3.4 Дозування компонента шлаку при електрошлаковому зварюванні протяжних швів

Сталість електрошлакового процесу визначається стабільністю таких параметрів, як температура шлакової ванни, довжина міжелек­тродного зазора, температура вильоту електрода і глибина проплавлен­ня основного металу.

Виділення теплової енергії у шлаковій ванні відбувається переваж­но за рахунок проходження електричного струму через розплавлений шлак, опір якого залежить від його хімічного складу і робочої тем­ператури. Хімічний склад шлаку обирається з умов забезпечення по­трібних технологічних і металургійних характеристик, які незначним чином змінювалися б у процесі зварювання, незважаючи на можливі відхилення параметрів його режиму. Досягти цього можна, підтримуючи незмінним хімічний склад шлаку протягом усього часу зварювання.

1 — CaF₂; 2 — SIO₂; 3 — МnО

Рисунок 3.29 – Зміна в часі вмісту деяких ком­понентів шлакової ванни при ЕШЗ сталей 15Х2НМФА (а) і 10ГН2МФА (б)

Це особливо важливо при ЕШЗ протяжних кільцевих і пря­молінійних швів, коли трива­лість зварювання може станови­ти 5—30 год, а кількість шлаку у зварювальному зазорі дуже мала (0,5—1,5 кг). Така порів­няно незначна маса шлаку має бути достатньою для обробки 300—1000 кг основного і присад­ного розплавленого металу (тоб­то приблизно 400 кг металу на 1 кг шлаку).

Досвід свідчить, що незважа­ючи на ретельний підбір компо­зицій флюсу, активні термодина­мічні і металургійні процеси при ЕШЗ призводять до помітної зміни хімічного складу шлакової ванни (рисунок 3.29, а, б), що, в свою чергу, істотно впливає на основні

характеристики шлаку як електричного провідника і металургійного агента.

Відомо, що значна зміна кількості окремих компонентів у шлаку може спричинити погіршення якості металу шва.

Періодичні добавки до шлакової ванни порцій флюсу з метою під­тримання потрібної її глибини не забезпечують відновлення вихідно­го хімічного складу шлаку. Зміна складу шлаку пояснюється перш за все взаємодією шлаку з металом, яка має місце протягом усього часу їхнього контактування.

П

1 — вихідний склад; 2 — 17 % CaF₂; 3 — 29 % CaF₂; 4 — 38 % CaF₂; 5—55 % CaF₂

Рисунок 3.30 – Залежність електропровід-ності шлаку АНФ-8 від його темпе­ратури:

Рисунок 3.31 – Зміна характеристик проце­сів ЕШЗ залежно від вмісту CaF₂ у флюсі (U_ш — const, v_e — const)

ід час зварювання низьколегованих сталей властивості металу шва значною мірою залежать від вмісту у шлаковій ванні таких ком­понентів, як SiO₂ і МnО. Значне зменшення кількості CaF₂ спричи­нене, очевидно, взаємодією його з

кремнеземом і випарами SiF₄ і HF. Компоненти флюсів справляють різний вплив на фізико-хімічні властивості шлаків. Так, збільшення вмісту CaF₂ істотно впливає на характеристики процесу, знижує температуру плавлення і в'яз­кість шлаків, підвищує їхню електропровідність, помітно впливає на вміст водню у металі шва, тип і кількість неметалевих включень (рисунок 3.30 і 3.31).

Наявність SiO₂ у шлаку впливає на його електропровідність, в'язкість, концентрації алюмінію і кисню у металі шва, а також на кількість і тип неметалевих включень.

Рис. 3.32. Зміна у часі хімічного складу шла­кової ванни при введенні CaF₂ у шлак в про­цесі ЕШЗ сталі 10ГН2МФА

Багаторічний досвід застосування ЕШЗ у важкому і енергетично­му машинобудуванні підтверджує потребу стабілізації хімічного скла­ду шлакової ванни під час зварювання протяжних швів, з одного бо­ку, і неможливість домогтися цього періодичним додаванням у зону зварювання додаткових пор­цій флюсу, з іншого.

Х

Рисунок 3.32 – Зміна у часі хімічного складу шлакової ванни при проведенні CaF₂ в процесі ЕШЗ сталі 10 ГН2МФА

імічний склад шлакової ванни можна стабілізувати, додаючи окремі компоненти, вміст яких у шлаку значно знижується у процесі ЕШЗ і які істотно впливають на основні фізико-хімічні власти­вості шлаку. З рисунка 3.29 ви­пливає, що таким компонентом шлаку є передусім CaF₂.

Встановлено, що втрати CaF₂ зa 1 год становлять 15 % від загальної маси у вихідно­му флюсі.

Під час ЕШЗ сталі 10ГН2МФА завтовшки 192 мм

із використанням двох електродних дротів і флюсу ОФ-6 до шлако­вої ванни вводили CaF₂ дозами (до 14 г) через кожні 30 хв за допо­могою автоматичного дозатора. Проби шлаку відбирали методом намо-рожування через кожний метр шва. Змінюваність хімічного складу шлаку у процесі зварювання зображено на рисунок 3.32, з якого видно, що додавання до шлакової ванни заданої кількості СаF₂ сприяє ста­білізації хімічного складу шлаку практично за всіма компонентами. При цьому досягається висока стійкість електрошлакового процесу і забезпечується рівномірність розподілу по всій довжині шва меха­нічних властивостей на рівні потрібних вимог.

Типова система керування дозуванням присадних матеріалів під час ЕШЗ розглянута в [6, рисунок 3.28].