Palitra21.ru

Домашний уют — журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрошлаковая сварка и наплавка; история развития

Электрошлаковая сварка и наплавка — история развития

Появившаяся в середине прошлого столетия новая разновидность сварки плавлением – электрошлаковая сварка – стала незаменимым технологическим процессом для качественного соединения металлических изделий неограниченной толщины. Ее применение открыло новые возможности в создании узлов и конструкций тяжелого машиностроения.

С помощью ЭШС (электрошлаковой сварки) вместо тяжелых, сложных, дорогих цельнокованых и литых элементов производят сварные конструкции из требуемой комбинации толстолистового проката и заготовок, полученных литьем или ковкой. Конструкция готовых изделий и технология их получения значительно упрощаются, снижается вес и себестоимость.

Общая информация

При электрошлаковой сварке металлы соединяются под воздействием высокой температуры и расплавленного твёрдого остатка руды — шлака. Этот метод не нуждается в дуге, так как электрод окунают в шлак, проводя по нему ток.

Шлак нагревается, образуя шов на стыке элементов. Чаще всего электрошлаковая сварка помогает в пайке вертикальных конструкций. В этом случае шов начинают внизу детали и ведут вверх.

Электрошлаковая сварка бывает четырёх видов:

  • с использованием закрепленного электрода (он также может незначительно колебаться);
  • с использованием двух стержней, которые синхронно колеблются;
  • с применением электродных стержней в форме пластин;
  • с помощью мундштука, который плавится (способ, который сочетает свойства сварки пластинчатым и проволочным электродом).

Обо всех способах электрошлаковой сварки рассказать в одной статье невозможно, так как каждый из них имеет большой список преимуществ и нюансов.

Но заметим, что чаще всего мастера используют методы с применением одного/пары неподвижных или колеблющихся электродов.

Технология выполнения ЭШС

Представление о технологии процесса помогает получить следующая схема.

Свариваемые детали (1) выставляют так, чтобы между ними образовался требуемый зазор. Затем их взаимное расположение фиксируют технологическими П-образными скобами (на схеме не показаны), которые приваривают вдоль будущего шва через равные промежутки. Внизу зазора устанавливают начальную (2), а вверху на заготовках выводные (3) планки, которые помогают вывести усадочную раковину шва выше уровня готового изделия. Снаружи полость зазора ограничена боковыми медными ползунами (4).

В зазор вводится флюс, между электродом (7) и начальной планкой возбуждается дуга – она является источником тепла. Выделяемая энергия плавит флюс, формируется жидкая шлаковая ванна (5), уровень которой поднимается и шунтирует горение дуги. Теперь при бездуговом процессе тепловой энергии достаточно для расплавления материалов подаваемого в зазор электрода и кромок свариваемых деталей. Расплавленная масса стекает вниз и под слоем шлака образует металлическую ванну (8). Вытеканию металла препятствуют охлаждаемые ползуны. Далее в процессе сварки уровень жидкого металла поднимается, а в нижних слоях расплав кристаллизуется, формируя необходимый соединительный шов.

При заполнении зазора также перемещаются медные ползуны. Их верхний край всегда должен быть выше уровня шлаковой ванны. Во все время процесса металлическая ванна защищена от контакта с ползунами тонкой шлаковой пленкой. Это способствует улучшению качества шва, препятствует образованию кристаллизационных трещин.

Разновидности сварки

Подходы к выполнению данного метода различаются по типу применяемого электрода. Например, классическая схема предусматривает использование электродной проволоки, которая по мере расплавления подается в шлаковую ванну. При таком подходе мастер должен сообщать электродам еще и возвратно-поступательные горизонтальные движения, что обеспечивает равномерность прогрева свариваемых деталей по всей толщине.

Читать еще:  Магнитный браслет на руку: польза и вред, лечебные свойства

Другой метод предусматривает применение электродов с большим сечением или пластин. В этом случае электрод будет занимать большую часть пространства, образованного зазором между заготовками. Использование пластин также распространено. При такой схеме электрошлаковая сварка выполняется с расчетом на размерное соответствие активных элементов деталям. Во всяком случае их форма должна быть похожей на свариваемые заготовки. Пластины неподвижно укрепляют в зазоре и в зависимости от состояния шлаковой ванны могут подаваться на рабочую область по мере выполнения операции.

Достоинства и недостатки

У электрошлаковой сварки много достоинств. Во-первых, сама сварка крайне устойчива при любом роде тока. К тому же, она мало чувствительна к каким бы то ни было изменения тока или даже его кратковременным прерываниям. Вам даже не нужно иметь высокую квалификацию, чтобы выполнить шов качественно.

Во-вторых, такая сварка обеспечивает очень высокую производительность труда. Этого удается достичь за счет быстрого плавления электрода. А если у сварщика есть опыт, то ЭШС-сварка и вовсе будет вне конкуренции. Даже небольшой завод сможет производить большие партии разнообразной продукции.

В-третьих, электрошлаковая сварка крайне экономична. Флюс расходуется мало (в 15 раз меньше, чем при классической дуговой сварке), электроэнергия тоже (на 10-20% меньше, чем при дуговой сварке). К тому же, применяемое оборудование и расходники стоят недорого. Для небольших предприятий это очень важный плюс.

В-четвертых, не нужно особым образом подготавливать кромки металла и качественно их обрабатывать. Это основные плюсы. Также отметим, что при ЭШС сварочная ванна хорошо защищена от кислорода.

Но не обходится и без недостатков, хоть мы и не считаем их такими уж существенными. Прежде всего, с помощью ЭШС вы сможете варить только детали, расположенные вертикально или под небольшим углом (отклонение не более 30 градусов). Это существенно сужает возможности сварщика и делает невозможной труднодоступную сварку, например.

Также нет возможности оставить сварку, скажем, в середине процесса, и продолжить ее позже. Вы не сможете варить при минусовой температуре воздухе, иначе шов будет дефектным. Не стоит забывать, что хоть вам и не придется подготавливать кромки, вы все равно потратите время на изготовление «кармана», планок и прочего.

Читать еще:  Как варить нержавейку аргоном: технология сварки

Подготовка изделия к процессу сваривания

Торец предмета с габаритами не более 20 см обрабатывают газорезателем. Необходимость этой операции возникает из-за нужды откорректировать гребни и выхваты: они обязаны быть 0,2-0,3 см, с отклонением от прямого угла не более 0.4 см. Поверхность более толстых металлических изделий проходит стадию механического воздействия, а весь прокат очищают от окислов и коррозии при помощи наждачной машины. Литьё и ковка обязаны быть обработаны по аналогичной методике, и на расстоянии 8 см от торца.

Если присутствует необходимость в соединении двух прокатов с разными слоями, то в работе используют ступенчатую систему ползунов, либо над поверхностью металла большей толщины проводят удаление необходимого слоя. При скреплении кольцеобразных сплавов разность в диаметре стыка не должна быть больше 0,5, а сдвиг свыше 1 мм. Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что такие действия имеют ювелирный характер. Но тут содержится ещё один немаловажный момент: чтобы получилась качественная деталь, всю разметку нужно делать с небольшим отступом в большую сторону. Это необходимо делать из-за деформации, которая возникает в ходе воздействия жаром.

Негативные особенности

Стоит помнить, что технология ЭШС имеет негативные качества, сварка позволяет осуществить только вертикальные сварные соединения или швы под острым углом к вертикали. Именно это является основной причиной низкой распространенности этого метода.

Процесс сварки, который уже начат, нельзя останавливать на середине, иначе могут возникнуть дефекты, неточности. Их можно будет устранить только при полном разрыве шва и произведении сварочных работ заново. Металл соединения обладает крупнозернистой структурой. По этой причине заготовки с данным соединением не рекомендуется применять при отрицательных температурах, их основа становится хрупкой и ломкой.

Обратите внимание! Электрошлаковый сварочный процесс требует применения большого количества оборудования. Во время него часто используются медные ползуны, которые плотно прижимаются к области соединения, а также другие вспомогательные детали.

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.

Читать еще:  Сварочный аппарат от Foxweld: стоит ли покупать?

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.

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.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector