Другие виды сварки

Другие виды сварки

Подробности

ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА

Выдающимся изобретением 1950-х годов в сварочной науке и технике является принципиально новый способ сварки плавлением электрошлаковая сварка (ЭШС). Изобрел его доктор техн. наук Г. Б. Волошкевич, под руководством которого в Институте электросварки им. Е. О. Патона были проведены научные исследования этого сварочного процесса и инженерные разработки техники и технологии сварки. Это позволило в кратчайшие сроки осуществить применение ЭШС при изготовлении толстостенных сварных металлоконструкций на Таганрогском котлостроительном, Барнаульском котельном и Ново-Краматорском машиностроительном заводах, а затем на предприятиях тяжелого и энергетического машиностроения, таких как Уралмаш, Сызраньтяжмаш, Сибтяжмаш, Волгоцемтяжмаш и других заводах. Широкое использование этого прогрессивного метода соединения металлов позволило коренным образом изменить производство

и монтаж крупных машин и сооружений. Отпала необходимость в создании уникальных по мощности цехов и агрегатов для литья, ковки и механической обработки таких крупных деталей, как валы гидротурбин, станины мощных прессов, бандажи вращающихся печей, рамы

Ь щековых дробилок и др. Упростилась транспортировка грузов к месту монтажа. Стало возможным на монтажной площадке соединять сваркой детали большой толщины, соблюдая при этом высокую точность размеров изделия.

Применение ЭШС на монтаже позволило перейти к индустриальному методу возведения и ремонта кожухов доменных печей, корпусов вращающихся цементных и металлургических печей. Производительность сварочных операций при монтаже этих изделий повысилась в 5...6 раз.

С помощью электрошлаковой сварки и наплавки можно получать биметаллические заготовки, облицовывать рабочие поверхности толстостенных сосудов антикоррозионными металлами, изготавливать изделия по принципиально новой технологии, восстанавливать изношенные детали машин. ЭШС применяют при изготовлении изделий из низкоуглеродистых, низколегированных, среднелегированных и высоколегированных сталей, чугуна, титана, алюминия, меди и их сплавов. До появления ЭШС при изготовлении сварных конструкций из металла толщиной более 50 мм применяли многопроходную дуговую сварку. Например, автоматическую сварку под флюсом металла тол

щиной 300 мм выполняли, накладывая сварной шов в 180 слоев, а применение ЭШС позволяет получать такое соединение за один проход. ЭШС - это экономичный процесс: на плавление равного количества электродного металла затрачивается на 15...20 % меньше электроэнергии, чем при автоматической сварке под флюсом. Расход флюса меньше, чем при дуговой сварке в 10...20 раз, уменьшается расход электродного металла, сокращаются трудозатраты на подготовку кромок под сварку, становится ненужной разделка. При этом обеспечивается высокое качество наплавленного металла за счет рафинирования металлической ванны, очистки металла от газовых и твердых примесей, чему способствует вертикальное положение оси шва. ЭШС применяют сегодня практически во всех промышленно развитых странах: Германии, США, Англии, Франции, Японии.

СУЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ

Расплавленные электрической дугой флюсы образуют шлаки, которые являются проводниками электрического тока. Шлаковая ванна это инерционное нелинейное активное электрическое сопротивление. Если конец электрода окунуть в шлаковую ванну, через шлак пойдет ток и будет выделяться теплота, которая будет нагревать свариваемые кромки. На этом основана ЭШС (рис. 104). Электрод 1 и основной металл 2 связаны электрически через шлаковую ванну 7. Выделяющаяся в шлаковой ванне теплота перегревает ее выше температуры плавления металла. В результате металл электрода и кромки основного металла оплавляются. Жидкий металл, имеющий более высокую плотность, чем шлак, стекает вниз и образует жидкую металлическую сварочную ванну б. Шлаковая и металлическая ванны удерживаются от вытекания специальными медными водоохлаждаемыми формирующими устройствами 3. Кристаллизущийся в нижней части металлической ванны металл 5 образует сварной шов 4, поверхность которого покрыта тонкой шлаковой коркой, являющейся разделительным слоем между металлической ванной и поверхностью охлаждающего устройства. За счет этого отсутствует непосредственный контакт жидкого металла с поверхностью формирующего устройства и металл шва не насыщается медью. Шлаковая ванна защищает расплавленный металл от непосредственного взаимодействия с воздухом, обеспечивая окислительно-восстановительные реакции и рафинирование металла шва от неметаллических и газовых включений. Расход флюса при этом обычно не превышает 5 % массы наплавленного металла. Ввиду малого количества шлака легирование наплавленного металла осуществляют за счет присадочного материала. Шов образуется непрерывно за счет постоянной подачи электрода со скоростью Кэ, расплавления его и заполнения разделки кромок жидким металлом, вытесняющим шлаковую ванну вверх со скоростью сварки VCB. На образование шва оказывают влияние многие факторы, наиболее важные из них - тепловложение и термический цикл, определяемые режимом сварки.

Полная тепловая мощность, выделяемая в шлаковой ванне, определяется по формуле

P=UI,

где U - падение напряжения на вылете электрода в шлаковой ванне, В; /-сила сварочного тока, А.

До 23 % выделившейся теплоты расходуется на плавление электрода, до 60 % - на плавление основного металла и до 5 % - на плавление флюса. Потери теплоты на излучение, отвод в формирующие устройства и в основной металл составляют до 12 %. Если выделяемая теплота равна отдаваемой, процесс будет протекать устойчиво. При избытке выделяемой теплоты шлаковая ванна перегревается, начинает кипеть, стабильность процесса нарушается. При недостатке теплоты ванна охлаждается, шлак теряет электропроводность, процесс сварки прекращается. При установившемся тепловом балансе источник теплоты образует в свариваемом изделии квазистационарное (не изменяющееся, движущееся вместе с зоной сварки) температурное поле, параметры которого зависят от мощности источника нагрева, скорости его перемещения и теплофизических свойств основного материала. Это поле

создает при ЭШС довольно широкую зону термического влияния, ширина которой растет с увеличением мощности источника тепла, а также с уменьшением скорости сварки. Термический цикл ЭШС характеризуется медленным нагревом и охлаждением основного металла, что приводит к перегреву около шовной зоны и росту зерна, а это в конечном итоге определяет качество сварного соединения в целом. Например, при ЭШС низкоуглеродистой стали толщиной 200 мм свариваемые кромки основного металла прогреваются на глубину до 50 мм до температуры более 800 °С. Время пребывания отдельных участков около шовной зоны при такой температуре при средней скорости охлаждения 0,2...0,8 °С/с составляет от 1 до 20 мин. Такой характер термических циклов, с одной стороны, снижает опасность появления трещин в околошовной зоне, а с другой стороны, приводит к росту зерна и получению структур с низкой пластичностью. Особенно резко снижается ударная вязкость. Это основной недостаток ЭШС. Поэтому, как правило, после сварки возникает необходимость в высокотемпературной обработке готового изделия, особенно при соединении легированных сталей больших толщин.

При ЭШС нужно стремиться к уменьшению перегрева около шовной зоны и к уменьшению роста зерна в ней. Этого можно добиться с помощью многослойной ЭШС, позволяющей уменьшить рост зерна в около шовной зоне и измельчить его за счет нагрева и охлаждения при наложении последующих слоев. Другой путь - местная последующая или сопутствующая термообработка сварного соединения дополнительным источником тепла (газокислородным пламенем, высокочастотным индуктором) или искусственное охлаждение шва и около шовной зоны в процессе сварки. Отрицательное влияние перегрева можно также устранить, применяя стали, малочувствительные к термическому циклу ЭШС.

Электрошлаковую сварку можно выполнить тремя способами, имеющими каждый свои особенности и область применения. Один из них - это сварка проволочными электродами диаметром 3...5 мм, подаваемыми в сварочный зазор специальными мундштуками с медными токосъемными наконечниками (рис. 105, а). Одновременно подается в шлаковую ванну до трех электродных проволок, что позволяет применять трехфазные источники питания. Так как выделение теплоты в шлаковой ванне происходит в основном в области электрода, максимальная толщина свариваемого металла при использовании одной электродной проволоки обычно составляет 60 мм, трех - до 200 мм. Если мундштукам в зазоре придают возвратно-поступательное движение со скоростью VK, тогда толщина свариваемых кромок может быть в 2,5 раза больше.

Другой способ - это сварка электродами большого сечения, подаваемыми в сварочный зазор (рис. 105, б). Электродами могут быть ленты толщиной 1... 1,2 мм или пластины толщиной 10... 12 мм и длиной, равной утроенной длине шва. Одновременно применяться для сварки могут не более трех электродов при использовании трехфазных источников тока. Одним пластинчатым электродом сваривают металл толщиной до 200 мм, а тремя - до 800 мм, при Уэ = 1,2...3,5 м/ч.

Оба эти способа хорошо применять при сварке деталей относительно небольшой толщины. При толщине свариваемых кромок более 800 мм особенно сильно сказываются их недостатки. Наличие подвижных мундштуков или пластин в сварочном зазоре может приводить к коротким замыканиям их на кромки детали, что нарушает стабильность процесса сварки. Быстрый износ токосъемных трубок мундштуков усложняет и удорожает обслуживание сварочной установки, а также отрицательно влияет на стабильность процесса. Небольшая длина пластинчатых электродов ограничивает длину сварных швов.

По третьему способу сварку выполняют плавящимся мундштуком при неподвижном положении его в сварочном зазоре (рис. 105, в). Нехватку присадочного материала, необходимого для формирования шва, компенсируют за счет подачи электродных проволок диаметром 3 мм через каналы, выполняемые из тонкостенных трубок или в виде плотно навитых спиралей из сварочной проволоки. Одновременно подаваться через один мундштук могут до шести электродных проволок. Таким мундштуком сваривают металл толщиной до 500 мм, двумя мундштуками - до 1000 мм, тремя - до 1500 мм и т.д. Этот способ расширяет возможности ЭШС, устраняя недостаткидвух предыдущих. При использовании ЭШС плавящимися мундштуками можно соединять детали любой толщины и сложной формы сечения.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   
© ALLROUNDER