнение в подавляющем большинстве случаев сварного соединения за один проход полностью исключает наиболее распространенный дефект многошовной сварки – шлаковые включения, а вертикальное положение оси шва значительно облегчает всплывание газовых пузырей, шлака, примесей и удаление их из металла.

Расход флюса при электрошлаковой сварке в 10…20 раз меньше, чем при дуговой сварке, и составляет около 5 % расхода электродной проволоки. Расход электроэнергии на плавление равных количеств электродного металла в 1,5…2 раза меньше, чем при автоматической сварке под флюсом и в 4 раза меньше, чем при ручной сварке.

Экономичность и эффективность электрошлаковой сварки возрастает с увеличением толщины свариваемого металла: при толщине 40…60 мм можно рекомендовать использование электрошлаковой сварки, а при 100…200 мм и более электрошлаковая сварка остается наиболее рациональным способом сварки в условиях как серийного, так и мелкосерийного производства.

Это способствует снижению пластических свойств сварного соединения, особенно при отрицательных температурах.

Весь опыт электрошлаковой сварки показывает, что вопросы необходимости применения высокотемпературной термической обработки, повышения качества сварных соединений и производительности процесса следует решать комплексно путем рационального выбора свариваемых и сварочных материалов, приемов и режимов сварки.

• Электрошлаковая сварка получила широкое распространение в тяжелом, энергетическом, химическом машиностроении, судо- и авиастроении.
• Электрошлаковым способом сваривают стали практически всех классов и марок, чугун, жаропрочные и никелевые сплавы, титан, алюминий, медь и сплавы на их основе.
• Использование электрошлаковой сварки в тяжелом машиностроении, где этот способ стал одним из ведущих технологических процессов, позволило заменить крупные литые и кованые конструкции, габаритные размеры и масса которых ограничены техническими возможностями оборудования, на сварно- литые, сварно-кованые и прокатно-сварные, значительно снизив при этом металлоемкость конструкций и трудоемкость изготовления.
• Замена цельнолитых деталей сварно-литыми считается целесообразной и эффективной при снижении одного из следующих показателей:

• массы сварно-литой металлоконструкции – не менее, чем на 10%;

• трудоемкости машинной формовки литых заготовок – на 30…40 % по сравнению с трудоемкостью ручной формовки цельнолитой детали;

• брака производства цельнолитых конструкций – на 10…15 %.

Сварно-литые детали считают наиболее экономичными. В сварном варианте изготавляют станины прокатных станов, рамы щековых дробилок, крупногабаритные бандажи цементных и обжиговых печей, рабочие колеса мощных гидротурбин, форштевни крупных кораблей и многие другие детали.

Большой технико-экономический эффект достигается также при изготовлении сварно-кованых конструкций вместо цельнокованых: разнообразных цилиндров, колонн, валов гидротурбин, подштамповых плит, «баб» бесшаботных молотов, роторов турбогенераторов и др.

Источник: https://extxe.com/2571/jelektroshlakovaja-svarka/

В чем заключается сущность процесса электрошлаковой сварки?

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Источник: https://svarka.guru/vidy/thermo/dugovaya/elektroshlakovaya.html