Электрошлаковая сварка: сущность, флюсы, процесс, применение

Это тоже сварка. Тоже металлов. Тоже через нагревание соединяемых деталей. Вот только тепло для этого нагревания формируется от тока, который проходит через оплавленный шлак. Зачем такие трудности, когда можно нагреть детали без лишней возни?

А вот зачем: это классный способ для сварки в самых проблематичных для сварщиков плоскостях – вертикальных. Или для работы с металлическими кромками большой толщины, которые также являются весьма непростыми объектами для мастеров.

Подробнее о способе сварки

Как выполняется электрошлаковая сварка?

Теперь официально: электрошлаковая сварка ЭШС – способ, основанный на выделении тепла в результате прохождения тока через специальный расплавленный шлак. Этот шлак плавится в ванне – пространстве между краями соединяемых металлических деталей. В ванну погружается электрод из металлического стержня, чтобы ток шел между электродом и металлом детали.

Температура в шлаковой ванне должна быть очень высокой, вплоть до 1600 – 1700°С, во всяком случае она должна превышать уровень температур плавления электрода и основного металла. Когда проволока электрода расплавляется, дуга гаснет, и дальнейший процесс идет за счет тепла, получаемого от тока в шлаке. Дальше плавка является уже бездуговой.

Немного физики и шлака

Схема электрошлаковой сварки в принципе несложная: когда в шлаке плавится электрод и кромка заготовки, расплавленный металл оседает на дно, формируя новую – металлическую ванну. Эта ванна твердеет и формирует в итоге сварочный шов. Электрод в таком процессе всегда подается сверху вниз.

Это технология принудительного образования сварочной ванны, которая отлично подходит при вертикальных осях швов. Суть этой технологии – искусственное охлаждение той самой «новой» металлической ванны.

Причем здесь шлак? Главная его функция – превращение энергии электрической в тепловую. Поэтому сам шлак должен быть электропроводным. Проводимость шлака – величина, к сожалению, не постоянная. Она резко повышается с ростом температуры, особенно в состоянии плавления. А при понижении температуры шлак вовсе перестает проводить ток.

Конечно, проводимость зависит и от состава шлака. Если в нем присутствует, к примеру, титан, шлак является неплохим проводником даже в твердом состоянии при обычной температуре. Это называется электронной проводимостью. Что же касается привычной проводимости, появляющейся в жидком расплавленном шлаке, она называется ионной.

Фтористый кальций также является весьма желанной составной частью шлака: электропроводность с ним просто отличная, она помогает сэкономить и время, и энергию, которые нужна для трансформации дугового этапа плавления в электрошлаковому.

Классификация типов электрошлаковой сварки

Схема аппарата для электрошлаковой сварки.

Электрошлаковая сварка может подразделяться по самым разным критериям.

По типу формирования сварочной ванны:

• свободное формирование ванны;
• принудительное формирование ванны.

Если принять во внимание тип электродов и способ их погружения в сварочную ванну, ЭШС делится на три вида:

ЭШС с проволокой

По данной технологии электродная проволока подается в сварочную шлаковую ванну постепенно, по ходу их расплавления. Электроды передвигаются в горизонтальной плоскости медленно и ровно – их движение поступательное.

В результате обеспечивается ровное нагревание толщины кромок свариваемых металлических заготовок. Немаловажный фактор: для реализации данного способа нужен практический опыт сварщика, новичкам здесь будет непросто.

ЭШС с пластинами

Это метод с использованием электродов в виде пластин и с большим диаметром, который нужен для того, чтобы максимально перекрыть зазор между соединяемыми заготовками. Пластинки электродов фиксируются, чтобы подаваться в ванну через короткие промежутки времени – в зависимости от того, хватает ли расплавленного металла в ванне для заполнения зазора между поверхностями.

Следует ответить, что конструкция аппаратов для ЭШС пластинами или электродами с большим диаметром проще в использовании, чем при ЭШС с помощью проволоки.

Электроды с большим диаметром бывают разной формы: их сечения могут быть прямоугольными или круглыми, если нужно работать с заготовками цилиндрической формы. Они бывают даже полые внутри, заполненные металлической крупкой.

ЭШС плавящимся мундштуком

По своей сути это комбинация двух первых технологий. Пластина из электрода также фиксируется в зазоре, в который подается проволока с помощью направляющих трубок. В процессе сварки пластины неподвижны, потому что расплавленного металла в ванне вполне достаточно за счет подающейся проволоки.

В аппарат для ЭШС с мундштуком входит специальный переносной механизм для подачи проволоки. Все детали и мелкие конструктивные элементы в ЭШС описаны в ГОСТе 15164.

Какие выводы можно сделать? Для сварки металлических деталей с краями большой толщины нужно использовать либо специальные колебательные движения электродов для постепенности прогревания, либо электроды с пластинами или большого диаметра. А самым лучшим вариантом будет сочетание этих способов.

В промышленности чрезвычайно популярна сварка проволокой. Это швы самой разной формы с любой длиной, края деталей любой толщины: от 20-ти до 600 миллиметров. Если применяются пластины, варить можно швы тоже любой толщины, но с ограниченной длиной до 1,5 метров. Пластинчатая ЭШС возможна с чугунными электродами, ведь из чугуна практически невозможно сделать проволоку.

Особенности и отличия ЭШС, плюсы и минусы

Для начала определимся с особенностями ЭШС в сравнении с дуговой технологией – как ручной, так и автоматической.

Экономия ресурсов

При ЭШС ток проходит через шлак, поэтому в процессе нет никакого разбрызгивания, которое обычно имеет место в дуговой сварке из-за массивного выделения газов. Шлак не разбрызгивается вообще. Благодаря этому факту сварочная шлаковая ванна может оставаться открытой.

Шлак подается в нее очень понемногу: его количество должно быть таким же, как в шлаковой корке толщиной 1,5 мм на поверхности сварочного шва. Такие малые дозы делают возможной высокую производительность и экономию электроэнергии, она полностью расходуется на плавку металла и электрода.

Кроме этого, плавление краев металлических заготовок проводится на значительно большем расстоянии от электрода. Такое практически невозможно при дуговой сварке.

Любая толщина металла по плечу

Схема электрошлаковой сварки.

Электрошлаковая сварка – истинная любимица в тяжелом машиностроении благодаря огромным возможностям в сварке массивным металлических деталей с кромками большой толщины. На один электрод можно осуществить сварку одним проходом краев с толщиной от 150-ти до 200 мм.

А если электродов несколько, то толщина кромок практически не ограничена. Эти свойства делают технологию ЭШС весьма перспективной в промышленности.

Оборудование для ЭШС

Технология электрошлаковой сварки относится к особым методам. Оборудование и расходные материалы для нее тоже особые. Это касается, прежде всего, химического состава многочисленных вариантов флюсов, предлагаемых на рынке для ЭШС.

• Марганцевые флюсы с высокими долями кремния и железа. Отлично подходят для работы со сталями низколегированных типов.
• Низкокремниевые марганцевые флюсы также предназначены для сталей теплоустойчивого типа перлитного класса, а также для низко- и среднелегированных сплавов стали.
• Безмарганцевые низкокремнистые смеси подходят для бронированных металлов.
• Фторидные флюсы выбирают для сварки деталей из нержавейки или чугуна.

Пара слов о сварочном шве высокого качества.

Качество сварочного шва – самый главный в итоге критерий эффективности всех технологий работы по металлу. Особенность ЭШС в виде минимального и очень постепенного пополнения шлаковой ванны новыми дозами флюса выливается в постоянный химических состав металла сварочного шва. А это напрямую влияет на его высокое качество.

Мы уже писали выше, что электрошлаковая сварка проводится при вертикальном положении оси шва. Благодаря этому факту газовые пузыри и частицы шлака всплывают и удаляются легче и быстрее, чем при горизонтальном положении. Вследствие этого пустоты шва заполняются металлом намного лучше.

При ЭШС практически не образуются поры и никакие другие участки низкой плотности, по крайней мере, эти дефекты наблюдаются намного реже и в меньшем количестве, чем при дуговой сварке в нижнем расположении.

Следующее преимущество – отличные температурные условия для рабочей зоны. Нагревание краев металлических деталей стартует на поверхностном уровне шлаковой ванны, а расплавление этих краев начинается лишь в самой близости от вновь образованной металлической ванны.

Между этими процессами – началом подогрева краев свариваемых металлических заготовок и их расплавлением проходит совсем небольшое время – всего 2 – 3 минуты. Но их вполне хватает, чтобы скорость нагрева и скорость следующего за ним охлаждения были ниже, чем при других способах сварки. Это называется стабильностью, что напрямую работает по высокое качество шва.

Перед сваркой по технологии ЭШС кромки металлических деталей разделывать не нужно. Их складывают с зазором, который по идее заменяет эту разделку. Такой подход позволяет снизить ресурсные затраты при подготовке кромок к процессу сварки.

Электрошлаковая сварка предполагает симметричное расположение электродов. Поэтому при ее использовании нет никаких угловых изменений в виде деформации. Если толщина свариваемых металлов небольшая, например, в пределах 40 – 50 мм, ресурсные затраты на ЭШС выше, чем при дуговой сварке по флюсовой технологии, так что тонкие детали лучше варить без шлака.

А вот если толщина кромок большая, выше, например, 100 мм, то применять лучше ЭШС, которая намного производительнее и экономичнее дуговой.

Конечно, есть и кое-какие недостатки. Ориентация шва должна быть только вертикальной, иногда это не очень удобно. Процесс сварки должен быть непрерывным в обязательном порядке, в противном случае могут образоваться дефекты, в результате чего придется делать повторную сварку. Шов при ЭШС отличается своеобразной структурой – она особая, крупнозернистая.

Где и зачем нужна ЭШС

Режимы электрошлаковой сварки.

Экономия металлов, их долговечность и надежность, снижение металлоёмкости конструкций с одновременным повышением их прочности – только часть задач постоянного характера, которые стоят в отраслях, связанных с современным машиностроением.

Давно высчитано, что при производстве сварных металлических конструкций затраты на промежуточные ресурсы и расходные материалы составляют больше половины общих расходов. Особенно это актуально для отраслей, касающихся массивного крупногабаритного оборудования разного толка, но больше всего газовой, нефтяной и энергетической.

Если с самого начала электрошлаковая технология была изобретена исключительно для сварки в вертикальном положении, то в последующем обнаружились серьезные преимущества этого способа с точки зрения экономии ресурсов.

Важно знать перед работой

Есть ряд нюансов, о которых нужно помнить всегда:

• Обязательное требование – тщательнейшая очистка поверхностей в месте сварки от грязи и любых следов окисления. Если этого не сделать, внутри шлаковой ванны потеряется одно из самых главных достоинств: стабильность плавления.
• Еще одно обязательное условие – соблюдение одной и той же температуры нагрева металла и плавления, это должна быть наибольшая приближенность.

Источник: https://tutsvarka.ru/vidy/elektroshlakovaya-svarka

Что такое электрошлаковая сварка

18.02.2019

В промышленных масштабах для вертикального соединения металлов используют метод ЭШС. Электрошлаковая сварка позволяет при минимальных затратах получать качественное соединение.

Флюс не только предохраняет расплав от окисления, но и обеспечивает прогрев деталей. Электрод или сварная проволока выступают легирующим металлом, в составе расплава до 20% присадки. Он заполняет зазор между соединяемыми элементами, образуется плотный шов однородной структуры.

Об особенностях ЭШС, преимущества и недостатках стоит сказать подробнее.

Сущность процесса и область применения

Что же такое электрошлаковая сварка? Нагрев металла в шлаковой массе, разогреваемой электрической дугой переменного тока. Она возникает между электродом и деталью. Другого не дано. Шлаковая ванна выполняет роль защитной атмосферы.

С обеих сторон от расползания он сдерживается двумя параллельно расположенными бегунами. Они ограничивают площадь разогрева деталей. Электрод или присадочную проволоку опускают во флюс.

При прохождении тока он плавится, образуя с металлом ванну расплава.

В сущности, электрошлаковая сварка – это бездуговая вертикальная сварка, в процессе задействован температурный потенциал разогреваемого током шлака. Он остается в зоне шва благодаря ползунам. Фокус заключается в том, что вертикальным способом можно за один проход проварить толстый слой сплава.

В процессе разогрева жидкий металл за счет большой плотности оседает вниз, заполняя зазор, а легкие шлаковые образования всплывают, захватывая с собой пузырьки воздуха из расплава. Ванна расплава четко разграничена на две фракции: металл/неметалл благодаря высоте сварочной зоны.

Область использования метода ЭШС ограничена:

• не применяется для тонкостенных элементов, они под шлаком расплавятся полностью;
• не образует разнонаправленных швов;
• размер деталей не должен выходить за рамки возможностей установки ползунов.

Метод удобен для сварки массивных элементов из различных стальных сплавов от чугуна до высоколегированных.

  Чем варить нержавеющую сталь в домашних условиях

Виды электрошлаковой сварки

Разновидности ЭШС по виду присадки, способу ее подачи:

1. С использованием проволоки. Она подается в ванну расплава постепенно, сверху вниз, вслед за перемещающимися в одной горизонтальной плоскости электродами.
2. С использованием пластин и токоподающих электродов круглой или прямоугольной формы. Пластины опускаются к зазору по мере необходимости образования расплава. В отличие от проволоки одномоментно образуют большой объем расплава.
3. С использованием мундштука. По сути, это унификация первых двух способов. Токоподающие пластины фиксируются в определённом положении, флюс быстро прогревается. А к зазору по направляющему мундштуку подается проволока. Этот метод разработан для криволинейных швов.

Способы электрошлаковой сварки: а) с использованием проволоки; б) с использованием пластин и токоподающих электродов; в) с использованием мундштука.

Технология электрошлаковой сварки

Две свариваемые детали располагаются рядом с небольшим зазором, с торцов плотно фиксируются медными бегунами. От возбуждения электродуги слой флюса расплавляется, образуя горячий шлак. Он заполняет все ограниченное пространство.

За счет хорошей электропроводности шлака дуга угасает, но движение тока при этом не прекращается, выделяется тепло, шлаковые частицы прогреваются до температуры плавления присадки и мягкости сплава. Расплав заполняет зазор, образуется однородный шов.

Он защищен шлаковой ванной, разогретой свыше 1500°С. Во флюс можно одновременно опустить параллельно несколько присадок, все они будут равномерно разогреваться горячим шлаком. Подаются они всегда сверху вниз.

Виды сварных швов, образуемых методом ЭШС:

• стыковые прямой, криволинейной формы;
• тавровые, двутавровые;
• угловые односторонние, двухсторонние;
• вертикальные переменного сечения.

Технология электрошлаковой сварки

Оборудования и материалы для ЭШС

Технология предполагает использование ограничительных ползунов из чистых медных сплавов и шлакообразующих флюсов. Их химический состав зависит от марки стали.

На флюсе типа АН-8, АН-22 или АН-47, содержащим до 40% кремния, 20% марганца и 15% алюминия, производится сварка низколегированных углеродистых сталей. Шлаковую ванну для высоколегированных сплавов, чугуна создают путем расплавления фторидных флюсов АНФ-1, АНФ-9 с оксидом титана.

Для нержавеющего нужен состав АН-45 с зерном до 1,6 мм. Безмарганцевые флюсы применяют для бронированных сплавов.

  Что такое электронно-лучевая сварка и где она применяется

Преимущества и недостатки

Логичнее начать с достоинств ЭШС:

1. Металл не окисляется под слоем шлаковой ванны, не нужно использовать газовое оборудование для создания безопасной атмосферы.
2. Соединяемые детали равномерно разогреваются и медленнее остывают. Нагрев начинается на уровне флюса. Благодаря «шубе» сохраняется стабильная температура в процессе образования шва. Это благотворно сказывается на качестве соединения.
3. Параметры токовой нагрузки меньше влияют на процесс образования шва, прогрев происходит за счет разогретого шлака. При прерывании подачи электричества процесс не прерывается.
4. За один проход проваривается металл толщиной до 200 мм, не нужно делать много проходов, сокращается время сварки. При двух электродах допустимо соединять металл толщиной свыше 200 мм.
5. Минимизируются затраты на расходные материалы, объем шлака составляет не более 5% от объема металла, затраты на электроэнергию небольшие, нет потерь, свойственных сварке на постоянном токе.
6. Высокий коэффициент полезного действия. При минусе временных и денежных затрат – большой объем работ хорошего качества.
7. Минимизируется человеческий фактор: автоматически выдерживается заданное расстояние электрода до детали.
8. Сокращается время подготовительного этапа, разделки кромок не требуется. Заплавляется зазор между деталями.

Несколько минусов, которые нельзя скидывать со счетов:

1. Вариативность швов уменьшается, методом ЭШС выполняют только вертикальные или сильно приближенные к ним швы.
2. Процесс непрерывный, нельзя остановиться на середине шва, пострадает качество соединения.
3. Высокая зернистость диффузионного слоя, при минусовых соединениях пластичность металла существенно снижается, шов приобретает хрупкость.

В промышленных масштабах электрошлаковая сварка экономически целесообразна при соединении толстых элементов. Для тонкостенных деталей расходы на оборудование окажутся слишком большими.

Что такое электрошлаковая сварка Ссылка на основную публикацию

Источник: https://svarkaprosto.ru/tehnologii/elektroshlakovaya-svarka

Что такое электрошлаковая сварка и как она осуществляется

Электрошлаковая сварка относится к одному из видов соединения металлических конструкций, однако по своему принципу существенно отличается от электродуговой, которую каждый себе способен представить.

Причем отличается не только сущность процесса соединения деталей, но и область применения этой сварки. Общим является только то, что кромки деталей сильно нагреваются.

Но природа передачи количества теплоты здесь иная.

Электрический ток, проходя по электроду, разогревает и плавит шлак, являющийся флюсом. Такой способ сварки, хоть и не является тривиальным, зато имеет преимущество при ведении сварки в вертикальных плоскостях. Можно указать и еще одну область применимости электрошлаковой сварки. Примером служит ситуация, когда толщина деталей составляет десятки миллиметров.

• Технология
• Типы
• Используемые флюсы
• Особенности

Технология

Расплавленный шлак в устройстве является своеобразным теплоносителем. Между краями деталей, которые необходимо соединить, образуется пространство, оно выполняет роль ванны, в которой плавится шлак. По бокам зазоры закрываются медными ползунами.

Ползуны отводят тепло, поэтому оснащаются трубками с водой. Снизу формируется специальный «карман». В течение процесса ползуны перемещаются вдоль всего шва. После того, как шлак засыпан, останется подать ток через мундштук на электрод.

Электрическая цепь замыкается через электрод на саму привариваемую деталь.

Важнейшим условием сварки является высокая температура в ванне, которая может достигать 1700°C градусов. Значение взято условно, так как важно, чтобы эта температура существенно превышала температуру плавления материала заготовки и металла электрода.

Изначально образуется электрическая дуга, но она сразу гаснет после плавления проволоки-электрода. Далее наблюдается элементарное тепловое действие электрического тока, который пропускается через шлак. Основной процесс сварки можно назвать бездуговым.

Для того, чтобы представить себе схему устройства электрошлаковой сварки, достаточно познакомиться со словесным описанием процесса. В процессе плавления электрода и металла на кромках расплавленная субстанция погружается на дно шлаковой ванны, образуя при этом металлическую ванну.

Из этой ванны при дальнейшей кристаллизации будет формироваться шов. Электрод должен подаваться в направлении «сверху вниз». Благодаря приведенной технологии, образовавшаяся ванна называется принудительной. Ее как раз и применяют при работе с вертикальными швами.

Неотъемлемым этапом этой технологии служит искусственное охлаждение металлической ванны.

Теперь рассмотрим, какую роль в процессе играет сам шлак, он служит теплоносителем и преобразователем. Электрическая энергия превращается в тепловую и передается участкам свариваемых поверхностей. Одно из требований к составу шлака – высокая степень электропроводности.

Способность шлака проводить электрический ток зависит от состояния вещества. В кристаллическом виде шлак обладает высоким сопротивлением, которое постепенно падает при нагревании и плавлении.

Зависимость сопротивления от температуры обычно не нашла практического применения, поэтому главная задача разработчиков процесса заключается в обеспечении постоянной температуры флюса.

Разные по составу шлаки обладают различной проводимостью. Шлак с примесями титана проводит ток даже в нерасплавленном состоянии. Еще одна составляющая, которая часть применяется, — фтористый кальций. Такие примеси позволяют рационализировать процесс, так как снижают затраты на этапе трансформации дуговой фазы в электрошлаковую.

Типы

Для определения способа классификации следует выделить тот параметр, который будет обладать отличительными свойствами. В случае ведения электрошлаковой сварки (ЭШС) нет однозначности. К примеру, можно разделить процессы по методу формирования ванны. В таком случае сварка делится на два типа: со свободным формированием ванны и с принудительным.

Чаще всего классификация связана с различием электродов, а также с различными способами их погружения.

• Сварка с проволокой. Электрод в виде проволоки постепенно подается в зону шлаковой ванны. По мере расплавления ее необходимо постоянно добавлять. Сам электрод подвижен, он может поступательно перемещаться в горизонтальной плоскости. Кромки свариваемых деталей прогреваются равномерно по всей толщине. Специалисты отмечают сложность процесса, так как он требует достаточного опыта.
• Сварка с пластинами. При неизменном принципе данный вид сварки отличается тем, что электроды выполнены в виде пластин. Их подача в ванну осуществляется в определенные интервалы времени. Количество расплавленного металла должно быть достаточным, чтобы перекрыть зазор, сформировав качественный шов. Сам аппарат имеет более простую конструкцию, так как электроды-пластины не приводятся в движение по горизонтали. Сюда же следует отнести сварку электродами большого диаметра. Сечение такого стержня может быть любым и выбирается, исходя из геометрии заготовки.
• Сварка с плавящимся мундштуком. Если рассмотреть принципиальную схему данного процесса, то она представляет собой комбинацию двух описанных типов сварки. В качестве электрода используется подающаяся проволока. Она фиксируется в зазоре и остается неподвижной на плоскости. Расплавленного металла достаточно, чтобы наполнить металлическую ванну. Подобный тип сварки используют при работе со сложными конструкциями, так как по толщине кромок и по длине шва практически нет ограничений.

Устройства электрошлаковой сварки имеют сложное строение, но каждый функциональный элемент выполнен по стандарту ГОСТ 15164, в котором определены параметры сварки. При работе с деталями, имеющими толстые кромки, применяют устройства ЭШС с колебательными движениями электродов, обеспечивающих равномерное прогревание, либо устройства с пластинами и электродами большого диаметра.

При использовании проволоки можно получать швы толщиной от 20 до 600 мм. Пластинчатая установка позволяет получать более широкие швы, однако длина шва не должна превышать 1,5 м. В некоторых случаях могут быть использованы чугунные электроды.

Используемые флюсы

Как было упомянуто выше, шлак может иметь различный состав, определяющий его физические свойства. Они учитываются при работе с тем или иным материалом. Различают несколько видов флюсов для ЭШС.

• Флюс АН-348А характерен высоким содержанием железа с валентностью, равной 3. Данный шлак применяют при сварке нелегированных сталей.
• Флюс ФЦ-7. По своим характеристикам похож на предыдущий. Нашел применение в процессах, где образуется шлаковая ванна небольшой глубины.
• Флюсы АН-8, ФЦ-21 или АН-22 рассматриваются в одной категории, как низкокремнистые марганцевые смеси. Применяются для сварки углеродистых и среднелегированных сталей, а также сталей перлитного класса.
• АН-9 и АН-25 – безмарганцевые флюсы. Были разработаны еще в довоенное время. Именно они использовались при сварке танковой брони.
• Нержавейку приходится сваривать с использованием флюса АНФ-5.

Особенности

Здесь можно выделить не только отличительные характеристики полученных результатов, но и подчеркнуть все достоинства и недостатки данного вида сварки.

При ведении дуговой сварки выделение газов приводит к такому неприятному последствию, как разбрызгивание металла. В этом плане ЭШС имеет явное преимущество. Шлаковую ванну не нужно закрывать защитными листами.

В процессе сварки шлак дозируется небольшими порциями. В итоге повышается производительность процесса при одновременном снижении энергозатрат.

Следует отметить и экономию материала. От всей доли наплавленного металла шлак составляет только 5%. Флюс при дуговой сварке расходуется в десятки раз быстрее.

ЭШС незаменима в отрасли тяжелого машиностроения, где часто приходится иметь дело с массивными деталями. За один проход можно соединить две заготовки толщиной до 200 мм. Но этим возможности установки не ограничиваются.

При наличии нескольких электродов толщина может быть существенно выше.

Сам процесс также обладает определенными преимуществами. Сварка не требовательна к колебаниям электрического тока. Нет такой необходимости в его регулировке, как при ведении работ при дуговой сварке. На подготовительном этапе не нужно обрабатывать кромки.

К недостаткам можно отнести ограничение по направлению сварки. ЭШС позволяет формировать только вертикальные швы. В качестве исключения рассматриваются случаи с небольшим отклонением шва от вертикали.

Другим недостатком считается невозможность прерывания процесса. Шов должен быть наложен за один проход. Отрицательные температуры окружающей среды не позволят вести сварку.

Отсутствие обработки кромок компенсируются затратами времени на изготовления кармана и крепление ползунов.

Источник: https://svarkoy.ru/teoriya/elektroshlakovaya-svarka.html

Свойства и применение электрошлаковой сварки

Достаточно оригинальный и не всем известный метод сварного соединения металлических деталей – электрошлаковая сварка. Она предназначается для изготовления вертикальных (преимущественно) сварных швов. Вертикальный шов, особенно на толстом металле, в силу многих причин требует особого подхода.

Понятие процесса

• Сущность процесса электрошлаковой сварки (ЭШС) состоит в том, что в зазор между торцами соединяемых деталей помещают шлаковую массу, которую расплавляют путем включения электрической дуги между электродом и самой деталью.
• В расплавленную массу шлака подается присадочный металл, который, в свою очередь, начинает плавиться вместе с металлом по краям соединяемых деталей.

Жидкий металл тяжелее жидкого шлака, поэтому он опускается вниз, вытесняя шлаковую массу. В нижней части зазора он застывает, а расплавленная масса поднимается вверх — так заваривается вертикальный шов.

В отличие от более традиционных видов электросварки здесь первоначальному нагреву и расплавлению электрической дугой подвергается именно шлак, а не присадочный и основной металл. Температура плавления шлака должна быть существенно выше температуры плавления металла.

После того, как шлак расплавляется, он шунтирует (гасит) электрическую дугу, но подача тока не прекращается. Прохождение тока через шлаковую массу с оптимально подобранными параметрами тепло- и электропроводности вызывает стабильный и равномерный прогрев ее до высоких температур.

Отличить шлак от металла очень легко по его цвету и консистенции. В конце процесса сварки он легко отделяется от монолитного соединения.

Во избежание вытекания расплава на зазоры ставят защитное ограждение — ползуны, постоянно охлаждаемые водой. Во время электрошлакового сварочного процесса они медленно поднимаются вверх.

Уникальные свойства

Примененный принцип «косвенного расплава» определяет уникальные свойства процесса. Особенности, являющиеся преимуществами, состоят в следующем:

• защита шва от атмосферного воздуха жидким шлаком, заключенная в самом принципе электрошлаковой технологии;
• изменение плотности тока при сварке этим способом меньше влияет на качество шва, чем при сварке дугой;
• некритичность кратковременного прерывания подачи тока в процессе;
• возможность варить швы любой толщины за один проход;
• возможность подвергать сварке необработанные края деталей;
• малый расход электроэнергии;
• небольшая стоимость расходников — шлаков;
• высокий КПД.

Кроме того, стоит отметить, что электрошлаковая сварка производится на переменном, а не постоянном токе.

Но у ЭШС есть и недостатки. Этим способом варят только вертикальные швы, либо швы под острым углом к вертикали (основная причина малой распространенности электрошлакового метода).

Начатый процесс нельзя прекращать на середине, иначе возникают дефекты, которые могут быть устранены только разрывом шва и проведением работ заново.

Металл шва имеет крупнозернистую структуру, поэтому детали с таким соединением не предназначены для использования при отрицательных температурах — они становятся ломкими.

Сварочный электрошлаковый процесс требует большого количества оборудования, начиная от медных ползунов, которые должны максимально плотно прижиматься к шву (их отхода допускать нельзя) до иных вспомогательных деталей стартового кармана. Минимальная толщина стыков составляет 20 мм.

Способы сваривания

Электрошлаковая сварка подходит не для всех металлов, но ее область применения нельзя назвать узкой. Ее используют обычно для соединения низкоуглеродных и среднеуглеродных сталей, чугуна, цветных металлов (вплоть до титана и алюминия), реже — для легированных сталей.

Применяют при производстве массивных, крупногабаритных деталей (толщина порядка 100-600 мм), переплавке отходов.

На практике используется 3 основных методики сварки. Первая подразумевает непрерывную подачу в расплав присадочного электрода, направляемого в горизонтальной плоскости. Движение электрода носит возвратно-поступательный характер, чтобы обеспечивалась максимальная плотность контакта.

Вторая электрошлаковая методика — это сварка габаритными пластинчатыми электродами, которые фактически заменяют собой медные ползуны.

В этом случае присадка используется в меньшей степени — электроды сами плотно перекрывают зазор и обеспечивают эффективный расплав: торцы деталей соединяются без присадки. Но в этом случае электроды должны быть подогнаны по форме к деталям, это узкоспециализированный способ.

Третья методика основана на соединении первых двух. В ней присутствует и пластинчатый электрод, и особый плавящийся электрод. Первый во время всего процесса электрошлаковой сварки остается неподвижным, второй подается в зону расплава и является, по сути своей, присадкой.

Обратите внимание, что химический состав присадки должен быть аналогичен составу основных металлов.

Также существуют два разных принципа работы установок электрошлаковой сварки. Устройства, в которых реализован первый способ, работают с твердой шлаковой смесью, которую самостоятельно расплавляют. Установки, работающие по второму принципу, используют жидкую, предварительно расплавленную в печи смесь.

Первым для начала работы необходим более мощный пусковой ток, потому что много энергии тратится на доведение шлака до жидкого состояния. Вторым, соответственно, требуется находящаяся неподалеку плавильная печь.

Какие применяют флюсы

Флюс — это, собственно, и есть шлак, основное рабочее вещество электрошлаковой сварки. К нему выдвигаются определенные требования. Флюсы должны обеспечивать:

• максимально быстрый запуск процесса электрошлаковой сварки при любом напряжении (спектр рабочих напряжений достаточно широк);
• максимально эффективное проплавление кромок;
• максимально прочный шов;
• легкое удаление с поверхности после окончания варки.

Для каждого вида металлов предназначены свои флюсы. Так, низколегированные стали и стали с повышенным содержанием углерода варятся с помощью флюсов АН-8, АН-22 или АН-47. Для нержавейки — АН-45.

Для высоколегированных стальных сплавов применяется АН-9, АНФ-1 и АНФ-7. Чаще всего рассматриваемый вид сварки применяют на производстве, в бытовых условиях он встречается редко.

Источник: https://svaring.com/welding/vidy/elektroshlakovaja-svarka

Технология электрошлаковой сварки — применение, сущность процесса

Электродная сварка, получившая широкое распространение благодаря своей относительной простоте, не всегда способна обеспечить стабильное качество структуры сварного шва.

Между тем, при изготовлении некоторых видов продукции именно эта характеристика имеет важное значение.

Для того чтобы устранить существующий технологический недостаток, была разработана методика электрошлаковой сварки. Сокращённо её называют ЭШС.

Зри в корень

Сущность процесса заключается в том, что в подготовленный зазор между соединяемыми деталями помещают специальный химический состав – сварочный флюс, на который воздействуют с помощью электрической дуги.

В результате нагрева флюс расплавляется, превращаясь в шлак, который защищает зону обработки от воздействия атмосферного воздуха. При использовании этой технологии расплавленный металл остывает медленно, что создаёт благоприятные условия для формирования качественной структуры соединительного шва.

Понять сущность электрошлаковой сварки проще, если рассмотреть этот процесс в упрощённом виде. Всё происходит следующим образом:

• Соединяемые детали устанавливают с некоторым зазором, величина которого варьируется в зависимости от размеров изделия, химического состава материала и параметров сварочного тока. В этот зазор помещают химическое вещество, именуемое флюсом, к которому подводят электрод.
• Подаваемый на электрод ток проходит через флюс, состав которого может быть различен. В результате нагрева образуется так называемая шлаковая ванна, внутри которой и поддерживается необходимая для расплавления металла температура. Более лёгкий, чем металл, шлак всегда находится сверху, блокируя поступление атмосферного воздуха к зоне формирования шва и увеличивая время остывания расплавленного металла.
• Чтобы удержать расплавленные материалы от вытекания, зону обработки ограждают охлаждаемыми водой подвижными ползунами, изготовленными из меди. В некоторых случаях допускается использование остающихся на уже готовой детали ограждающих пластин.

Особый подход

Оборудование для электрошлаковой сварки имеет свои особенности. В частности, для удобства выполнения работ принято использовать не цилиндрические, а плоские или ленточные электроды. Для оптимизации рабочего процесса и достижения заданных характеристик сварного шва используются флюсы различного состава.

• АН-348А. Отличающийся повышенным содержанием трёхвалентного железа, он относится к высококремнистым марганцевым составам и хорошо подходит для соединения нелегированных или низколегированных сталей.
• ФЦ-7. Близкий по характеристикам и условиям применения с АН-348А он обеспечивает лучшую стабильность процесса в шлаковых ваннах малой глубины.
• Флюсы АН-8, ФЦ-21, АН-22 относятся к группе низкокремнистых марганцевых смесей. Для теплоустойчивых сталей перлитного класса лучше подходит ФЦ-21, для углеродистых и низколегированных – АН-8, а для среднелегированных – АН-22.
• Для сварки легированных сталей хорошо подходят низкокремнистые безмарганцевые составы, имеющие маркировку АН-9 и АН-25, пришедшие на смену разработанному ещё перед началом Второй мировой войны флюсу АН-2. Именно благодаря последнему крепко соединялись листы брони отечественных танков.
• Также стоит упомянуть составы, относящиеся к группе фторидных. С помощью АНФ-5 изготавливают детали из нержавеющей стали, а использование АНФ-14 оправданно в том случае, когда идёт речь о сварке или наплавке чугуна.

Разумеется, это далеко не полный перечень флюсов, а лишь отдельные примеры, иллюстрирующие, каким образом химический состав используемых для создания шлаковой ванны веществ может влиять на параметры процесса электрошлаковой сварки.

Достоинства

У электрошлаковой сварки есть ряд несомненных достоинств, которыми нельзя пренебрегать при организации производственных процессов.

• Возможность обеспечения стабильной и качественной структуры шва при соединении деталей, имеющих значительную массу и толщину.
• Нет нужды в предварительном снятии фасок на кромках и последующей обработке готового изделия для удаления шлака.
• В случае одновременного использования нескольких электродов появляется возможность наложения сварочного шва по всей длине за один проход, что существенно сокращает сроки работ и ускоряет производство.

Недостатки

Более широкому распространению технологии мешают её недостатки, а точнее – специфические особенности процесса.

• Таким способом удаётся сваривать только вертикальные швы, что допустимо только при изготовлении деталей относительно простой формы.
• Для создания необходимых условий плавления флюса и поддержания температуры шлака на заданном уровне требуется специальное оборудование.
• Метод не применим, если толщина листов соединяемого металла менее 16 мм. На самом деле, даже в этом случае экономическая эффективность электрошлаковой сварки остаётся под вопросом. Действительно оправданной она становится при работе с металлом толщиной 40 мм и более, а наивысшей эффективности достигает, когда этот показатель превышает 100 мм.

Важно знать!

Собираясь использовать эту технологию, нужно сначала здраво оценить все её достоинства и недостатки. Обязательно следует учесть ряд важных моментов.

• Поверхность металла в месте соединения необходимо тщательно очищать от грязи и окислений. В противном случае процесс плавления внутри шлаковой ванны будет протекать нестабильно.

• Для обеспечения наилучшего качества сварного соединения температура металла должна быть максимально приближена к температуре плавления.
• Появление дугового разряда в глубине шлаковой ванны или между её свободной поверхностью и электродом является распространённой причиной дефектов шва. Именно поэтому следует уделять особое внимание регулированию дуги.

Новые возможности

Нетрудно догадаться, что требующая наличия квалифицированного персонала, использования специального оборудования и имеющая ряд жёстких технологических ограничений, электрошлаковая сварка не может быть осуществлена в домашних условиях. Тем не менее, многие предприятия активно и вполне успешно применяют эту методику. Причин этому несколько.

• При правильной организации процесса структура соединительного шва максимально приближается к структуре соединяемого материала, благодаря чему обеспечивается высокая прочность готовых изделий.
• Эта прочность настолько велика, что во многих случаях технология электрошлаковой сварки позволяет отказаться от использования сложного оборудования, необходимого для отливки и ковки заготовок, а также их последующей обработки.
• По сравнению с другими способами сварки существенно снижается расход материалов. Это важно, поскольку именно стоимость материалов составляет значительную часть стоимости конечного продукта.

Даже с учётом всех специфических особенностей, достоинств и недостатков, область применения ЭШС широка. Более того, благодаря разработке современного оборудования этой технологии находят даже в тех областях производства, где об этом ранее не помышляли.

• В тяжёлом машиностроении, где благодаря электрошлаковой сварке удаётся упростить производство сложных фундаментов и оснований. Раньше станину паровой турбины или высокоточного станка приходилось отливать, а иногда и ковать, тратя драгоценное время на длительную последующую обработку, при которой шла в отходы значительная часть материала. Сегодня подобную деталь можно заранее разбить на несколько более простых для изготовления и обработки частей, соединив их воедино с помощью ЭШС.
• В строительстве, когда необходимо надёжно срастить массивные балки несущих конструкций. Возведённые с помощью такой методики небоскрёбы стоят долго.
• При производстве бронетехники. Ведь, как уже было отмечено выше, именно электрошлаковая сварка используется для сваривания толстых броневых листов, защищающих экипажи и агрегаты боевых машин. Прочность такого соединения практически не отличается от прошедшего сложную обработку материала, способного противостоять различным средствам поражения.

Проверенная годами технология постоянно совершенствуется и, вполне возможно, что когда вы прочитаете эту статью, она уже выйдет на новый уровень!

• Поделись с друзьями
• 0
• 0
• 0
• 0

Источник: https://svarkalegko.com/tehonology/elektroshlakovaya-svarka.html

В чем заключается сущность процесса электрошлаковой сварки?

Процесс соединения деталей, при котором плавление присадочной проволоки и краев деталей происходит благодаря нагреву расплавленного флюса до высокой температуры, назвали электрошлаковая сварка.

Шлак имеет высокое сопротивление и при прохождении через него тока нагревает все вокруг себя.  В результате жидкие металлы соединяются. Шлак всплывает наверх и образует защитную пленку.

Обеспечивает равномерное охлаждение.

Область применения

Сущность процесса и область применения сварки под слоем флюса состоит в соединении деталей больших размеров. Наиболее часто это листы толщиной от 40 мм до 500 мм. Шов накладывается за один проход и практически не имеет ограничения по длине.

Наиболее популярная область применения в тяжелой промышленности для изготовления стендовых плит большой площади, сваривании деталей с разными по толщине элементами. При строительстве трубопроводов повышенной ответственности применяется автоматическое оборудование для соединения труб с предварительной подготовкой и последующей термообработкой и изоляцией.

Разновидности

При соединении 2 деталей, между поверхностями зазора которых имеется зазор, производится сварка. Она разделяется на виды по типу токоподающего элемента, его формы и конструкции. Различают разновидности:

• одноэлектродная;
• многоэлектродная;
• с проволокой;
• пластинами;
• плавящимся мундштуком;
• плоские.

Сварка одной токоподающей проволокой применяется для соединения тонких листов на автоматах и полуавтоматах.

С проволокой

Проволочных электродов может быть от 1 до 3. Они с постоянной скоростью подаются в шлаковую ванну. При соединении стыка большой ширины могут совершать зигзагообразное перемещение перпендикулярно оси шва.

Ток подается непосредственно на саму проволоку и проходит через флюс, нагревая его и расплавляя сам провод-электрод.

С пластинами

Широкие пластины по размеру зазора применяют для сварки больших деталей. Присадочная проволока подается сбоку или прокладывается по дну шва. Электрод опускается в ванну и перемешается вдоль шва, погруженный в флюс.

С плавящимся мундштуком

Мундштук представляет собой пластину, погруженную в шлак, по каналам внутри которой подается проволока в плавильную ванну. Она движется с постоянной скоростью. В зависимости от ширины шва, отверстий для проволоки может быть 2 или 3.

Технология

Технология электрошлаковой сварки это процесс соединения деталей расплавлением их кромок и присадочной проволоки в сварочной ванне. Основным источником нагрева является жидкий шлак – расплавленный флюс, через который проходит электрический ток. Расплав в ванне имеет высокое электрическое сопротивление и сильно греется.

На свариваемую деталь или обе, подключают минус, к электроду плюс. Ток проходит через расположенный между ними расплавленный шлак с высоким сопротивлением и разогревает плавильную ванну. При этом оплавляются края детали, и полностью расплавляется присадочная проволока, заполняя зазор.

Если под электродом вместо стыка сплошная поверхность, происходит электрошлаковая наплавка. Сущность ее в соединении металлов с разными механическими свойствами или увеличение ее размера.

Какие применяются флюсы

Использование флюсов определяется их электропроводностью и вязкостью в жидком состоянии.

Качественное и быстрое сваривание среднеуглеродистых и низколегированных сталей проходит под фторидными флюсами, обладающими высокой электропроводностью.

Для работы с малыми токами, например сварка высоколегированных сталей, он не подходит из-за высокой вязкости. Он быстро застывает, мешает продвижению электрода, отжимает ползуны.

Цвета побежалости показывают, что прогрев детали вокруг шва не имеет переходных зон.

На отделяемость корки после охлаждения соединения, влияет марганец. Чем меньше его, тем легче удалить шлак. Безмарганцевые низкокремнистые составы применяют для разжигания дуги, их могут засыпать в начале шва. Затем по ходу сварки рекомендуется применение флюсов, образующих хорошее покрытие шва и гарантирующего постепенное остывание:

• низкокремнистые марганцевые;
• высококремнистые марганцевые.

Легированные металлы склонны к образованию трещин при резком остывании. Для них лучше всего использовать высококремнистые марганцевые флюсы, которые обеспечат работу на малых токах и медленное остывание без доступа воздуха.

Подготовка изделия

Кромки стыкуемых деталей не обязательно зачищать. Раскрой металла производится газовым резаком. Допускаются неровности и выступы размером до 3 мм при толщине листа до 200 мм. Отклонение от параллельности кромок сопрягаемых деталей может быть в пределах 4 мм на высоту.

При соединении боковых плоскостей проката, его следует очистить от окалины и ржавчины. Для этого используется обдирочный аппарат или ручная зачистка болгарками с крупнозернистыми кругами.

Литье и поковки в месте соединения должны обрабатываться механическим способом на станках. Если для наращивания глубины ванны применяются медные или стальные пластины, варить можно без обработки.

Перед сваркой деталей разной толщины, кромки выравнивают, сняв под углом часть большей или наращивая полосой металла тонкую.

Осуществление возбуждения ЭШ процесса

При холодном старте стык между свариваемыми деталями заполняется флюсом. В него вставляется мундштук и возбуждается ток. Под флюсом возникает дуга, и он плавится, превращаясь в жидкий шлак с большим электрическим сопротивлением.

Сварочная дуга после расплавления первой порции флюса угасает. Шлак, через который проходит ток, выделяет большое количество тепла и плавит следующую порцию флюса, присадочную проволоку и края свариваемых деталей.

Горячий способ применяется реже. В ванну, образованную медными пластинами по бокам в начале шва, заливают предварительно расплавленный в печи флюс.

Применяемое оборудование и материалы

Для электрошлаковой сварки применяют автоматические и полуавтоматические установки. Они включают в себя:

• сварочный аппарат;
• направляющие для его перемещения;
• бункер для флюса;
• ползуны, принудительно формирующие шов;
• катушку с проволокой и механизм ее подачи;
• источник питания.

Специальные приборы контролируют сварочный процесс и положение ванны. Область плавления и образования шва должна заключаться в пространстве между охлаждающимися медными пластинами.

Преимущества и недостатки

Электрошлаковая сварка имеет свои плюсы и минусы в областях применения. К положительным характеристикам относится:

• относительно малый ток;
• отсутствует разбрызгивание металла;
• возможность наплавки поверхности металлом с другим химическим составом;
• возможность сваривать толстые стыки за один проход;
• отсутствие переходной зоны при нагреве;
• металл шва и детали не смешиваются;
• сварка в несколько проходов осуществляется на одном режиме без удаления шлака;
• нет усадочных раковин;
• простая подготовка кромок.

К недостаткам относится:

• большое выделение вредных веществ при кипении флюса;
• лист тоньше 1,6 мм ЭШС не варят;
• детали для сварки необходимо выкладывать и кантовать;
• трудно варить радиальные стыки.

При случайной остановке сварки, шов получится с большим количеством дефектов. Его нельзя доваривать. Необходимо полностью выбрать уже положенный металл и проварить все сначала.

Электрошлаковая сварка позволяет быстро с небольшими затратами сваривать большие детали. Для соединения электродуговым способом необходима разделка, тщательная зачистка и наложение  многослойного шва.

Источник: https://svarka.guru/vidy/thermo/dugovaya/elektroshlakovaya.html