Технология электрошлаковой сварки

 

 «Технология электрошлаковой сварки.»

 

Электрошлаковая сварка — процесс образования неразъемных соединений, при котором плавление основного и присадочного металла осуществляется за счет теплоты, выделяемой при прохождении электрического тока через слой расплавленного флюса.

Слой флюса служит защитой от вредного воздействия окружающей среды и одновременно является средством металлургического воздействия на расплавленный металл.

Сварку производят электродом, совмещенным с осью шва. Плавление основного и присадочного металлов происходит в замкнутой плоскости, образованной кромками свариваемых листов и формирующими устройствами.

Сварка характеризуется двумя процессами: электродуговым и шлаковым. В начальный момент электрошлаковой сварки имеет место электродуговой процесс между проволокой и дном технологического «кармана», который служит для расплавления флюса. Расплавленный флюс образует шлаковую ванну, затем процесс переходит в бездуговой (шлаковый), а расплавленная шлаковая ванна становится жидким проводником теплоты. Подача проволоки в зону сварного соединения осуществляется специальными аппаратами с электроприводом и возможностью поперечного перемещения проволоки в пределах сварочной ванны.

Применение электрошлаковой сварки обеспечивает: повышение производительности сварки в 1,5 — 3 раза по сравнению с автоматической сваркой под слоем флюса; возможность сварки металла любой толщины за один проход; повышение качества сварного соединения за счет повышенной стойкости сварных швов против образования трещин и пор в следствие медленного затвердевания сварочной ванны.

Форма металлической ванны при электрошлаковой сварке определяется скоростью подачи электродной проволоки и толщиной металла, приходящейся на один электрод.

Сварка электродными проволоками получила наибольшее распространение. Сварку выполняют одной или несколькими подвижными или неподвижными электродными проволоками диаметром 3...5 мм марок Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2С.

При сварке металла толщиной 50...70 мм сварку ведут одной неподвижной проволокой. При толщине металла свыше 50... 70 мм сварку можно вести или одной проволокой с возвратно-поступательным движением в поперечном направлении, или несколькими проволоками, расположенными на расстоянии до 75 мм друг от друга. Иногда применяют способ сварки с малым количеством

 

Таблица 2.10. Режимы сварки угловых швов в среде углекислого газа

Катет шва, мм	dnp, мм	Iсв, А	Uд, В	Uсв, м/ч	Расход газа, л/мин
	0,8	60...70	18...19	22...24
	1,0	80...90	19...20	20...22
	1,2	110..120	19...21	24...26
	1,0	90...100	19...20	18...20
	1,2	120...140	20...22	22...24
	1,0	120... 140	19...21	16...18	7...8
	1,2	160...180	21...23	20...24	7...8
	1,6	180...200	26...28	26...28
	1,0	140...160	20...22	14...16
	1,2	180...200	22...24	18...22
	1,6	220...260	28..30	24...26	8...9

Примечание. На всех режимах один проход.

 

проволок с колебательными движениями в направлении толщищ свариваемых элементов.

Сварка кольцевых швов отличается от сварки прямолинейных наличием специальных устройств для формирования обратного валика и необходимостью замыкания конца шва с началом (рис 2.16). Процесс сварки начинается ниже уровня оси обечайки. Сварку начинают на вспомогательной пластине 1 (рис. 2.16, а). Сначала делают технологический карман, затем разводится шлаковая ванна, и с помощью вертикального перемещения аппарата ванна доводится до уровня горизонтальной оси кольцевого стыка. Сварочная ванна перемещается с помощью ползуна 4. Сварку ведут на медной подкладке 3, затем вырезают начало шва 2 резаком. Дале» начинают вращать изделие и заваривать кольцевой шов (рис. 2.16, б) Заключительной операцией является сварка замка (рис. 2.16, в)

Электрошлаковую сварку электродами большого сечения при меняют при сварке металла толщиной до 400 мм и длине стыка до 1000 мм. Зазор между кромками 30...35 мм. Электроды изготавливают в виде пластин из стали шириной 8... 12 мм (в зависимости от толщины свариваемого изделия). При сварке металла толщиной 100... 150 мм сварку ведут одним электродом, а при большей толщине — двумя или тремя электродами.

Сварку плавящимся мундштуком применяют для сварки толстолистового материала большой длины и для сварки стыков сложного профиля.

 

Рис. 2.16. Схема электрошлаковой сварки кольцевого стыка обечайки:

а — начало сварки; б — заваривание кольцевого шва; в — сварка замка; 7 — пластина для начала сварки; 2 — место вырезки начала шва; 3 — медная подкладка; 4 — ползун

 

Плавящийся мундштук — устройство для направления электрода и подвода к нему тока. Мундштук представляет собой совокупность плавящихся проволок и пластин. Сечение мундштука составляет от 10 до 50 % от сечения сварочного зазора. Расстояние меЖДУ электродными пластинами — 70... 100 мм. Максимальная толщина металла S (мм), провариваемая плавящимся мундштуком с несколькими электродами:

 

S= 70л - 30,

 

где л — число электродов.

 

Формирование шва осуществляется медными водоохлаждаемыми подкладками. Для предотвращения замыкания на свариваемые кромки металла мундштук изолируется по бокам стеклотканью. В образовании сварного шва участвуют электродная проволока и стальные электродные пластины.

Устойчивость процесса возрастает с повышением электропроводности флюса. Чем хуже электропроводность флюса, тем при более высоком напряжении должна проводиться сварка. Флюс мало влияет на химический состав металла шва.

Режим сварки характеризуется следующими основными составляющими: силой тока, напряжением на шлаковой ванне, скоростью сварки, скоростью подачи электродной проволоки. Дополнительными параметрами являются величина зазора между свариваемыми кромками, сечение электродов и скорость поперечных перемещений электродов.

Сила сварочного тока зависит от скорости подачи электродной проволоки, но растет не пропорционально скорости подачи, а медленнее. При сварке на больших токах ширина провара с увеличением подачи проволоки уменьшается, так как снижается погонная энергия.

С повышением напряжения на шлаковой ванне увеличивается количество теплоты, выделяющейся в шлаковой ванне, и растет глубина проплавления кромок. Из всех составляющих режима напряжение оказывает наибольшее влияние на глубину проплавления кромок. При низком напряжении образуются непровары кромок; при чрезмерно большом напряжении шлаковая ванна кипит и нарушается устойчивость процесса.

Увеличение глубины шлаковой ванны приводит к уменьшению глубины проплавления свариваемых кромок и наоборот. При глубине ванны 70 мм и более могут возникнуть непровары. При глубине до 30 мм нарушается устойчивость процесса, наблюдается

RC

^ Производство сварных конструкций кипение шлака, всплески, разбрызгивание. Оптимальная глубина] шлаковой ванны — 40...60 мм.

Скорость сварки принимают в пределах 0,6... 1,0 м/ч — при' сварке углеродистых и низколегированных сталей и 0,4...0,6 м/ч — при сварке легированных и закаливающихся сталей.

Величина зазора существенно влияет на качество сварных сс единений. Уменьшение зазора вызывает заметное снижение ширины провара, ухудшает устойчивость процесса, затрудняет введение мундштуков в зазор. Увеличение зазора способствует устойчивости электрошлакового процесса, позволяет получить провар большой глубины, но снижает производительность. Оптимальный зазор составляет 25...30 мм независимо от толщины свариваемых изделий.

С увеличением диаметра электродной проволоки глубина проплавления увеличивается, повышается устойчивость электрошлакового процесса.

При увеличении скорости поперечных перемещений электрода vu п ширина проплавления кромок уменьшается; для обеспече ния надежного провара обычно vnu = 30...40 м/ч.

Скорость подачи электродной проволоки v3 (м/с) находят из соотношения

 

V-I —   ) 1

 

где Fa — площадь сечения наплавленного металла, см2; F3 — площадь сечения электрода, см2; п — число электродов.

Сварочный ток на одном электроде 1СВ (А) при заданной скорости подачи электродной проволоки определяют из соотношения

/св — 7 920^ ■+■ 90.

Напряжение на шлаковой ванне Uc (В):

Uc = 12 + ^/125 + S/(0,075n).

Сварочные автоматы перемещаются непосредственно по свариваемому изделию (безрельсовые автоматы А-612, А-1150, А-306М, А-501М, 140М и др.) или по рельсовой колонне, устанавливаемой параллельно свариваемым кромкам (автоматы АШ-112, А-372Р, А-433Р, А-535, А-645, А-741, А-Л170 и др.). Скорость перемещения сварочных автоматов регулируется автоматически в зависимости от скорости заполнения зазора расплавленным металлом.

Основные параметры режима электрошлаковой сварки перлитных сталей приведены в табл. 2.11.

 

 

Таблица 2.11. Параметры режима электрошлаковой сварки перлитных сталей

Характеристика	Сварка электродной проволокой	Сварка плавящимся мундштуком
5, мм	30... 500	Свыше 100
Зазор, мм	22...30	35 + 5
d„Р. мм	3...5	3...5
П, ШТ.	1—3	1 шт. на 50...70 мм толщины
упп, мм/с	9...10	—
Вылет электродов, мм	50...70	—
/св, А	До 700	Не более 700
ис, в	50...70	40...60
1>св1 м/ч	0,6... 1,0	0,6... 1,0

Электрошлаковую сварку широко применяют в тяжелом машиностроении для изготовления ковано- и литосварных конструкций, таких как станины мощных прессов и станков, коленчатые валы судовых двигателей, роторы и валы гидротурбин, котлы высокого давления и т.п.