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.