19.2 Электрошлаковая сварка

При электрошлаковой сварке основной и электродный металлы расплавляются теплотой, выделяющейся при прохожде­нии электрического тока через шлаковую ванну. Процесс электрошлаковой сварки (рис. 19.2) начинается с образования шла­ковой ванны 3 в пространстве между кромками основного металла 6 и форми­рующими устройствами (ползунами) 7, охлаждаемыми водой, подаваемой по тру­бам 1, путем расплавления флюса элек­трической дугой, возбуждаемой между сварочной проволокой 4 и вводной план­кой 9. После накопления определенного количества жидкого шлака дуга шунтиру­ется шлаком и гаснет, а подача проволоки и подвод тока продолжаются.

Рис. 19.2 – Схемы процесса электрошлаковой сварки: 1 – трубы; 2 – сварочная ванна; 3 – шлаковая ванна; 4 – сварочная проволока; 5 – мундштук; 6 – кромки основного металла; 7 – ползуны; 8 – сварной шов; 9 – вводная планка; 10 – выводная планка

При прохождении тока через расплав­ленный шлак, являющийся электропрово­дящим электролитом, в нем выделяется теплота, достаточная для поддержания высокой температуры шлака (до 2000 °С) и расплавления кромок основного металла и электродной проволоки.

Проволока вво­дится в зазор и подается в шлаковую ван­ну с помощью мундштука 5. Проволока служит для подвода тока и пополнения сварочной ванны 2 расплавленным метал­лом. Как правило, электрошлаковую свар­ку выполняют при вертикальном положе­нии свариваемых заготовок. По мере за­полнения зазора между ними мундштук для подачи проволоки и формирующие ползуны передвигаются в вертикальном направлении, оставляя после себя затвер­девший сварной шов 8.

В начальном и конечном участках шва образуются дефекты:

- в начале шва – не­провар кромок,

- в конце шва – усадочная раковина и неметаллические включения.

Поэтому сварку начинают на вводной 9, а заканчивают на выходной 10 планках, ко­торые затем удаляют газовой резкой.

Шлаковая ванна – более распределен­ный источник теплоты, чем электрическая дуга. Основной металл расплавляется од­новременно по всему периметру шлаковой ванны, что позволяет вести сварку металла большей толщины за один проход.

Заготовки толщиной до 150 мм можно сваривать одним электродом, совершаю­щим поперечное колебание в зазоре для обеспечения равномерного разогрева шлаковой ванны по всей толщине. Металл толщиной более 150 мм сваривают тремя проволоками, а иногда и большим числом проволок исходя из использования одного электрода на 45...60 мм толщины метал­ла. Специальные автоматы обеспечивают подачу электродных проволок и их попе­речное перемещение в зазоре.

Автоматы перемещаются непосредст­венно по свариваемому изделию (безрельсо­вые) или по рельсовой колонне, устанавли­ваемой параллельно свариваемым кромкам. Скорость движения регулируется автомати­чески в зависимости от скорости заполнения зазора расплавленным металлом. Для сварки используют проволоку диаметром 2...3 мм. Сварочный ток – 750...1000 А.

В качестве источников питания применяют специальные трансформаторы для электро­шлаковой сварки с жесткой внешней харак­теристикой.

Электрошлаковая сварка имеет ряд преимуществ по сравнению с автоматиче­ской сваркой под флюсом: повышенную производительность, лучшую макрострук­туру шва и меньшие затраты на выполне­ние 1 м сварочного шва. Повышение про­изводительности обусловлено непрерыв­ностью процесса сварки, выполнением шва за один проход при любой толщине металла и увеличением сварочного тока в 1,5...2 раза. Макроструктура шва улуч­шается в результате отсутствия много­слойности и получения более однородного по строению однопроходного шва. Затра­ты снижаются вследствие повышения производительности, упрощения подго­товки кромок заготовок, уменьшения се­чения шва, а также расхода проволоки, флюса и электроэнергии.

К недостаткам электрошлаковой свар­ки следует отнести образование крупного зерна в шве и околошовной зоне вследствие замедленного нагрева и охлаждения.

После сварки необходима термическая) обработка (отжиг или нормализация) для измельчения зерна в металле сварного соединения.

Электрошлаковую сварку широко применяют в тяжелом машиностроении для изготовления ковано-сварных и лито-сварных конструкций, таких как станины и детали мощных прессов и станков, ко­ленчатые валы судовых дизелей, роторы и валы гидротурбин, котлы высокого давления и т.п. Толщина сваривае­мого металла составляет 50...2000 мм.