3.4Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка разработана в Киевском институте сварки им. Е.О. Патона. При этом способе сварки плавление электродного металла и кромок свариваемого изделия происходит за счет тепла Q, которое выделяется на сопротивлении R жидкой шлаковой ванны в зазоре между свариваемыми деталями при прохождении тока I от электрода к изделию через расплавленный шлак за время t:

.

Этой сваркой в сочетании с принудительным формированием сварного шва можно сварить за один проход изделие практически неограниченной толщины (рис. 7.1).

Рис. 7.1.Схема электрошлаковой сварки: 1 - свариваемые детали; 2 - нижняя накладка; 3 - боковые накладки; 4 - плавящийся электрод; 5 - расплавленный шлак (флюс); 6 - расплавленный металл; 7 - металл сварного шва

Свариваемые детали устанавливаются с зазором 20…30 мм и между их торцами образуют полость с помощью нижней и боковых накладок. В эту полость засыпают сварочный флюс и расплавляют его электрической дугой. После образования расплавленной шлаковой ванны дуговой процесс переходит в электрошлаковый, при котором электрод плавится в расплавленном шлаке. Иногда жидкую шлаковую ванну получают заливкой из тигля с предварительно расплавленным шлаком.

Расплавленный электродный металл осаждается на дно шлаковой ванны и там кристаллизуется, образуя сварочный шов. Процесс сварки заканчивается после заполнения зазора между деталями расплавленным металлом. При сварке длинных швов боковые накладки выполняют в виде передвижных медных охлаждаемых водой ползунов, которые перемещаются вверх по мере формирования сварного шва.

В зависимости от типа применяемого электрода различают следующие способы электрошлаковой сварки: электродной проволокой, электродной пластиной, плавящимся мундштуком. Выбор способа сварки зависит от сечения свариваемых деталей и длины сварного шва.

Наибольшее распространение получила электрошлаковая сварка одной или несколькими проволоками диаметром 2.5…3.5 мм для деталей толщиной до 500 мм и длинных швов. Электродная проволока подается в сварочную ванну автоматически, формирующие шов ползуны и механизм подачи проволоки перемещаются относительно кромок свариваемого изделия со скоростью сварки. Вылет электродов над шлаковой ванной выбирают в пределах 60…70 мм, плотность тока в электродах – 15…160 А/мм² (100…600 А на каждый электрод).

Сварку электродными пластинами применяют для швов шириной до 2000 мм и высотой до 1000 мм. Число пластин зависит от ширины сварного шва, применяют пластины толщиной 5…12 мм, их ширина обычно не превышает 150 мм. Плотность тока в пластинах – 0.3…2.5 А/мм². (400…2500 А на одну пластину). По мере плавления пластин они подаются в шлаковую ванну автоматически. Для принудительного формирования шва применяют остающиеся или съемные неподвижные медные охлаждаемые водой накладки.

Для сварки швов сложной конфигурации применяют плавящиеся мундштуки, которые копируют форму сварочных стыков. Плавящийся мундштук представляет собой пластину, к которой приварены направляющие трубки, через которые подаются сварочные проволоки. Число трубок зависит от ширины сварного шва. Мундштук устанавливается в свариваемом зазоре неподвижно. В процессе сварки расплавляются мундштук и сварочные проволоки, которые подаются механизмом подачи автоматически. Мундштук позволяет уменьшить расход электродной проволоки. Допустимые плотности тока задаются в пределах 3…7 А, ток – 500…1500 А.

При электрошлаковой сварке больших сечений приходится вести борьбу с искажением зазора путем учета ожидаемых деформаций при сборке и противодействия им. Резкое отклонение зазора от заданного (чрезмерное уменьшение зазора вплоть до заклинивания токоподводящих мундштуков или слишком большое раскрытие зазора, выжимание шлака и расплавленного металла из под ползунов) нарушает процесс сварки или ведет даже к его перерыву

При сварке узких и длинных элементов конструкции значительной величины могут возникать деформации изгиба, обусловленные неравномерным распределением температуры по ширине детали, что приводит к увеличению зазора вверху стыка.

Получить необходимые размеры и форму изделия при электрошлаковой сварке можно, зная ожидаемые деформации и обеспечивая в каждом конкретном случае либо необходимую сборку, либо такие условия закрепления деталей и противодействия перемещениям, которые приводят к ожидаемым деформациям.

При сборке можно создать переменный зазор, а противодействие возникающим перемещениям, которые закрывают зазор, получают следующими путями: упором свариваемых деталей друг в друга по всей длине стыка за счет металлической расплавляемой прокладки; постановкой жестких скоб, использование момента, возникающего от веса деталей при соответствующем расположении опор.

При открывании зазора для закрепления свариваемых деталей используют скобы и хомуты, которые привариваются к деталям перед сваркой шва и затем удаляются.