В чем заключается сущность электрошлаковой сварки ответ

Содержание:

Электрошлаковая сварка является востребованным способом сварного соединения элементов из стали. Его обычно используют для вертикального соединения различных конструкций и заготовок. Во время него производится нагревание зоны плавления при помощи тепла ванны, в состав которой имеется шлак. Нагрев шлаковых масс осуществляется электротоком. Для проведения этой технологии сварки используются специальное оборудование.

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки ответ

Понятие ЭШС

Перед тем как приступать к свариванию стоит узнать, в чем заключается сущность электрошлаковой сварки. При проведении этой технологии в зазор, который образуется между торцами соединяемых элементов, помещается шлаковая масса. Ее расплавление производится за счет появления электрической дуги между электродом и деталью.

В расплавленный шлак подается присадка, которая сразу же начинает расплавляться вместе с металлом по краям соединяемых заготовок.

Жидкий металл по сравнению с расплавленными шлаковыми массами имеет больший вес, по этой причине он опускается вниз и вытесняет шлаковые частицы. В нижней области зазора он постепенно застывает, а расплавленные массы поднимаются вверх. За счет этого происходит образование вертикального шва. На этом основывается сущность электрошлаковой сварки.

Особенности электрошлаковой сварки

Чтобы понять, что такое электрошлаковая сварка, стоит внимательно рассмотреть особенности процесса. Технология осуществляется в несколько этапов:

  1. Соединяемые детали необходимо устанавливать с некоторым зазором. Его показатели могут зависеть от габаритов изделия, химической основы материала и параметров используемого тока для сварки. В зазор помещают флюс, к нему подводится электрод.
  2. На электрод подается ток, который проходит через флюс, имеющий разный состав. Во время нагревания происходит образование шлаковой ванны, внутри которой сохраняются требуемые показатели температуры для расплавления металла.
  3. Более легкие шлаковые массы шлак находятся сверху металла, они блокируют проникновение атмосферных воздушных масс в область сварного шва, а также увеличивают период остывания расплавленной металлической массы.
  4. Чтобы сдержать расплавленный металл и предотвратить его вытекание, область обработки ограждают подвижными ползунами, которые выполнены из меди. Иногда могут применяться ограждающие пластины.

Важные свойства

Технология электрошлаковой сварки обладает многими положительными особенностями и свойствами, которые являются ее преимуществами.

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки ответ

Среди основных качеств стоит выделить:

  • защита соединения от воздействия атмосферного воздуха. Данную функцию выполняет шлак в жидком виде;
  • изменение показателей плотности тока при сварочном процессе в отличие от других методов сваривания оказывает небольшое воздействие на структуру соединения;
  • во время процесса отмечается невысокое кратковременное прерывание подачи тока;
  • за один раз можно делать соединения с любой толщиной;
  • можно сваривать необработанные края деталей;
  • наблюдается небольшой расход энергии;
  • низкая стоимость расходных материалов – шлака;
  • наблюдается высокий КПД.

Важно! Во время электрошлаковой сварки применяется не постоянный ток, как при многих других методах сваривания, а переменный.

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.

Оборудование для ЭШС

Оборудование для электрошлаковой сварки может отличаться в зависимости от конструктивных особенностей и используемого источника питания. Специальные устройства обеспечивают перемещение электрода вдоль ванны, именно это обеспечивает ее равномерный прогрев. Ограничивающие боковые ползуны и мундштук с проволокой по мере формирования соединения поднимаются вверх.

Читать также:  Как гравером вырезать из фанеры

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки ответ

В СССР для электрошлаковой сварки были разработаны три типа аппаратов:

  1. Рельсовые. Они перемещаются вдоль сварного шва по вертикальным направляющим.
  2. Безрельсовые. Они прикрепляются к обрабатываемому элементу механическим методом и перемещаются прямо по нему.
  3. Шагающие приборы. Они передвигаются по конструкции при помощи магнитов.

Заключение

Электрошлаковая сварка – это надежный метод сваривания разных металлических заготовок. Этот метод применяется на больших производствах для соединения огромных конструкций особого значения. Но все же перед тем как начинать технологию важно изучить ее главные особенности и качества.

Интересное видео

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки ответЭлектрошлаковая сварка основана на выделении тепла при прохождении электрического тока через расплавленный флюс—шлак, электросопротивление которого во много раз превышает электросопротивление металла. Плавление сварочной проволоки и свариваемого металла происходит за счет тепла расплавленного флюса.

Для сварки в вертикальном положении стыковое соединение без скоса кромок собирают с обязательным зазором 25—30 мм. Вдоль оси свариваемого стыка с обеих сторон перемещаются снизу вверх медные формирующие ползуны. Они связаны со сварочным аппаратом. Со стороны, противоположной аппарату, вместо ползуна можно устанавливать съемную медную накладку. Сварочная проволока направляется в зазор между свариваемыми кромками, для чего она изгибается специальным гибочным устройством или токоподводящим мундштуком так, чтобы в зоне сварки ее ось совпадала с осью стыка.

Флюс в зону сварки подается из бункера по трубке небольшими порциями. Плавление сварочной проволоки, основного металла и флюса происходит в замкнутой полости. Дном этой полости служит шов, стенками — кромки свариваемых листов и стенки формирующих устройств (ползуны), а крышкой — слой расплавленного флюса — шлака.

Между формирующими устройствами (ползунами) и расплавленным металлом находится тонкий слой расплавленного шлака. Сварочный ток, проходящий между сварочной проволокой и свариваемым металлом, нагревает шлаковую ванну и поддерживает в ней высокую электропроводность и температуру, которая должна быть выше температуры плавления сварочной проволоки и основного металла и постоянной.

Постоянство температуры шлаковой ванны обеспечивает стабильность процесса. Расплавленный основной металл и металл сварочной проволоки опускаются на дно шлаковой ванны и образуют металлическую ванну. Металлическая ванна быстрее всего остывает у медных ползунов и образует шов, соединяющий свариваемые детали.

Ползуны охлаждаются протечной водой, которая подводится и отводится резиновыми шлангами. Подача сварочной проволоки в зону сварки и перемещение ползунов со шлангами, подводящими и отводящими воду, осуществляется специальным сварочным аппаратом. По мере сварки аппарат поднимается вверх, а с ним и уровень шлаковой и металлической ванны, который должен сохраняться постоянным по отношению к ползунам.

В том случае, когда уровень ванны поднимается быстрее, чем перемещается сварочный аппарат, а с ним и ползуны, может произойти переливание шлака и расплавленного металла через край ползуна. Если же ползун будет подниматься быстрее уровня ванны, то неизбежно вытекание жидкого металла из-под ползуна. Уровень шлаковой и металлической ванны будет сохраняться постоянным только при постоянной скорости перемещения сварочного аппарата и подачи сварочной проволоки, а также при постоянном зазоре между свариваемыми кромками. При колебаниях зазора неизбежно изменение уровня сварочной ванны.

Изменение уровня металлической ванны приводит к изменению глубины шлаковой, верх которой находится на уровне верхней кромки ползуна, а низ — ограничивается верхней поверхностью расплавленного металла. От глубины шлаковой ванны в значительной степени зависит устойчивость и характер процесса сварки, а также качество шва. Для сохранения постоянства уровня сварочной ванны аппараты электрошлаковой сварки снабжаются схемой автоматического поддержания уровня ванны.

При электрошлаковой сварке металлическая ванна образуется за счет сварочных проволок, пластин, толстых стержней, плавкого мундштука и металла свариваемого изделия. В зависимости от того, какой из перечисляемых материалов служит электродом, различают четыре способа электрошлаковой сварки.

1. Электрошлаковая сварка одной или несколькими сварочными проволоками является наиболее распространенным способом. По схеме можно сваривать металлы толщиной до 50—60 мм. При большей толщине мундштуку сварочной проволоки придают колебательные движения от ползуна к ползуну, увеличивают сечение сварочной проволоки или увеличивают количество проволок. Проволокой можно сваривать металл толщиной от 20 до 600 мм любой длины.

Читать также:  Самодельная лопата для копки земли

2. Электрошлаковая сварка одной или несколькими пластинами или стержнями круглого, квадратного или любого другого сечения. Ее применяют главным образом при значительной толщине свариваемого металла и длине шва не более 1—1,5 м. При этом способе сварки сварочный аппарат не имеет мундштуков и механизма для подачи сварочной проволоки. Пластина, служащая электродом, закреплена в сварочном аппарате, который опускается вниз по мере плавления пластины. Преимуществами этого способа являются: более простая конструкция сварочного аппарата; более простая техника сварки; возможность применения пластин или стержней из таких материалов, из которых нельзя или весьма трудно изготовить проволоку, как, например, из чугуна.

3. Электрошлаковая сварка плавким мундштуком представляет собой как бы совокупность двух предыдущих способов. При этом способе плавкой пластиной служит плавкий мундштук, имеющий такое же очертание, как и поперечное сечение свариваемого изделия. В мундштуке имеются каналы, служащие для направления сварочных проволок. Если при сварке пластиной или стержнем их опускают в шлаковую ванну по мере плавления, то плавкий мундштук закреплен в зазоре между свариваемыми кромками. Шов состоит из металлов свариваемого изделия, плавкого мундштука и сварочных проволок. Плавкий мундштук, служащий для направления сварочных проволок, подвода к ним тока и в качестве присадочного металла, изготовляют обычно из набора пластин, стержней и трубок, в которых создают каналы для прохода сварочных проволок. Сечение мундштука составляет от 10 до 50% сечения зазора между деталями свариваемого изделия. Образование металлической и шлаковой ванны в начале сварки производится за счет плавления сварочных проволок и только после того, как шлаковая ванна достигнет нижнего конца плавкого мундштука, он тоже начинает плавиться. Электрошлаковую сварку плавким мундштуком применяют главным образом при сварке изделий, имеющих сложное поперечное сечение и небольшую длину шва.

4. Стыковая электрошлаковая сварка (контактно-шлаковая) отличается от предыдущих тем, что металлическая ванна образуется за счет оплавления торцов свариваемых деталей, т. е. без применения присадочного металла. При прохождении тока через шлаковую ванну торцы свариваемых деталей оплавляются. После образования над нижней деталью металлической ванны детали сближают, шлак при этом выжимается из зазора между ними. Сварочный ток выключают после сближения деталей или до начала сближения.

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.

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки ответ

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.
Читать также:  Требования охраны труда при сварочных работах

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

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.

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки ответ

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. При искусственном охлаждении ползунов (к ним подводится вода) нижние диффузионные слои твердеют постепенно и равномерно.

Виды сварных швов, образуемых методом ЭШС:

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

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки ответ

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.

В чем заключается сущность электрошлаковой сварки ответ

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.

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock detector