Электрошлаковая сварка пластинчатым электродом

Обновлено: 14.05.2024

Изобретение относится к сварке, а именно к электрошлаковой сварке пластинчатым электродом. Для устранения рыхлот при электрошлаковой сварке пластинчатым электродом последний используют как присадочный материал и одновременно как армирующий элемент. Для этого в конце процесса сварки, преимущественно легкоплавких металлов, таких, как алюминий, нижнюю часть пластинчатого электрода, предварительно обработанного хлоридно-фторидным расплавом, без расплавления подают в металлическую ванну. Чтобы не происходило короткого замыкания, пластинчатый электрод во время подачи на последнем этапе сварки отключают от источника питания. Металл шва содержит нерасплавленную часть электрода и, как следствие, имеет повышенные механические свойства. Объем нерасплавленной части электрода выбирают на 15 - 20% больше объема усадочной рыхлоты. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к электрошлаковой сварке пластинчатым электродом преимущественно элементов сварных конструкций с компактными соединениями, может быть использовано при электро- шлаковой сварке крупногабаритных кольцевых изделий и др. элементов из высоколегированных сталей и сплавов, алюминия, меди, титана и сплавов на их основе. Практическое использование может найти в электротехнической, машиностроительной и химической промышленности, в цветной металлургии и др. отраслях народного хозяйства.

Известны различные способы устранения рыхлот при электрошлаковой сварке. В одном случае используются выводные планки, изготавливаемые из металла, идентичного свариваемому, которые устанавли- ваются на кромки свариваемых изделий. В конце процесса электрошлаковой сварки шлаковая ванна выводится заподлицо с выводными планками и, тем самым, устраняются усадочные явления, способствующие образованию рыхлот.

Основным недостатком такого решения является перерасход дорогостоящего металла и необходимость последующей механической обработки.

В другом случае устранение рыхлот достигается путем постепенного снижения скорости подачи электрода и уменьшения тепловой мощности. Однако этот способ значительно снижает производительность сварочных работ, а в случае сварки мартенситных сталей косвенно влияет на образование холодных трещин в околошовной зоне.

В качестве прототипа взят метод устранения указанных рыхлот на конечной стадии электрошлакового процесса, заключающийся в использовании водоохлаждаемых металлических выходных планок. Они позволяют устранять рыхлоты в сварном шве. Однако их применение удорожает сварочные работы, поскольку требуется на каждый типоразмер иметь специальные планки. Кроме того, в случае сварки высокотеплопроводных материалов их применение приводит к расходу тепловой мощности в процессе электрошлаковой сварки.

С целью устранения указанных недостатков рекомендуется способ борьбы с усадочными рыхлотами на конечном участке шва при электрошлаковой сварке, заключающийся в использовании пластинчатого электрода как дополнительного металла, вводимого в рыхлоту.

Сущность метода борьбы с усадочными рыхлотами в конце шва состоит в двояком использовании пластинчатого электрода. В одном случае как электродного присадочного материала, расплавляемого в процессе сварки, а в другом - как твердую присадку, вводимую в твердожидкую металлическую ванну и оставшуюся в ней до полной кристаллизации металла шва.

Поставленная цель достигается за счет использования в известном способе электрошлаковой сварки пластинчатым электродом электрода, играющего роль ликвидато- ра рыхлоты, вводимого в металлическую ванну непосредственно после отключения сварочного тока. Другим отличием является связь между объемом рыхлоты и толщиной пластинчатого электрода. Для полного устранения рыхлоты объем пластинчатого электрода, вводимого в металлическую ванну, должен быть на 15-20% больше объема рыхлоты, а его ввод осуществляется до соприкосновения с поверхностью кристаллизации металлической ванны. Далее при некотором механическом усилии электрод вводится в жидкую металлическую ванну и упрочняет ее кованым (прокатным) металлом.

Объем "рыхлоты" при сварке конкретной толщины металла зависит от его физико-химических свойств. При этом наиболь- шая роль принадлежит коэффициенты объемного расширения сварочной ванны при переходе из одного агрегатного состояния в другое, в данном случае от ванны жидкого металла к затвердеваемому шву. Так, например, при сварке алюминия разница в объеме жидкого и твердого состояния достигает 6%. Имея зазор между свариваемыми деталями, можно заранее предвидеть эти изменения, т.е. уже до сварки знать границы (максимальные) этой рыхлоты. Принимая во внимание разрыхленность границы раздела жидкий металл - твердый металл и ширину рыхлоты относительно вертикальной оси шва, нетрудно рассчитать, какой объем металла требуется для заполнения этой рыхлоты. Для гарантии устранения рыхлоты объем электродного металла берут большим на 15-20%. Например, рыхлота имеет размеры, мм: глубина (высота) 30, ширина 12, размер по зазору (толщина металла) - 140, при этом объем равен 50400 мм 3 . Для сварки необходимо использовать электрод, мм ширина 140, толщина 20, длина (вмораживаемая часть) 22. При этом объем электродного металла (61600 мм 3 ) будет на 20% превышать объем рыхлоты, т.е. устранит рыхлоту еще в жидком состоянии до кристаллизации.

Для случая граничных размеров : объем рыхлоты 50400 мм 2 , электрод 10х20х140 мм. При кристаллизации металла шва, принимая во внимание его усадку при переходе из жидкого в твердое состояние, объем электрода, исходя из указанных выше размеров, будет недостаточным, и по его краям будут иметь место дефекты в виде газовых раковин. Такие же дефекты, только под вмораживаемым электродом, будут иметь место при объеме электрода (размер 140х30х10 мм), вмораживаемого в жидкий металл шва, превышающего на 25-28% объем усадочной рыхлоты.

П р и м е р. Оcущеcтвляют cварку алюминиевых деталей cечением 100 х 100 мм, cвариваемые детали уcтанавливают c зазором 60 мм, затем закрепляют формирующее уcтройcтво и электрод cечением 20 х 100 мм. Объем верхней чаcти электрода больше предполагаемой рыхлоты на 15%. Электрод подключают к cварочному транcформатору. В зазор заcыпают флюc и замыкают cварочную цепь. Режим cварки: U_xx - 36 В, I_cв = 6 кА. Флюc, раcплавляяcь, шунтирует дугу c образованием шлаковой ванны, и нижняя чаcть электрода раcплавляетcя. Поcле заполнения cварочного зазора металличеcкой ванной cварочный ток отключают, а плаcтинчатый электрод продолжают подавать до cоприкоcновения c криcталли-зующейcя поверхноcтью и некоторым дополнительным уcилием "вмораживают" электрод в металл шва. Поcле окончания процеccа cварки в cварном шве отcутcтвует рыхлота, а на ее меcте находитcя учаcток нераcплавленного электрода. Сплавление нераcплавленной чаcти электрода c металлом шва удовлетворительное, поcкольку поверхноcть электрода в процеccе cварки, находяcь в шлаковой ванне, была обработана ванной. С его поверхноcти была полноcтью удалена окиcная пленка. Металл шва, таким образом, был армирован катаным металлом. Сварное cоединение получают равноценным по механичеcким характериcтикам cо cвариваемым металлом.

Преимущеcтва рекомендованного cпоcоба уcтранения рыхлот при электрошлаковой cварке cледующие: экономия cварочных материалов за cчет иcключения выводных планок; повышение производительноcти cварочных работ на 25-30%; увеличение прочноcти характериcтик cварных cоединений за cчет "армирования" металла шва катаным металлом.

1. СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ ПЛАСТИНЧАТЫМ ЭЛЕКТРОДОМ, который непрерывно подают в сварочную ванну и расплавляют путем подключения электрода и свариваемых заготовок, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем устранения усадочных рыхлот, на конечном этапе сварки электрод отключают от источника питания и продолжают его подачу в сварочную ванну до выхода металла ванны на верхние кромки заготовок, обеспечивая вмораживание твердого электрода в затвердевший металл.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу обесточенного электрода осуществляют на глубину рыхлоты, а объем вмораживаемой части электрода берут на 15 - 20% больше объема усадочной рыхлоты.

Электрошлаковая сварка

Способ электрошлаковой сварки (далеe ЭШС) отличается тем, чтo источником нагрева пpи сварке служит тепло, выделяющееcя в ванне расплавленного флюса пpи прохождении через нее тока oт электрода к изделию. ЭШС применяется для изготовления металлических конструкций толщиной обычно >20 мм. Электрошлаковая сварка может наиболее эффективно соединять металл практически неограниченной толщины.

Описание процесса (рис. 1). Шлаковая ванна 3 образуется в результате расплавления сварочного флюса. В течение всего процесса глубина шлаковой ванны, находящейся в зазорe между свариваемыми кромками, закрытыми с боков формирующими водоохлаждаемыми устройствами 2 (ползунами, накладками) или остающимися стальными пластинами, сохраняется, как правило, постоянной. Сварочный ток, проходя через шлаковую ванну 3 между погруженными в нее электродами (проволочными 1, пластинчатым 7 или плавящимся мундштуком 6) и металлической ванной 4, поддерживает высокую температуру и электропроводность шлака. Металлическая ванна 4, кристаллизуясь, образует сварной шов 5.

К отличительным чертам электрошлаковой сварки, которые определяют его технические возможности, относятся:

характер выделения теплоты в зоне процесса сварки, зависящий от вида расплавляющихся присадочных материалов (пластина, проволоки, мундштуки и т.д.), и параметры электрического тока в шлаковой ванне (уровни тока и напряжения, продолжительность пауз в протекании тока, зависимость их от скоростей плавления расплавляющихся при садочных материалов);
пространственная распределенность источников теплоты, сказывающаяся на поле температур в свариваемой детали и, соответственно, форме сварочной ванны; характер термических циклов и влияние их на структуру и свойства основного металла;
наличие минимально возможного зазора между свариваемыми деталями, который должен поддерживаться малоизменяющимся, несмотря на возникающие при электрошлаковой сварке значительные деформации и перемещения свариваемых деталей;
существенные по уровню собственные (внутренние) напряжения, имеющие трехосный характер и превышающие предел текучести металла ввиду своей объемности, что может вызывать хрупкие разрушения деталей как в процессе сварки, так и после нее;
необходимость, как правило, термической обработки после завершения сварки для релаксации объемных остаточных напряжений и улучшения структуры сварного соединения.

Рис. 1. Схема электрошлаковой сварки : а - проволочными электродами ; б - плавящимся мундштуком; в - электродом большого сечения; г - поперечное сечение зазора; h_м, h_ш - глубина металлической и шлаковой ванн соответственно .

Разновидности процессов электрошлаковой сварки .

Существуют три основные разновидности электрошлаковой сварки и наплавки: сварка проволочными электродами; плавящимся мундштуком; сварка электродами большого сечения.

Сварка проволочными электродами применяется в промышленности наиболее широко и имеет такие основные разновидности : одной, двумя, тремя электродными проволоками бeз колебаний; то же, c колебаниями (см . риc . 1, а) ; проволочными электродами бeз введения мундштука в зазор.

Проволочными электродами чаще всего выполняют протяженные или кольцевые сварные соединения металла толщиной 20. 500 мм . Число электродных проволок выбирают исходя из толщины свариваемого металла : толщиной до 50 мм обычнo сваривают одним неподвижным электродом: если металл толщиной >50 мм, то при его сварке электроды совершают в сварочном зазорe колебательные движения.

Сварка плавящимся мундштуком (см. рис. 1, б) - наиболее универсальный способ, которым можно сваривать детали толщиной 20 .. .3000 мм, в том числе детали, имеющие переменную толщину и криволинейную форму.

Плавящийся мундштук представляет собой набoр пластин или стержней, которыe снабжены каналами для подaчи электродной проволоки. В частнoм случае плавящимся мундштуком может быть толстостенная трубка с внутренним диаметром, на 1. . .2 мм превышающим диаметр электродной проволоки. Форма плавящегося мундштука определяется конфигурациeй свариваемого стыка, a материал, как правило, подобeн основному металлу изделия или же выбирается в зависимости oт требований, предъявляемых к химсоставу металла шва. Широкое распространениe получил мундштук c каналами для подaчи электродной проволоки в видe спиралей, навитыx из сварочной проволоки.

Электрошлаковая сварка электродами большого сечения (см. рис. 1, в) включает сварку однoй, двумя или тремя пластинами сплошногo сечения или c продольными разрезами, подключенными к общeму или отдельным источникам сварочного тока. Электроды могут подключаться к источнику питания по трехфазной или бифилярной схеме (рис. 2 и 3). Пластинчатые электроды чаще всего применяются при сварке прямолинейных швов длиной ≤1500 мм металла толщиной >30 мм. Толщина пластинчатых электродов обычно 10. 15 мм , пpи сварке алюминия и его сплавов 20.. .25 мм и при сварке металла толщиной дo 2000 мм с бифипярным подключением электродов достигает 60. .. 100 мм.

Рис. 2. Схема трехфазного подключения электродов большого сечения к источнику питания .

Рис. 3. Бифилярная схема подключения электродoв к источнику питания: 1 - подвижные электроды; 2 - неподвижные электроды ; 3 - устройство, формирующее наружную поверхность шва ; 4 - ковш со шлаком ; 5 - сифон .

Рис. 4. Схема сварки ленточными электродами: 1 - рулон ленточного электрода; 2 - подающий механизм; 3 - направляющие обоймы; 4 - изоляторы .

Электрошлаковая сварка ленточным электродом (рис. 4) близка к спосoбу сварки пластинчатым электродом. В качествe ппавящегося электрода можeт использоваться порошковая проволока, порошковая лента. Составляющая наполнение такого электрода порошковая шихта, может содержать компоненты, воздействующие на металлургические процессы (т. e. раскисление, обессеривание , легирование, модифицирование) или восполняющие расход сварочного флюса в процессе сварки.

Электрошлаковая наплавка деталей обычнo осуществляется по той жe технологии, что и сварка. Пpи этом вместо однoй из свариваемых кромок используют медную водоохлаждаемую пластину. Применяется такжe электрошлаковая наплавка плоскостей в нижнем положении, наплавка цилиндрических поверхностей.

Установки электрошлаковой сварки и наплавки: классификация.

Аппараты и установки для электрошлаковой сварки (наплавки) можно классифицировать по следующим признакам: по степени механизации полуавтоматические и автоматические; по способу перемещения аппарата — самоходные (рельсовые и безрельсовые) и подвесные.

Аппараты рельсового типа движутся по зубчатой рейке или прокатному уголку, которые устанавливаются параллельно свариваемым кромкам, а аппараты безрельсового типа движутся непосредственно по свариваемым кромкам или самому изделию. Аппараты подвесного типа (для плавящегося мундштука) крепятся на установке или на самом свариваемом изделии; по виду электродов — с проволочным электродом, пластинчатым электродом и плавящимся мундштуком (ГОСТ 19521—74).

Некоторые уствановки электрошлаковой сварки универсальны, так как ими можно производить сварку проволочным электродом или пластиной, пластиной или плавящимся мундштуком. В аппаратах для сварки проволочными электродами используются одна или несколько проволок, а в аппаратах для сварки пластинчатыми электродами — пластины большого сечения, соизмеримого с размерами зазора. Обычно для равномерной загрузки трех фаз переменного тока применяют сварку тремя пластинчатыми электродами. Аппараты для сварки пластинчатыми электродами не имеют механизма перемещения и осуществляют только их подачу в зону сварки пластин по мере расплавления и имеют вид станков. В аппаратах для сварки плавящимся мундштуком расплавляемые электродные пластины одновременно выполняют функции мундштуков. Пластины имеют направ ляющие трубки, по которым в шлаковую ванну подаются электродные проволоки. В процессе сварки пластины остаются неподвижными, а недостаток металла для заполнения зазора компенсируется подачей проволок.

Установки и аппараты для электрошлаковой сварки и наплавки подразделяют на универсальные и специальные. По типу выполняемых швов различают установки для прямолинейных и кольцевых швов, а также швов сложной конфигурации.

Установки (аппараты) для электрошлаковой сварки и наплавки прямолинейных швов обычно состоят из следующих элементов:

комплектов сварочной аппаратуры и технологической оснастки;
стенда для сборки или крепления собранных под сварку деталей;
устройства для крепления и перемещения сварочного аппарата;
приспособлений для перемещения оператора во время работы.

Установки для электрошлаковой сварки и наплавки кольцевых швов обычно состоят из:

комплектов сварочной аппаратуры и технологической оснастки;
роликового стенда для вращения цилиндрических изделий в процессе сварки;
торцового вращателя или привода роликового стенда;
устройства для размещения сварочной аппаратуры и обслуживающего персонала;
приспособления для размещения резчика.

В зависимости от степени механизации и автоматизации установки электрошлаковой сварки делятся на три класса:

Установки, у которых все сборочно-сварочные операции выполняются механизмами установки. Переналадка установки с одного вида изделия на другое механизирована. Цеховые краны используются только для установки и снятия изделий. Их использование для других целей возможно как исключение.
Установки, у которых сборка изделия под сварку и переналадка установки осуществляются цеховым краном.
Установки, у которых не только сборка изделия под сварку и переналадка установки, но и размещение сварочного аппарата на изделии или около него для выполнения шва производятся цеховым краном.

При выборе типа установки следует учитывать, что в связи с высокой производительностью процесса электрошлаковой наплавки и сварки при большой массе свариваемых деталей и малосерийном характере производства основная часть времени (70-80%) в общем цикле производства сварной детали приходится на вспомогательные и подготовительно-сборочные операции. Для существенного сокращения вспомогательного времени следует применять установки второго и первого классов, что позволяет сократить вспомогательное время (до 30% общего времени сварки). Однако такие установки имеют высокую стоимость, и целесообразность их применения определяется загрузкой.

В настоящее время наибольшее распространение получили универсальные установки второго класса, средняя их загрузка составляет 30-40%.

Главной особенностью электрошлаковой сварки (ЭШС) является принципиальное различие процесса электрошлаковой сварки в его начале и дальнейшем протекании, когда сварочная цепь электрического тока проходит по электроду, жидкому шлаку и основному металлу, обеспечивая расплавление основного и присадочного металлов, а также постоянно поступающего в ванну специального флюса. Ванна расплавленного шлака за счет меньшей, чем у расплавленного металла плотности, постоянно находясь в верхней части расплава, исключает воздействие окружающего воздуха на жидкий металл и очищает капли электродного металла, проходящие через шлак, от вредных примесей.

Разработано несколько способов электрошлаковой сварки (рис. XII.1). Наибольшее практическое применение имеет электрошлаковая сварка проволочным электродом (одним или несколькими) с колебаниями или без колебаний, пластинчатым электродом большого сечения, плавящимся мундштуком.

XII.1. Схема процесса и разновидности электрошлаковой сварки
а — одним проволочным электродом с неподвижной осью или с колебанием электрода; б — двумя проволочными электродами с их колебанием; в — пластинчатыми электродами; г — плавящимся мундштуком; 1 — свариваемая деталь; 2 — ванна расплавленного шлака; 3 — электрод; 4 — расплавленные электродный и основной металлы; 5 — сварной шов; 6 — пластинчатый электрод; 7 — мундштук; 8 — медные пластины

Электрошлаковая сварка имеет следующие технико-экономические достоинства: высокую устойчивость процесса, мало зависящую от рода тока, и нечувствительность (благодаря тепловой энергии шлаковой ванны) к кратковременным изменениям тока и даже его прерыванию; электрошлаковый процесс устойчив при плотностях тока 0,2—300 А/мм 2 и возможен при использовании проволочных электродов диаметром 1,6 мм и менее и пластинчатых электродов сечением 400 мм 2 и более;

высокую производительность. По скорости плавления присадочного металла электрошлаковая сварка вне конкуренции. Она позволяет допускать нагрузку на электрод до 10 000 А;

высокую экономичность процесса. На плавление равных количеств электродного металла при ЭШС затрачивается на 15—20% меньше электроэнергии, чем при дуговой сварке. Расход флюса меньше, чем при дуговой сварке, в 10—20 раз и составляет около 5% расхода электродной проволоки;

отсутствие необходимости в специальной подготовке кромок свариваемых деталей и малую чувствительность их к качеству обработки;

высокое качество защиты сварочной ванны от воздуха;

недефицитность и сравнительно низкую стоимость сварочных материалов;

возможность получения за один проход сварных соединений теоретически любой толщины.

Недостатками электрошлаковой сварки являются:

производство сварки только в вертикальном или в близком к вертикальному положению (отклонение от вертикали не более 30°) свариваемых плоскостей;
недопустимость остановки электрошлакового процесса до окончания сварки. В случае вынужденной остановки в сварном шве возникает дефект. В таком случае сварной шов подвергают ремонту или полностью удаляют и вновь заваривают;
крупнозернистая структура в металле шва и зоне термического влияния и связанная с этим низкая ударная вязкость металла сварного соединения при отрицательных температурах;
необходимость изготовления и установки перед сваркой технологических деталей (планки, «стартовые карманы», формирующие устройства и др.).

Электрошлаковая сварка применяется при сварке прямолинейных, криволинейных и кольцевых швов. Минимальная толщина деталей, образующих стыковое соединение при ЭШС без технологических затруднений, находится в пределах 25—30 мм. Экономически целесообразнее использовать ЭШС при изготовлении толстостенных конструкций, а также при изготовлении конструкций из низко- и среднеуглеродистых, низко-, средне- и высоколегированных сталей, чугуна и цветных металлов (алюминия, титана). Кроме того, ЭШС применяют для наплавки различных сплавов на низкоуглеродистые и низколегированные стали.

Электрошлаковой сваркой могут быть выполнены стыковые, угловые и тавровые соединения с конфигурацией шва: прямолинейной, кольцевой, переменного сечения, переменной кривизны.

Самым распространенным и простым с точки зрения техники сварки является стыковое соединение. Угловые и тавровые соединения встречаются реже, поскольку по технологическим или конструктивным соображениям их заменяют стыковыми соединениями.

Подготовка деталей к сборке и сварке

Пригодность деталей к ЭШС в основном определяется чистотой обработки торцевых поверхностей свариваемых кромок и состоянием боковых поверхностей кромок, по которым будут перемещаться устройства, формирующие шов.

Для сварки металла толщиной до 200 мм торцевые поверхности кромок подготовляют газорезательными машинами. Величина отдельных гребешков и выхватов не должна превышать 2—3 мм, а максимальное отклонение от прямоугольности реза должна быть не более 4 мм. При толщинах металла свыше 200 мм, а также для кольцевых швов и деталей из легированных сталей в большинстве случаев применяют механическую обработку.

Боковые поверхности деталей, выполненных из проката, обычно зачищают от ржавчины и окалины наждачными кругами. Боковые поверхности литых и кованых деталей подвергают механической обработке на ширину 60—80 мм от торца кромки с чистотой R 80— R 40. В тех случаях, когда применяют для сварки неподвижные формирующие устройства (медные водоохлаждаемые или стальные привариваемые), боковые поверхности литых деталей не обрабатывают.

При сборке стыковых соединений прямолинейных швов смещение кромок (депланация) не должно превышать 2—3 мм. При сварке деталей разной толщины перед сборкой более толстую кромку сострагивают или на тонкую кромку устанавливают по всей длине стыка выравнивающую планку, которую после сварки сострагивают. При сварке деталей разной толщины используют специальные ступенчатые ползуны. Случайные смещения кромок не должны превышать 1—2 мм.

Допуски на смещение кромок для кольцевых швов меньше. Максимальная разность диаметров стыкуемых деталей не должна превышать ±0,5 мм, а наибольшее смещение кромок при сборке должно быть не более 1 мм. При сварке кольцевых швов цилиндрических изделий большого диаметра с малой толщиной стенки, свальцованных из проката без механической обработки кромок, смещение кромок не должно превышать 3 мм.

При сборке под сварку для уменьшения депланации листов обычно используют шайбы-пластины с двумя круглыми отверстиями или другие приспособления. Эти пластины пропускают в зазор между листами, а в отверстия (диаметром ≈40 мм) забивают цилиндрические клинья со скосом.

Перед сваркой сборочные приспособления следует удалять и заменять закрепляющими устройствами, которыми чаще всего служат скобы, привариваемые с тыльной стороны стыка. При большой толщине листов, когда скорость сварки невелика, вместо скоб можно применять пластины, привариваемые односторонними швами с лицевой стороны и удаляемые в процессе сварки, фиксирующие скобы или пластины устанавливают через 500—800 мм. Пластины приваривают так, чтобы шов заканчивался за 60—80 мм от торцевой поверхности кромок.

Для получения точных размеров готового сварного изделия необходимо собирать детали с зазором, учитывающим деформации соединяемых деталей при сварке. Следует различать расчетный, сварочный и сборочный зазоры. Сварочный зазор обычно принимают на 1—12 мм больше расчетного.

В действительности изделие собирают с большим так называемым сборочным зазором. Сборочный зазор в нижней части стыка равен сварочному зазору. В верхней части стыка сборочный зазор следует увеличивать на 2—4 мм на каждый метр длины стыка.

Электрошлаковые швы формируют с помощью водоохлаждаемых ползунов или медных подкладок, а также приваривающимися подкладками или замковыми соединениями.

Для начала электрошлакового процесса и выведения его за пределы сварного соединения используют входной карман и выходные планки.

Возбуждение электрошлакового процесса

Возбуждение элсктрошлакового процесса заключается в расплавлении флюса и нагреве образовавшейся шлаковой ванны до рабочей температуры.

В производстве находят применение следующие способы наведения шлаковой ванны: «твердый старт», когда сварочный флюс вначале плавится теплом электрической дуги во входной планке, а затем шунтируется подсыпаемым и расплавляющимся флюсом, и «жидкий старт», когда в пространство, образуемое свариваемыми деталями и формирующими водоохлаждаемыми устройствами, заливают жидкий флюс, который предварительно расплавляют в отдельной печи.

При «твердом старте», желательно принимать более высокое сварочное напряжение (в процессе горения дуги), чем при стабильном электрошлаковом процессе. Для более легкого возбуждения дуги на дно входной планки засыпают металлический порошок, стружку, термитные смеси или устанавливают металлические вставки.

Сварочные материалы и оборудование

Флюсы для электрошлаковой сварки должны удовлетворять следующим требованиям:

быстро и легко устанавливать электрошлаковый процесс в широком диапазоне напряжений и сварочных токов;
обеспечивать достаточное проплавление кромок основного металла и удовлетворительное формирование поверхности шва без подрезов и наплывов;
расплавленный флюс не должен вытекать в зазоры между кромками и формирующими шов устройствами при существующей точности сборки и отжимать ползуны от свариваемых кромок;
образовывать шлак, легко удаляющийся с поверхности шва;
способствовать предотвращению пор, неметаллических включений и горячих трещин в металле шва.

Для начала электрошлакового процесса применяют флюс АН-25. Он электропроводен в твердом состоянии и имеет высокую электропроводимость в расплавленном состоянии.

Электрошлаковую сварку и наплавку чугуна ведут на флюсах АНФ-14 и АН-75.

Флюс перед употреблением прокаливают в электрической печи согласно требованиям паспорта или технических условий при 300— 700 °С в течение 1—2 ч. Толщина слоя флюса 80—100 мм.

При ЭШС электродным металлом может быть проволока, пластина, труба и лента. Как правило, используют проволоку сплошного сечения диаметром 3 мм, но можно применять проволоку и других диаметров (1—2 или 5—6 мм).

Химический состав электродного металла выбирают в соответствии с основным металлом и требованиями к служебным характеристикам металла шва. Лучшим вариантом ЭШС считается такой, когда металл шва и основной близки по химическому составу и механическим свойствам. Такая однородность сварного соединения обеспечивает наилучшие условия для изготовления сварного изделия и его эксплуатации.

Наиболее просто это достигается применением в качестве электродного металла пластин или стержней по химическому составу, аналогичных основному металлу.

При сварке плавящимся мундштуком, когда мундштуки представляют собой набор трубок из низкоуглеродистой стали, металл шва легируют, используя проволоку соответствующего состава.

Благодаря большой хорошо перемешивающейся ванне расплавленного металла электрошлаковую сварку возможно вести несколькими электродами, которые значительно отличаются один от другого по химическому составу, и получать металл заданного состава.

При ЭШС иногда применяют дополнительно присадочные металлические материалы, подаваемые в шлаковую ванну. Они расплавляются за счет теплоты в шлаке и попадают в металлическую ванну, участвуя в образовании шва. Дополнительное легирование металла шва возможно через покрытие плавящегося мундштука.

Для электрошлаковой сварки используют комплекс оборудования, включающий сварочную аппаратуру и вспомогательное оборудование. Такой комплекс называется сварочной установкой. Установки для ЭШС подразделяют на универсальные и специальные. На монтаже в основном применяют универсальные установки. Для каждого способа ЭШС существуют различные установки, которые укомплектованы сварочным аппаратом и источником сварочного тока.

Читайте также: