Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком

Плавящийся электрод состоит из набора пластин, или стержней с каналами для
подвода сварочной проволоки. Также мундштук может быть в виде трубы с толстой
стенкой.

Та или иная форма мундштука предназначена для каждого конкретного случая. Эта
форма зависит от формы свариваемого шва. Материал мундштука должен быть схож
по составу с основным материалом.

Наиболее распространёнными являются мундштуки со спиралевидными каналами для
сварочной проволоки. Диаметр проволоки составляет 4-5мм. Спираль приваривается
к пластине мундштука при помощи электродов диаметрами 2-3мм.

Плавящийся мундштук необходимо надёжно изолировать от свариваемых кромок, иначе
возможно короткое замыкание. Естественно, в процессе сварки вместе с материалом
мундштука в сварочную ванную будет попадать и материал изоляторов, поэтому их
состав должен быть таким, чтобы исключить негативное влияние на состав сварного
шва. Кроме того, изолятор необходимо изготавливать пластичным.

Изоляторы устанавливаются на расстояние 100-150мм по горизонтали и на расстоянии
200-250мм по высоте между рядами.

После подготовки и сборки свариваемых заготовок, устанавливают плавящийся мундштук
в зазоре независимо от аппарата. Мундштук крепится на специальном кронштейне.

Каналы мундштука соединяются с механизмом подачи проволоки переходными трубками,
образующими переходной тракт. На дно кармана помещают стальной порошок или стружку.
Места неплотного прилегания формирующих устройств замазывают глиной. На слой
стружки засыпается немного флюса, примерно 20-30% от общего объёма, проверяют
напряжение холостого хода трансформаторов, расход воды в системе охлаждения
формирующих устройств, а также наличие всех нужных инструментов.

Сварку ведут при скорости подачи сварочной проволоки 150-170м/ч. После стабилизации
процесса скорость подачи снижают до 90-100м/ч, в зазор засыпается флюс из расчёта
два объёма флюса на один объём жидкого металла.

Техника выполнения швов электрошлаковой сваркой, окончание процесса и все последующие
операции сходны с техникой выполнения прямолинейных швов. При сварке толстого
металла толщиной 100-200мм предпочтительнее использовать трёхфазную систему
питания для предотвращения перекоса фаз.

Плавящийся мундштук широко используется не только для сварки, но и при наплавочных
работах при ремонте. При этом толщина наплавленного слоя может составлять 20-100мм.

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.

Плоские электроды применяются для наплавки металла на поверхность детали. Ток подающая грань у них плоская, широкая, расположены в шлаковой ванне параллельно плоскости детали. Плоский электрод за один проход закрывает наплавляемым металлом широкую полосу детали.

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.

Мундштук может быть широким только в нижней части и иметь любую форму. Проволока подается по стержню, установленному на основании плавящегося мундштука перпендикулярно. Внешне деталь представляет собой перевернутую букву Т с одной или несколькими ножками. Скорость сварки при этом не уменьшается.

Сварка под флюсом различных типов сталей

Сварка конструкционных углеродистых сталей

При сварке конструкционных малоуглеродистых сталей используют флюсы марок АН-348А,
ОСЦ-45, АНЦ-1 и другие в сочетании с малоуглеродистыми или марганцевыми проволоками
марок Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2.

Сварку среднеуглеродистых сталей выполняют при пониженных режимах, что существенно
сказывается на производительности, поэтому, при изготовлении конструкции из
среднеуглеродистых сталей данный вид сварки не нашёл широкого распространения
на практике.

Высокоуглеродистые конструкционные стали содержат 0,46-0,75% углерода и свариваемость
их затруднена. Для сварных конструкций эти стали не используются и необходимость
в их сваривании возникает, как правило, при ремонтных работах. В большинстве
случае, ремонт выполняют методом наплавки.

Сварка низколегированных сталей

К низколегированным сталям относят группу сталей, содержащих в составе менее
5% легирующих элементов. Оценивая
свариваемость сталей этой группы, можно сказать, что при сварке под флюсом
их свариваемость существенно не отличается от нелегированных малоуглеродистых
сталей. Но, легирующие элементы в составе стали повышают склонность сталей к
росту зёрен в
зоне термического влияния, а при высокой скорости охлаждения в них могут
возникать неоднородные структуры закалочного характера.

Для
сварки металлоконструкций из низколегированных сталей, с температурой эксплуатации
до -40°C, используют высококремнистые марганцевые флюсы марок АН-22, АН-22М,
АН-47, АН-67А и другие в сочетании с легированной сварочной проволокой марок
Св-10НМА, Св-08ХМ, Св-08МХ и др.

Сварка среднелегированных сталей

Среднелегированными являются стали, содержащие в составе 5-10% легирующих элементов.
Для современных среднелегированных сталей характерно легирование многокомпонентное,
комплексное. Легирование этих сталей только одним элементом применяется редко.

К сварным конструкциям из среднелегированных сталей предъявляются требования
повышенной прочности в условиях эксплуатации, а также, нередко, коррозионная
стойкость, стойкость к импульсным (резко возрастающим, мгновенным) нагрузкам.
Чем
выше содержание легирующих элементов, тем труднее сваривать сталь.

Одной из главных проблем свариваемости среднелегированных сталей является их
чувствительность к образованию
горячих трещин в сварных швах, поэтому при их сварке необходимо тщательно
выбирать композицию шва. Кроме этого, необходимо использовать технологические
приёмы и выбирать режимы, которые позволят получить хороший коэффициент формы
шва и снизить скорость охлаждения.

Для
сварки конструкций из среднелегированных сталей сварка под флюсом получила
достаточно широкое применение. Для такой сварки используются низкокремнистые
флюсы марок Ан-15, АН-15М, АН-17М и бескремнистые марок АН-30, ОФ-6, АВ-4 и
др.

Применение бескремнистых флюсов предпочтительно в тех случаях, когда к металлу
шва предъявляются повышенные требования по ударной вязкости. В сочетании с вышеуказанными
флюсами применяется сварочная проволока марок Св-20Х4ГМА, Св-08Х20Н9Г7Т, Св-10Х5М,
Св-10ХГСН2МТ.

Сварка высоколегированных сталей

Высоколегированными считаются стали, содержащие в составе более 10% легирующих
элементов. Сварка под флюсом высокоуглеродистых сталей нашла широкое применение
в химической и нефтяной промышленности, где требуется высокая коррозионная стойкость
сварных изделий и жаропрочность.

Своим широким применение для этих сталей сварка под флюсом получила благодаря
постоянству процесса сварки и, как следствие, химической однородности металла
шва

Это очень важно для высоколегированных сталей, учитывая, что даже незначительная
химическая неоднородность металла шва может стать причиной образования в нём
кристаллизационных трещин или заметно снизить коррозионную стойкость или жаропрочность

Сварка под флюсом способна обеспечить швы с гладкой поверхностью и плавным
переходом к основному металлу, что позволяет повысить стойкость к коррозии по
сравнению со сваркой электродами.

При сварке под флюсом высоколегированных сталей обычно применяют проволоку
диаметром 2-3мм. При этом могут использоваться почти все марки проволоки по
ГОСТ 224, а также многие марки проволоки, выпускаемые по ТУ, например, Св-12Х11НМФ,
Св-12Х13, Св-10Х17Т, Св-04Х19Н9, ЭП467, ЭП235, ЭП497 и другие.

Для
сварки жаропрочных высоколегированных сталей применяются фторидные флюсы
марок АНФ-5, АНФ-8, АНФ-24 и бескремнистые флюсы марок АНФ-17, АНФ-22. Для сварки
коррозионностойких высоколегированных сталей применяют флюсы с низким содержанием
кремния марок АН-26, АНФ-14.

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.

Данная технология может применяться при сварке кромок любой толщины, а шов может достигать в длину трех метров и даже больше. С ее помощью можно варить сложные криволинейные швы.

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.

Виды сварных соединений.

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.

Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка (ЭШС) позволяет сваривать металлические детали толщиной до 60 см. Принцип ЭШС состоит в том, что в зазор между торцами двух свариваемых металлических деталей помещают шлаковую массу. Эта масса расплавляется электрической дугой, создаваемой между электродом и металлическими деталями. После расплавления шлака дуга гаснет, а через шлаковую массу протекает ток, который при правильно подобранных параметрах сварки равномерно нагревает сварочную ванну до высоких температур.

В шлаковую массу добавляется присадочный материал, который плавится вместе со шлаком и краями соединяемых деталей. Поскольку расплавленный металл тяжелее шлака, то он опускается вниз зазора и там застывает. Расплавленная масса же поднимается вверх. В результате этого процесса происходит сварка вертикального зазора.

Для того чтобы расплав не вытекал за пределы зазора, сбоку с двух сторон ставятся специальные пластины – ползуны. Они охлаждаются водой и постепенно перемещаются вверх.

Схема электрошлаковой сварки

Существует три метода осуществления ЭШС:

1. В расплав непрерывно подается присадочный электрод, который расположен в горизонтальной плоскости.
2. Используются пластинчатые электроды, которые заменяют собой ползуны. Благодаря перекрытию зазора, создается эффективный расплав, что позволяет соединить зазоры деталей без добавления присадки.
3. Объединение первых двух методов. При этом используются пластинчатый и плавящийся электроды.

Преимущества и недостатки ЭШС

Основные достоинства ЭШС:

• защита шва от воздействия атмосферы жидким шлаком;
• малая чувствительность процесса к изменению величины тока и даже его кратковременному прерыванию;
• сварка толстого металла за один проход;
• возможность сваривать необработанные торцы деталей;
• малый расход электроэнергии и дешевизна шлаков;
• высокий КПД.

Недостатки ЭШС:

• возможна сварка только вертикальных швов или швов под острым углом к вертикали;
• при прерывании процесса возникают дефекты, которые нельзя исправить;
• шов имеет крупнозернистую структуру, что ограничивает применение изделия при низких температурах (шов становится ломким);
• для организации ЭШС необходимо иметь довольно большое количество приспособлений.

Оборудование

Для выполнения операций ЭШС используются автоматы или полуавтоматы. Второй тип оборудования используется редко, так как вручную перемещать тяжелое оборудование по вертикали для человека довольно трудно.

Автоматы для ЭШС обычно включают:

• автоматически двигающийся сварочный аппарат с медными ползунами;
• источник питания;
• устройства подачи флюса и проволоки;
• систему управления.

В зависимости от конструкции автоматы для ЭШС могут быть подвесные или самоходные (рельсового или безрельсового типа).

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.

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.

Технология сварки

Свариваемые детали устанавливают вертикально, оставляя достаточный зазор между кромками. Формирование металла шва происходит принудительно. В зону сварки подается проволочный электрод или стальная пластина (стержень) и флюс. Между проволокой и металлом в начале процесса горит дуга. После образования достаточного слоя жидкого флюса (шлаковой ванны) дуга гаснет, и прохождение электрического тока происходит только через флюс. Выделяющееся тепло способствует дальнейшему расплавлению флюса, проволочного электрода и кромок свариваемых материалов. Расплавленный металл образует сварочную ванну, стекая на дно шлаковой ванны.

Сварочная головка вместе с медными ползунами-кристаллизаторами перемещается по соединяемым деталям снизу вверх, удерживая их. Ползуны, формующие металл шва, охлаждаются через каналы, по которым циркулирует вода. Цель – обеспечение нормального формирования шва и предотвращение вытекания из плавильного пространства жидкого шлака и металла. По мере заполнения зазора пластины ползуна перемещаются вверх. Металл ванны охлаждается, происходит кристаллизация и образование сварного шва по всей высоте кромок соединяемых материалов.

Сущность процесса электрошлаковой сварки

В процессе электрошлаковой сварки, электрический ток, подающийся через ванну
расплавленного шлака, расплавляет основной и присадочный металл и поддерживает
постоянную температуру расплава. Этот процесс стабилен при глубине шлаковой
ванны в пределах 35-60мм. Ванну легче сформировать при
вертикальном положении сварного шва. Наименее удобно электрошлаковую сварку
выполнять в нижнем положении. Для принудительного охлаждения расплава и
формирования сварного шва, в большинстве случаев, применяются медные устройства
с водным охлаждением. Схема электрошлаковой сварки показана на рисунке:

При электрошлаковой сварке весь электрический ток подаётся к шлаковой ванне,
а через неё к электроду и свариваемым кромкам. Стабильность этого процесса возможно
только благодаря постоянной температуре расплавленной шлаковой ванны. Температура
расплава может достигать 1900-2000°C.

Большая часть тепловой энергии из шлаковой ванны передаётся в металлическую
ванну, а от неё – к свариваемым кромкам через капли электродного металла. Распределение
всей тепловой энергии, выделяющейся в шлаковой ванне, распределяется следующим
образом: 20-25% тепла расходуется на расплавление сварочной проволоки, 55-60%
идёт на расплавление основного металла, 4-6% уходит на расплавление флюса и
поддержание стабильно температуры шлаковой ванны, а 12-16% составляют потери
тепла через ползуны и теплоотвод в свариваемых деталях.

Основные схемы процесса

Электрошлаковый процесс может быть применён не только для сварки, но и для
наплавки, переплава и отливки. Электрошлаковую сварку (ЭШС) можно выполнять
проволочными электродами, плавящимся мундштуком, или же электродами большого
сечения. На рисунке ниже представлены схемы ЭШС проволочными электродами:

На практике наибольшее распространение получили схемы а и б, они позволяют
сваривать металл толщиной от 20 до 450мм с помощью проволоки диаметром 3мм.
Схема в предназначена для сварки металла, толщиной до 120мм. Схема г в 1,5-2
раза производительнее схем а и б. А схема д узконаправлена и предназначена для
сварки низколегированных сталей толщиной до 100 мм без последующей термообработки.

Схема е применяется при монтаже крупных изделий больших габаритов без последующей
термообработки. Толщина свариваемого металла до 60мм. Сварку по этой схеме отличает
высокая производительность и повышенные мех. свойства сварного шва. Все эти
схемы можно выполнить на обычном сварочном оборудовании.

На следующем рисунке представлены схемы электрошлаковой сварки мундштуком и
электродами большого сечения:

Схемы а-в выполняются плавящимся мундштуком и предназначены для сварки металла
очень большой толщины, более 450мм при помощи прямых и криволинейных швов. При
сварке сталей и сварке титана этим способом применяется проволока диаметром
3-мм.

Схемы г-ж выполняются электродами большого сечения. По схеме г сварка выполняется
одной, двумя, или тремя пластинами, подключенными к общему, или разным источникам
сварочного тока. По схеме д сварку выполняют одной, двумя, или тремя пластинами,
имеющими продольные разрезы. На схеме е изображён процесс контактно-шлаковой
сварки. Схема ж представляет собой сварку пластинчатыми электродами с бифилярной
схемой подключения электродов к источнику питания. Такой способ сварки редко
применяется для сварки сталей, он получил наибольшее распространение при
сварке алюминия, или при сварке
меди.

Типы сварных соединений и виды сварных швов

На рисунках ниже представлены типы сварных соединений и виды сварных швов,
которые можно выполнить при помощи электрошлаковой сварки:

При
сварке стыкового шва между двумя кромками, обычно, предусматривается технологический
зазор, являющийся одним из важных параметров режима сварки. Все конструктивные
элементы сварных кромок и сварных швов для электрошлаковой сварки регламентированы
в ГОСТ 15164.

В случае ЭШС в стык при разной толщине свариваемых деталей, либо утончают более
толстую кромку, либо к более тонкой приваривают дополнительную пластину для
уравнивания толщины.

Электрошлаковая сварка
угловых соединений и тавровых на практике встречается реже, чем стыковых.
Если ЭШС выполняется плавящимся мундштуком, то на сварных кромках делают V-
или К-образную разделку. Прямолинейные швы выполняются в вертикальном положении.
Допустимая величина наклона составляет 15-20°. Выполнение кольцевых швов возможно
на цилиндрической, конической или сферической поверхностях.

Преимущества и недостатки

К положительным качествам технологии относятся:

1. Защищенность металла от окисления. Нет необходимости использовать аргон или другой газ.
2. Равномерный разогрев, медленное остывание деталей. Повышение температуры начинается с флюсового слоя. Шлаковое покрытие поддерживает стабильный уровень нагрева. Это положительно влияет на качество шва.
3. Минимальное влияние силы тока на процесс формирования соединения. Прогрев происходит не из-за дуги, а благодаря шлаку. Расплавление не прекращается после отключения станка от электросети.
4. Возможность сваривания толстых деталей за 1 проход. Необходимость формирования многослойных швов отсутствует. При использовании 2 электродов можно соединять заготовки толщиной более 20 см.
5. Минимальный расход шлака. Объем материала не превышает 5% от массы металла. Затрачивается небольшое количество энергии. Потери, свойственные другим технологиям сварки, отсутствуют.
6. Высокий КПД. При минимальных денежных вложениях можно выполнять объемные сварочные работы.
7. Автоматизация большей части сварочных процессов.
8. Сокращение длительности подготовительного этапа. Необязательно разделывать кромки. Зазор между деталями заполняется расплавом.

К недостаткам метода можно отнести:

• невозможность формирования некоторых видов швов (способом ЭШС выполняют лишь вертикальные или подобные им соединения);
• непрерывность процесса;
• зернистость корневого слоя, снижающая прочность шва.

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

Термические классы

Дуговая

Именно этот вид сварочных технологий чаще всего «работает» на строительных площадках и на промышленных объектах. Электрический разряд прогревается до такой степени, которая совершенно недоступна даже самым лучшим газовым горелкам. Под влиянием дуги образуется сварочная ванна, при последующем застывании которой генерируется сварной шов. Но за этой кажущейся простотой стоит очень тщательная работа, а ошибка сварщика может привести к очень неприятным последствиям

Дуговая сварка бывает:

• ручной;
• частично автоматизированной;
• полностью автоматизированной (чем выше степень автоматизации, тем больше требования к квалификации исполнителей и качеству оборудования).

Газовая

Существуют различные методы сваривания горючим газом. Но все они, какой бы газ не использовался, и какая бы задача не решалась, однозначно опережают электросварку по мобильности и гибкости. Вести работу можно практически в любом месте, где удастся поставить баллоны, протянуть шланги. При этом, однако, даже самое массовое сочетание ацетилена и кислорода дороже, чем электричество. Другие газы стоят еще больше.

Важно — газовая сварка гораздо результативнее дуговой по отношению к:

• медным;
• свинцовым;
• чугунным;
• латунным изделиям и конструкциям

Технология электрошлаковой сварки

Выбор сварочных материалов (проволоки и флюса)

В таблице ниже приведены рекомендованные и наиболее распространённые сочетания
свариваемых материалов и марок сварной проволоки для них:

Все сочетания, данные в таблице, можно выполнять с использованием флюса марки
АН-8 и АН-99, за исключением сталей 25ХН3МФА и 08Х18Н10Т. Сварку этих сталей
рекомендуется выполнять с применением флюса 48-ОФ-6. Химический состав этих
флюсов должен соответствовать ГОСТ 9087.

Также был разработан флюс марки АН-9, состоящий из CaF2 – 25-30%, CaO – 20-35%,
Al2O3 – 10-15%, SiO2 – 15-20% и ZrO2 – 6-10%. Этот флюс сочетает в себе металлургические
свойства флюса 48-ОФ-6 и технологические свойства флюса АН-8.

Выбор параметров режима сварки

Основными параметрами режима электрошлаковой сварки являются: падение напряжения
на участке электрод-шлаковая ванна U, скорость подачи проволоки Vе, сила сварочного
тока I, скорость сварки Vсв, глубина шлаковой ванны h, вылет электродной проволоки
l, скорость поперечных колебаний электродов Vк, количество электродов n, сечение
электрода (или сумма сечений всех электродов) S, зазор между кромками g, расстояние
между электродными проволоками d, толщина пластины плавящегося мундштука s_м,
время остановки электродных проволок у ползунов t, толщина свариваемого металла
s.

Правильный выбор режимов и поддержание их на требуемом уровне обеспечивают
хорошее качество сварки. Одной из важных характеристик сварного соединения является
коэффициент формы шва f, который равен отношению ширины металлической ванны
к её глубине. Это соотношение характеризует склонность сварного шва к образованию
холодных трещин, одного из самых частых дефектов электрошлаковой сварки. Среднее
значение f составляет 1,5-4,0.

Величину сварочного тока можно определить по формуле:

I=(0,22Ve+90)n+1,2(Vсв+0,48Vп)ab,

где Vп – скорость подачи пластины; a и b – ширина и толщина, см. Размерности
всех скоростей даны в см/ч.

Скорость подачи электродной проволоки:

Vе= VсвF/S,

где F=gs, см2; S=0,071n, см2.

Практический опыт применения ЭШС показал, что параметры h, l, Vк, t почти не
зависят от толщины свариваемого металла и имеют следующие значения: h=40-50мм,
l=80-90мм, t=4-5с. Ориентировочные значения между параллельными кромками свариваемых
элементов можно выбрать из таблицы:

Выбор количества электродных проволок

Это количество выбирается, исходя из толщины свариваемого металла. Металл,
толщиной не более 50мм, сваривают одной проволокой, 50-120мм – двумя, а метал
толщиной 120-450мм – тремя электродными проволоками.

Электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком

При выборе числа электродных проволок, следует учитывать толщину пластины плавящегося
мундштука sм. Число электродов рассчитывают по формуле:

n=[(s-40)/d]+1,

округляют до единиц. Оптимальную величину d можно выбрать, исходя из следующих
соотношений:

ЭШС пластинчатым электродом

При варке стали пластинчатым электродом, ширину пластины подбирают равной толщине
свариваемого металла. При использовании двух или трёх пластин, общая их ширина
должна быть на 15-20мм меньше толщины свариваемого металла (15-20мм уходит на
зазор между пластинами). Толщина пластинчатых электродов составляет 10-12мм.
Оптимальная скорость подачи электродов 1,2-3,5 м/ч.

Подготовка деталей к сварке

Подготовка
ведётся в два этапа: предварительный и непосредственный. На предварительном
подготавливают свариваемые кромки, придавая им необходимые геометрические форму,
размеры и класс обработки поверхностей, по которым будут перемещаться устройства,
формирующие сварной шов.

При сварке деталей из конструкционных сталей с толщиной, не превышающей 200мм,
кромки подготавливают газоплазменной резкой, а при толщине более 200мм – мех.
обработкой. При сварке
цветных металлов или легированных сталей также применяют мех. обработку.

Непосредственная подготовка включает в себя сборку деталей под сварку. Результаты,
полученные на практике, показали, что для хорошей фиксации и для устранения
деформаций, возникающих при сварке, сборку деталей выполняют с клиновидным
зазором, расширяющимся кверху. Схема сборки показана на рисунке:

В зависимости от свариваемого материала, способа электрошлаковой сварки, её
режимов и способа закрепления, угол раскрытия может составлять 1-2°. Свариваемые
детали фиксируют при помощи скоб или планок, приваренных вдоль стыка с интервалом
50-80см. По окончании сварки выводные планки и входной карман срезаются газоплазменной
резкой.

Подготовка деталей к сборке и сварке

Пригодность деталей к ЭШС в основном определяется чистотой обработки торцевых поверхностей свариваемых кромок и состоянием боковых поверхностей кромок, по которым будут перемещаться устройства, формирующие шов.

Для сварки металла толщиной до 200 мм торцевые поверхности кромок подготовляют газорезательными машинами. Величина отдельных гребешков и выхватов не должна превышать 2—3 мм, а максимальное отклонение от прямоугольности реза должна быть не более 4 мм. При толщинах металла свыше 200 мм, а также для кольцевых швов и деталей из легированных сталей в большинстве случаев применяют механическую обработку.

Боковые поверхности деталей, выполненных из проката, обычно зачищают от ржавчины и окалины наждачными кругами. Боковые поверхности литых и кованых деталей подвергают механической обработке на ширину 60—80 мм от торца кромки с чистотой R 80— R 40. В тех случаях, когда применяют для сварки неподвижные формирующие устройства (медные водоохлаждаемые или стальные привариваемые), боковые поверхности литых деталей не обрабатывают.

При сборке стыковых соединений прямолинейных швов смещение кромок (депланация) не должно превышать 2—3 мм. При сварке деталей разной толщины перед сборкой более толстую кромку сострагивают или на тонкую кромку устанавливают по всей длине стыка выравнивающую планку, которую после сварки сострагивают. При сварке деталей разной толщины используют специальные ступенчатые ползуны. Случайные смещения кромок не должны превышать 1—2 мм.

Допуски на смещение кромок для кольцевых швов меньше. Максимальная разность диаметров стыкуемых деталей не должна превышать ±0,5 мм, а наибольшее смещение кромок при сборке должно быть не более 1 мм. При сварке кольцевых швов цилиндрических изделий большого диаметра с малой толщиной стенки, свальцованных из проката без механической обработки кромок, смещение кромок не должно превышать 3 мм.

При сборке под сварку для уменьшения депланации листов обычно используют шайбы-пластины с двумя круглыми отверстиями или другие приспособления. Эти пластины пропускают в зазор между листами, а в отверстия (диаметром ≈40 мм) забивают цилиндрические клинья со скосом.

Перед сваркой сборочные приспособления следует удалять и заменять закрепляющими устройствами, которыми чаще всего служат скобы, привариваемые с тыльной стороны стыка. При большой толщине листов, когда скорость сварки невелика, вместо скоб можно применять пластины, привариваемые односторонними швами с лицевой стороны и удаляемые в процессе сварки, фиксирующие скобы или пластины устанавливают через 500—800 мм. Пластины приваривают так, чтобы шов заканчивался за 60—80 мм от торцевой поверхности кромок.

Для получения точных размеров готового сварного изделия необходимо собирать детали с зазором, учитывающим деформации соединяемых деталей при сварке. Следует различать расчетный, сварочный и сборочный зазоры. Сварочный зазор обычно принимают на 1—12 мм больше расчетного.

В действительности изделие собирают с большим так называемым сборочным зазором. Сборочный зазор в нижней части стыка равен сварочному зазору. В верхней части стыка сборочный зазор следует увеличивать на 2—4 мм на каждый метр длины стыка.

Электрошлаковые швы формируют с помощью водоохлаждаемых ползунов или медных подкладок, а также приваривающимися подкладками или замковыми соединениями.

Для начала электрошлакового процесса и выведения его за пределы сварного соединения используют входной карман и выходные планки.

Общие принципы

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.